【摘要】介紹了金屬粉型藥芯焊絲主要功能特性和產(chǎn)品分類，列舉了其在某造船企業(yè)T排流水線高速雙面填角焊上的應(yīng)用實(shí)例。重點(diǎn)描述金屬粉型埋弧焊藥芯焊絲及匹配焊劑在我公司海上風(fēng)電產(chǎn)品研發(fā)試驗(yàn)項(xiàng)目中的具體應(yīng)用，焊接工藝試驗(yàn)結(jié)果表明，焊接接頭的沖擊韌性滿足產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范中-60℃的低溫沖擊要求，且焊接工藝性能優(yōu)異，具備推廣應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)健詞：金屬粉型藥芯焊絲；海上風(fēng)電；埋弧焊；低溫沖擊韌性
金屬粉型藥芯焊絲以其優(yōu)良的焊接工藝性能、綜合力學(xué)性能和高的焊接效率，已經(jīng)在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用，在船舶企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)全面轉(zhuǎn)型發(fā)展的今天，承接的高附加值工程項(xiàng)目技術(shù)質(zhì)量要求也日益提高，這就促使我們不斷開(kāi)發(fā)和尋找與之匹配的新型焊接材料。
1. 金屬粉型藥芯焊絲功能特性
金屬粉型藥芯焊絲被認(rèn)為是可以代替實(shí)芯焊絲的焊接材料，其構(gòu)造方式和熔渣型藥芯焊絲相同，由薄鋼帶包裹粉劑組成，不同點(diǎn)在于金屬粉型藥芯焊絲鋼帶內(nèi)包裹的粉劑幾乎全部是合金粉末，而沒(méi)有造渣劑，故在使用性能上，它既有實(shí)芯焊絲焊渣量少的優(yōu)點(diǎn)，又兼具熔渣型藥芯焊絲熔敷速度高、焊接工藝性好等優(yōu)點(diǎn)。
金屬粉型藥芯焊絲的優(yōu)勢(shì)功能主要包括：①熔敷速度高。與熔渣型藥芯焊絲一樣，焊接電流密度大，熔化速度快，藥芯中含有大量的鐵粉、金屬粉，因此比實(shí)芯焊絲具有更高的熔敷速度，且熔敷效率可以達(dá)到97%。②焊縫表面渣量很少 不但能夠減少脫渣的時(shí)間，提高勞動(dòng)效率，而且能夠避免夾渣等缺陷。③比熔渣型藥芯焊絲飛濺和煙塵量少。④通過(guò)金屬粉芯靈活調(diào)整，解決操作性、成形、力學(xué)性能等特殊要求。
2. 金屬粉型藥芯焊絲分類及應(yīng)用
（1）分類 目前金屬粉型藥芯焊絲已在世界許多發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用，其分類方法也各有不同。在美國(guó)金屬粉型藥芯焊絲因其操作和使用性能上同實(shí)芯焊絲有相似之處，AWS標(biāo)準(zhǔn)將碳鋼用金屬粉型藥芯焊絲化歸為AWSA5.18《碳鋼用氣保護(hù)焊焊絲和填充絲》標(biāo)準(zhǔn)中，型號(hào)以E70C表示；低合金鋼用金屬粉型藥芯焊絲化歸為AWS A5.28《低合金鋼用氣保護(hù)焊焊絲和填充絲》標(biāo)準(zhǔn)中，型號(hào)以EXXC_表示；不銹鋼用金屬粉型藥芯焊絲化歸為AWS A5.9《不銹鋼用實(shí)芯焊絲和填充絲》標(biāo)準(zhǔn)中，型號(hào)以EC表示；埋弧焊焊絲也用“EC”表示金屬粉型，詳見(jiàn)AWS A5.17《碳鋼用埋弧焊焊絲和焊劑》標(biāo)準(zhǔn)和AWS A5.23《低合金鋼用埋弧焊焊絲和焊劑》標(biāo)準(zhǔn)。
ISO標(biāo)準(zhǔn)將其列入藥芯焊絲標(biāo)準(zhǔn)中，其中碳鋼和低合金鋼金屬粉型藥芯焊絲歸于ISO17632《碳鋼和細(xì)晶粒鋼氣保護(hù)和自保護(hù)用藥芯焊絲》中，用字母“M”表示金屬粉型藥芯焊絲。在歐州和日本等國(guó)家和地區(qū)將金屬粉型藥芯焊絲劃歸于藥芯焊絲一類，同樣中國(guó)也是將其歸類于藥芯焊絲，但對(duì)其使用和認(rèn)識(shí)均沒(méi)有普及。
金屬粉型藥芯焊絲發(fā)展至今，已經(jīng)形成較為齊全的型號(hào)系統(tǒng)，并應(yīng)用到各種焊接方法中。目前已開(kāi)發(fā)的金屬粉型藥芯焊絲依材質(zhì)可分為碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鎳基合金鋼金屬粉型藥芯焊絲。在保護(hù)氣體的使用上，日本大多采用CO2氣體保護(hù)，少數(shù)情況下采用混合氣體保護(hù)，而在歐州大多采用富氬混合氣體保護(hù)。
金屬粉型藥芯焊絲依焊接方法可分為：①GMAW金屬粉芯型氣體保護(hù)焊絲（CO2或者CO2+Ar）。②SAW金屬粉芯型埋弧焊絲。③GTAW金屬粉芯型氬弧焊絲 。
（2）應(yīng)用 在我國(guó)，金屬粉型藥芯焊絲應(yīng)用還較少，目前在大型船廠T排縱骨流水線、液化氣儲(chǔ)罐9Ni鋼CO2氣保焊和埋弧焊、強(qiáng)度55kg級(jí)以上海洋工程用鋼焊接方面應(yīng)用前景廣闊。
造船已走上應(yīng)用金屬粉型藥芯焊絲新型焊材的道路。包括埋弧焊、氣體保護(hù)焊及不銹鋼氬弧焊等各類焊接方法。例如廣船國(guó)際龍穴基地在T排縱骨焊接上面已廣泛應(yīng)用，在雙絲高速填角焊中前絲使用昆山京群GCL—11G型金屬粉型焊絲（AWS A5.18E70C—GC）代替以前的實(shí)芯焊絲，第二根是藥芯焊絲或70C型鐵粉芯焊絲，雙絲間距25mm，采用100%CO2氣體保護(hù)。此項(xiàng)新工藝已申請(qǐng)國(guó)家專利，如圖1所示。
