早在1950年代初氣保護藥芯焊絲便已開始開發(fā)問市,但至1957年才開始廣為商業(yè)上使用。此種方法可說是取自埋弧焊與CO2焊接(指實心)的優(yōu)點組合而成,焊劑包在焊絲內并藉外圍CO2氣體的保護可使焊接時產生較柔和且穩(wěn)定的電弧以及低飛濺為其特點。開發(fā)之初只有大絲徑焊絲(2.0-4.0mm),用于重大工件的平焊與橫焊。直至1972年小絲徑焊絲開始發(fā)展才大大的擴展了藥芯焊絲使用的領域。

自保護藥芯焊絲是在氣保護藥芯焊絲問市不久便被發(fā)展出來而且也很快的被工業(yè)界廣為認同于特定的用途上。

兩者最大的不同點在第二單元已有所述明,本單元僅做整體的探討。

另據資料介紹:日本從1985年至今其焊條占整個焊材的比例從45%下降到20%;而藥芯焊絲所占比例已達到近30%。在美國焊條比例下降到不足40%,藥芯焊絲則接近40%;西歐各國焊條約占30%,藥芯焊絲約占20%。由此可見。

藥芯焊絲與手工焊條和氬弧焊絲相比有明顯的優(yōu)勢,主要是把斷續(xù)的焊接過程變?yōu)檫B續(xù)的生產方式,從而減少了焊接接頭的數目,提高了焊縫質量,也提高了生產效率,節(jié)約了能源。

藥芯焊絲按生產特點又分為有縫和無縫藥芯焊絲。無縫藥芯焊絲的成品絲可進行鍍銅處理,焊絲保管過程中的防潮性能以及焊接過程中的導電性均優(yōu)于有縫藥芯焊絲。

藥芯焊絲按不同的情況有不同的分類方法。

按保護情況可分為氣體保護(CO2、富Ar混合氣體)和自保護、埋弧以及明弧四種。

按焊絲直徑可分為細直徑(2.0mm以下)和粗直徑(2.0mm以上)。

按焊絲斷面可分為簡單斷面和復雜斷面。

按使用電源可分為交流陡降特性電源和直流平特性電源。

按填充材料可分為造渣型藥芯焊絲(氧化鈦型、鈦鈣型、氟鈣型)和金屬粉芯藥芯焊絲。

常見的氣體保護藥芯焊絲有:AWS A5.29/5.28 E71T1-C(M), E81T1-K2, E81T1-NI1, E91T1-K2, E101-K3, E111T1-K3,E80C-G, E90C-G, E110C-G等(一般直徑1.2mm-1.6mm)

常見的自保護藥芯焊絲:一般直徑:1.6mm-3.2mm

常見的埋弧堆焊藥芯焊絲有:AWS A5.23 F71A, F8A4, F9A4, F11-A8等(一般直徑:2.4mm-4.0mm)

從藥芯焊絲的開發(fā)及應用角度來看可作如下分類:

造渣型氣保護藥芯焊絲可分為CO2氣體保護藥芯焊絲,主要品種用于碳鋼、50公斤級低合金結構鋼(全位置焊接)、高強度鋼(60-70公斤級)、低溫鋼(-45℃、-60℃沖擊韌性)、耐熱鋼(1.25Cr-0.5Mo系,2.25Cr-1Mo系)、耐候鋼(涂裝與非涂裝)、不銹鋼(焊接SUS304、304L、316、316L、317、317L、321、347、309s不銹鋼)、耐磨堆焊(Hv250、Hv350、Hv450、Hv600)。

造渣型氣保護藥芯焊絲可分為富Ar混合氣體保護藥芯焊絲,主要品種用于碳鋼、50公斤級低合金結構鋼(全位置焊接)、高強度鋼(60-70公斤級)、低溫鋼(-45℃、-60℃沖擊韌性)、耐磨堆焊(13Cr-2Ni系)。

金屬粉芯藥芯焊絲可分為CO2氣體保護藥芯焊絲,主要品種用于碳鋼、50公斤級低合金結構鋼、高強度鋼(60公斤級)、耐磨堆焊(高Cr-Fe系,Hv800)。

金屬粉芯藥芯焊絲可分為富Ar混合氣體保護藥芯焊絲, 主要品種用于碳鋼、50公斤級低合金結構鋼、、低溫鋼(-60℃沖擊韌性)、不銹鋼(13Cr-5Ni系,13Cr-4Ni-Mo系,17Cr系)、耐磨堆焊(13Mn系、16Mn-16Cr系)。自保護藥芯焊絲主要品種用于碳鋼、50公斤級低合金結構鋼和耐磨堆焊。

耐磨系列

DUR 606M

特性與用途:

新型金屬粉末包藥焊線,適合于各種熱錘鍛模、陶瓷模具之耐熱、耐磨部位制作與焊補。亦可用于中碳鋼與低合金鋼之表面硬度加強。焊后熔金不須硬化熱處理可直接使用,可機加工。

主要成份 Cr Mo Mn Si C Ti

焊接參數:

DUR 503M

特性與用途:

新型金屬粉末包藥焊線,適合于各種熱作模具鋼之重建堆焊與修護焊接,。對于熱切模的生產,同樣可以通過堆焊制作刀口。由于Cr、Mo含量高,有很優(yōu)良地高溫硬度與熱傳導率。

注意事項:

4、焊補接點需盡量避免于應力發(fā)生處。

5、焊渣薄膜可以鋼刷清除。

技術參數:

硬度 HRC 52-57

主要成份 Cr Mo Mn Si C

焊接參數:

DUR 453M

特性與用途:

基礎型粉末包藥焊線,適合于各種熱作模具鋼之填充堆焊與重建修護焊接,。焊后熔金不須硬化熱處理可直接使用,無須軟化退火可直接上中心加工機加工。由于Mo含量高,有很優(yōu)良地熱傳導率與抗熱磨損能力。

技術參數:

硬度 HRC 47-52

主要成份 Cr Mo Mn Si C Ti

焊接參數:

碳鋼和低合金系列
1.2.1 490MPa級強度鋼用

藥芯焊絲的制造過程控制非常嚴謹,由于熔填金屬來自鋼片皮材及焊劑所含的成份,制造前尺寸與化學成份均需詳細核對以確保品質。

由于焊材內部空間受到限制,焊劑顆粒的大小愈顯得重要,顆粒間形成類似鳥巢般結合在一起,焊劑成份元素不均勻。

絕大部分的藥芯焊絲均由一扁平金屬薄片長條逐段經過滾卷成U型斷面,粒狀焊劑填充于U型金屬槽中然后再經最后的密封滾卷步驟,將焊劑緊緊的滾壓在管形焊絲內

卷成管形的焊絲再經過一連串抽拉動作成為最后需要的絲徑,此抽拉的動作也可以使填充的焊劑均勻的固定在焊絲皮材內。

制造/生產過程中如何不使焊絲內因管制不良而造成部分線材形成中空(沒有焊劑)是藥芯焊絲生產品質的關鍵。另外線材表面亦需光滑平順且清潔否則將影響送絲的順暢及焊接電流的傳迅。焊絲包裝成卷或成桶以避免線材相互糾纏或折損,通常成卷絲材均以塑膠套包封后并放置干燥劑使避免材料受潮,包封后的材料再放入硬紙盒內送出。

在皮材較厚時斷面多為對接(BUTT)方式且焊劑量較少,絕大多數的碳鋼及低合金鋼,絲徑在2.8mm及以下均為此種形狀斷面,類如不銹鋼等高合金且絲徑較大時,絲材內需較大的空間包容焊劑與合金元素斷面形狀則多成疊接或心形(LAP及HEART SHAPED)接頭。

前已述及藥芯焊絲突顯了許多焊接方法的有利特性,例如焊劑部分扮演了與被覆焊條能改善熔填金屬化學成分與機械性之功能。生產效率上又有氣體保護金屬電弧焊及埋弧焊的特點。

藥芯焊絲可用于碳鋼,低合金結構鋼,耐熱鋼,高張力鋼,高強度淬火回火鋼,不銹鋼以及硬面耐磨鋼材等的焊接。

藥芯焊絲是很有發(fā)展前途的新型焊接材料

一、優(yōu)點:

1、對各種鋼材的焊接,適應性強 調整焊劑(通用型藥芯焊絲常稱添加物為藥芯,焊劑的說法只在特定的藥芯焊絲中出現)的成分和比例極為方便和容易,可以提供所要求的焊縫化學成分。