圖2為T排焊縫脫渣、成形照片。GCL—11G在電流300A以上使用時(shí)，飛濺與藥芯焊絲相當(dāng)，但整體焊渣更薄更易脫落，熔敷金屬更多，總體使用成本大約可以降低10%~15%。
3. 金屬粉型埋弧焊焊絲的試驗(yàn)研究
（1）項(xiàng)目介紹 我公司雖然一直從事陸上風(fēng)塔塔體制作，但是很早就開(kāi)始海上風(fēng)塔制造技術(shù)研究，公司經(jīng)營(yíng)方面曾接觸到歐洲大型海上風(fēng)塔項(xiàng)目——三角架及鋼管樁制作產(chǎn)品信息，其中鋼管樁直徑達(dá)6 000mm，板厚30~80mm，筒體材料包括S355M L/N L和海洋工程用鋼S355G7/G8+M，要求符合歐標(biāo)EN 10225《固定式海上設(shè)施焊接結(jié)構(gòu)鋼—技術(shù)交付條件》標(biāo)準(zhǔn)。其中對(duì)于板厚80mm以下的S355G7/G8+M有特殊要求，必須滿足－60℃夏比沖擊試驗(yàn)要求。
S355G7/G8+M是通過(guò)TMCP工藝（熱機(jī)械控制工藝）來(lái)獲得材料的高強(qiáng)度和高韌性，因此具有合金元素少，碳當(dāng)量低，相比于其他方式生產(chǎn)的同等級(jí)鋼材，具有更好的焊接性。國(guó)內(nèi)對(duì)這種鋼材的焊接性研究很少，對(duì)于焊接材料的匹配研究接近空白。我們采購(gòu)了與S355G7/G8同一級(jí)別的江陰興澄特鋼生產(chǎn)的S355G10板材進(jìn)行試驗(yàn)研究，板厚規(guī)格分別是20mm和50mm，性能如表1所示。從力學(xué)性能匹配方面考慮，開(kāi)始我們選用了兩種國(guó)際和國(guó)內(nèi)知名品牌的埋弧焊焊材，按照ISO15614—1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求進(jìn)行工藝認(rèn)可試驗(yàn)及焊材熔敷金屬試驗(yàn)，但試驗(yàn)結(jié)果都不理想。
（2）焊材準(zhǔn)備 為了進(jìn)一步做好海上風(fēng)塔用鋼材S355G10及選配新焊材的焊接工藝認(rèn)可試驗(yàn)工作，綜合技術(shù)部焊接試驗(yàn)室組織召集鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)部和質(zhì)量部相關(guān)部門負(fù)責(zé)人對(duì)此項(xiàng)工作實(shí)施方案展開(kāi)研討。積極咨詢、查找適合海上風(fēng)塔用鋼第三家埋弧焊焊材,在了解到金屬粉型藥芯焊絲在提高力學(xué)性能方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)后，我們主動(dòng)與焊材廠商聯(lián)系，讓他們提供了相應(yīng)埋弧焊焊絲及焊劑樣品，再次進(jìn)行了試驗(yàn)研究。
（3）試板焊制 目前我們僅針對(duì)20mm厚鋼板進(jìn)行了一項(xiàng)工藝評(píng)定，母材試板下料尺寸均為20mm×200mm×600mm。焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目如表2所示。焊接接頭形式及焊接順序如圖3所示，焊接參數(shù)如表3所示。
（4）試驗(yàn)結(jié)果 焊后24h對(duì)試板進(jìn)行外觀檢查和100%超聲波檢測(cè)，然后取樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，其中沖擊共取兩組，焊縫中心WM和熔合線+2mm各取一組，試驗(yàn)數(shù)據(jù)全部合格，滿足技術(shù)要求。焊接試板焊縫外觀如圖4所示，沖擊試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。
4. 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)金屬粉型藥芯焊絲試驗(yàn)研究，解決了海上風(fēng)塔產(chǎn)品海工用鋼焊絲匹配的技術(shù)難題，滿足技術(shù)規(guī)范中的－60℃低溫沖擊韌性的特殊要求，與常規(guī)實(shí)芯焊絲相比較，該焊絲具有更加穩(wěn)定優(yōu)異的理化綜合性能，良好的操作性能和脫渣性能。
本次海上風(fēng)電S 3 5 5 G 1 0材料焊接工藝試驗(yàn)是按照“ISO15614—1”《金屬材料焊接工藝規(guī)程及評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的正規(guī)完整性試驗(yàn)，目前階段僅做為新牌號(hào)材料（包括鋼材和焊材）的工藝驗(yàn)證性試驗(yàn)，在公司內(nèi)部進(jìn)行操作，不通過(guò)第三方認(rèn)證。今后根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的實(shí)際需要，再考慮系統(tǒng)完整性試驗(yàn)。
作者：劉秋亮