2、工藝性能好,焊縫成形美觀 采用氣渣聯合保護,獲得良好成形。加入穩(wěn)弧劑使電弧穩(wěn)定,熔滴過渡均勻。

3、熔敷速度快,生產效率高 在相同焊接電流下藥芯焊絲的電流密度大,熔化速度快,其熔敷率約為85%-90%,生產率比焊條電弧焊高約3-5倍。

4)可用較大焊接電流進行全位置焊接。

二、缺點

1、焊絲制造過程復雜

2、焊接時,送絲較實心焊絲困難

3、焊絲外表容易銹蝕,粉劑易吸潮,因此對藥芯焊絲保存一管理的要求更為嚴格

3.1、焊劑成份所扮演的功能:

與被覆焊條相同,藥芯焊絲的制造商對焊劑成份均為其特有的配方,隨著焊材適用的功能不同,焊劑成份組成亦各不同。

焊劑成份的基本功能略述如下:

(1)除氧劑與除氮劑

由于氮與氧可使焊道金屬造成氣孔或脆化,焊劑中必須添加強脫氧劑如Al粉 和弱 脫氧劑錳與硅等,至于自保護藥芯焊絲,焊劑中另需添加AL為除氮劑。以上添加除氧劑及除氮劑目的均在于凈化熔填金屬。

(2)焊渣形成劑

鈣、鉀、鈉等硅硅酸鹽類物質為焊渣(也稱熔渣)形成劑,添加在焊劑中可以有效保護熔池不受大氣污染,焊渣可使焊道具較佳的外觀而且快速冷卻后又可以支撐全姿勢焊接時的熔池。焊渣的覆蓋更可緩和熔填金屬冷卻速率,此功能對低合金鋼的焊接尤其重要。

(3)電弧穩(wěn)定劑

鈉及鉀可以使電弧保持柔和順暢而且降低飛濺。

(4)合金元素

錳 、硅、鉬、鉻、碳、鎳及釩等合金元素的添加,可以提高(改善)熔填金屬的強度、延性、硬度及韌性等。

(5)氣體形成劑

氟石、石灰石等需添加在自保護藥芯焊絲中使燃燒產生保護氣體。

3.2 焊渣的類別

焊劑的成份決定焊材的焊接作業(yè)性與熔填金屬的機械性,焊劑成份中若以酸性為主,焊接后便生成酸性焊渣,同樣的以堿性(石灰質)焊劑為主將產生堿性焊渣。酸性系統的焊材焊接工藝性非常好,焊接過程中電弧平順穩(wěn)定,多以噴射過渡,飛濺量少,作業(yè)上廣為焊接人員所喜歡,熔覆金屬機械性普通可達AWS規(guī)范的要求。

焊劑為堿性系統的焊材可使熔填金屬獲得非常優(yōu)良的延性與韌性,但作業(yè)性遠較酸性系為差。熔滴的過渡多以球滴過渡為主,飛濺較多。

藥芯焊絲起源于50年代,發(fā)展于60-70年代,藥芯焊絲主要以粗直徑為主(Φ3.2mm, Φ2.4mm)使用交流電源,氣體保護藥芯焊絲用于鋼管的焊接,自保護藥芯焊絲用于建筑結構。80年代發(fā)展了細直徑藥芯焊絲(Φ1.2~1.6mm)使用直流電源,其中直徑為Φ1.2~1.6mm的全位置藥芯焊絲大量用于船舶的制造并得到飛速發(fā)展,大大提高了造船焊接的半自動化程度。在這期間開發(fā)了不銹鋼、低溫鋼、590N/mm2強度級別鋼種使用的多種藥芯焊絲,Φ1.2~1.6mm的細直徑自保護藥芯焊絲可以使用于鋼管樁的焊接。80年代后期以來,Φ1.2~1.6mm氣保護藥芯焊絲多品種的制造與使用范圍得到迅速推廣,在非造船行業(yè)使用和擴大。隨后發(fā)展了金屬粉芯藥芯焊絲和無縫藥芯焊絲。

從藥芯焊絲的總產量與占焊接材料總產量比例來看,1983年美國藥芯焊絲的產量占焊接材料總產量的15%,藥芯焊絲的總產量為4.2萬噸左右,到1979年藥芯焊絲的年產量達到7.6萬噸。主要用于平焊和平角焊,用來焊接建筑機械、重型機械、鋼架、橋梁等。1995年英國藥芯焊絲年產量首次超過電焊條。日本主要生產細直徑藥芯焊絲,1983年藥芯焊絲占焊接材料總產量的3.8%,1988年為焊接材料總產量的13%,1992年為焊接材料總產量的20%,1994年為焊接材料總產量的23%。在日本藥芯焊絲的生產比例逐年提高,而實芯焊絲在1984年生產量占焊接材料總生產量的32%,逐步提高到1991年的50%。從1992年起實芯焊絲逐年下降,到1994年實芯焊絲的比例為42%。據最新資料報道,日本1997年藥芯焊絲生產總量在10萬噸左右,為焊接材料總產量的27%。由此看來,日本是藥芯焊絲發(fā)展速度最快的國家。在中國藥芯焊絲的發(fā)展正處于原始的發(fā)展階段:大量引進外國生產線又得不到充分的應用,希望提高生產能力和技術水平又不能相互交流,重視硬件投資又忽視軟件開發(fā),同時受到資金不足的限制。

可喜的事,經過我國科研人員的不懈努力,在九十年代中期完成了第一條擁有自主知識產權藥芯焊絲生產線的制備,藥芯焊絲的整體水平也有了質的飛躍,如今中國民族品牌藥芯焊絲已占中國市場半壁以上江山,不僅已基本將進口產品擠出國門,并在和外資品牌的競爭中逐漸占據了上風。近幾年來以一批藥芯焊絲高新技術企業(yè)通過關鍵設備轉讓,扶植了一大批藥芯焊絲企業(yè),帶動了國內藥芯焊絲企業(yè)的發(fā)展,藥芯焊絲的內在品質已相差不大,其產量已經居世界第一位。

主要渣系

總體看來藥芯焊絲主要分為自保護藥芯焊絲和氣保護藥芯焊絲,氣保護藥芯焊絲通常分為兩種渣系,即酸性和堿性(T1和T5)。酸性渣系藥芯焊絲工藝性能很好,可進行全位置焊接,該類型渣系藥芯焊絲是造船工業(yè)最廣泛使用的典型高效焊接材料。堿性藥芯焊絲的焊縫金屬有較好的凈化作用,通過適當的配方調整可以獲得優(yōu)良的工藝性能,適合于平焊、平角焊位置。

藥芯焊絲主要渣系特點介紹如下。

全位置藥芯焊絲藥粉填充系數為13~16%,主要選用TiO2含量為92%以上的金紅石,占藥粉重量的35~55%,鐵粉占藥粉重量的15~30%。另加適量的SiO2、 ZrO2 、Al2O3、MgO組成適當的熔渣,適合于全位置焊接的基本條件,添加適量的含K、Na元素穩(wěn)弧劑提高電弧的穩(wěn)定性,最好是預先處理的燒結粉料。添加適量鋁粉、鋁鎂粉提高焊縫抗氣孔的能力,添加適量Si、Mn鐵合金獲得相應的化學成分和力學性能。該渣系焊絲的主要特點,電弧穩(wěn)定、飛濺小、脫渣容易,細直徑藥芯焊絲適合全位置焊接。但熔渣本身氧化性較大,焊縫金屬的低溫韌性較低,一般用于碳鋼和某些低合金鋼的焊接。造船業(yè)大量采用這類藥芯焊絲,也是產量最大的品種。

堿性藥芯焊絲藥粉填充系數為24~28%,主要選用CaF、CaCO3、部分SiO2或另加適量TiO2為基本渣系。該渣系堿度高,氧化性小,脫S、P能力強,具有優(yōu)良的冶金性能。這樣的渣系為研制高韌性藥芯焊絲創(chuàng)造了條件,要求較好的工藝性能和焊縫具有優(yōu)良的低溫韌性,以用于重要鋼結構的焊接。該類藥芯焊絲的開發(fā)前景良好,適合研制焊接不同強度級別、不同韌性要求的高強度鋼的藥芯焊絲。全位置堿性藥芯焊絲將拓寬新的焊接領域,擁有廣闊的開發(fā)前景。下面以YJ507TiB藥芯焊絲、14MnNbq橋梁鋼的焊接試驗為例,Ti、B微量元素對焊縫低溫韌性的影響。

主要磨損類型如下。

磨料磨損:工件接觸到的介質為非金屬物料,如水泥、礦石、煤、泥沙等。

粘著磨損/金屬間磨損:工件接觸的是金屬,工件間緊密接觸發(fā)生表面材料的轉移等。