新型焊絲組合在縱骨流水線上的試驗及應用

廣州廣船國際股份有限公司（廣東 510382）陸慶新 王瑞生

1.概述

隨著大型船舶的建造，T型材制作以及平面分段中縱骨與板的角接縫大量出現，為了提高平角接縫的效率，很多船廠引進了縱骨流水線或T型材制作流水線。我公司具備此類流水線共5條，都采用雙面雙絲一次焊接完成的工藝。目前應用于此類流水線的焊材都為金屬型藥芯焊絲，雙面單絲或雙面雙絲。雖然都為藥芯焊絲，但由于制造工藝不同，故主要有無縫鍍銅焊絲、表面烘烤型焊絲及表面帶潤滑劑焊絲三種類型。為了降低生產成本，近年來在焊絲組合上出現了管狀焊絲與藥芯焊絲搭配使用的工藝，我們采用了京群科技公司生產的管狀焊絲與藥芯焊絲組合進行了試驗及應用。

2.金屬粉芯管狀焊絲簡介

金屬粉芯管狀焊絲是由金屬的空心管和加入管內的各種粉末形成的芯子組成，粉末主要為鐵粉。金屬芯管狀焊絲的芯子幾乎全部成為熔敷金屬，且沒有造渣劑，故在使用性能上，它既有實芯焊絲焊渣量少的優點，又兼具熔渣型藥芯焊絲熔敷速度高、焊接工藝性好等優點。與藥芯焊絲組合后，金屬粉芯管狀焊絲主要用于打底，保證一定的熔深和填充量，藥芯焊絲用于蓋面，保證外觀成形的均勻及美觀。

3.力學性能試驗及化學成分分析

（1）試驗方法 模擬現場實際應用情況，我們對兩種焊絲組合后的熔敷金屬進行了力學性能以及化學成分分析，同時與兩種焊絲單獨情況焊接下的力學性能和化學成分進行對比。試驗均采用B級鋼材料，雙絲組合后的前絲為管狀焊絲，后絲為藥芯焊絲，間距25mm，干伸長20mm，具體焊接參數如表1所示。

（2）力學性能 試驗后的力學性能以及單絲情況的力學性能對比如表2所示，可以得知，無論單獨焊接還是組合焊接都能滿足規范要求，但經過與管狀焊絲組合后，沖擊性能相比藥芯焊絲得到提高。

表1 組合焊絲的焊接參數

表2 力學性能對比

（3）化學成分 通過對熔敷金屬進行化學成分檢測，都能滿足規范要求，如表3所示。

表3 化學成分對比（質量分數） （%）

4.角焊縫試驗對比

圖1 焊槍實物（側視圖）

圖2 焊槍布置

（1）試驗方法 采用現場設備對前絲管狀焊絲、后絲藥芯組合以及前后絲皆為藥芯焊絲的條件分別進行了試驗，試驗設備以及焊槍角度、間距如圖1、圖2所示。每種焊絲組合后的焊接參數采用同等的焊接電流、電弧電壓，速度設置不同，具體試驗焊接參數如表4所示。需要指出的是A1和B1用的球扁鋼，端部帶有油漆并有一定的倒圓，其他試驗皆為扁鐵，端部平直且油漆已受切割熱而破壞。試驗母材皆為AH36。

圖3 A2試驗焊縫外觀

表4 試驗焊接參數

（2）外觀及金相檢測 典型外觀成形如圖3、圖4所示，可以看出兩種焊縫成形均勻，但A試驗的角焊縫凸度相對較大，外觀色澤更統一，且無殘渣滯留焊腳的情況。對每個試驗代號的角焊縫各進行兩個宏觀金相檢測（典型宏觀照片見圖5、圖6），測量焊腳尺寸以及熔深情況如表5所示。從金相圖可以得出，管狀焊絲相對于藥芯焊絲打底焊縫形狀更窄，測量熔深尺寸的平均值可以得出，熔深相對更大。

圖4 B2試驗焊縫外觀

圖5 A2宏觀金相照片

圖6 B2宏觀金相照片

表5 焊腳尺寸及熔深 （mm）

（3）破斷及硬度試驗 對每個代號試驗的焊縫進行金相破斷試驗，檢查焊縫內部情況，兩者皆無裂紋、未熔合等缺陷。但對于端部帶底漆的A1及B1試驗，氣孔的概率增加，A1根部有密集的小氣孔（見圖7），B1出現了針狀氣孔（見圖8），從抗氣孔的角度，A試驗焊縫優于B試驗焊縫。從表6的斷裂位置可以看出，A試驗破斷位置有部分斷裂在母材，可見其焊縫的強度遠高于母材；從A3與B3的硬度值測量對比，可見A3焊縫的硬度大于B3，也遠高于母材值。

圖7 A1破斷試驗

圖8 B1破斷試驗

表6 破斷試驗及硬度

5.現場應用

金屬粉芯管狀焊絲與藥芯焊絲組合通過試驗后，在現場縱骨流水線進行了使用。使用過程中發現，前絲在300A以上電流，飛濺與藥芯焊絲相當，焊縫藥皮由于前絲無渣，故整體藥皮更薄，脫渣性良好，無粘渣等現象。從焊縫的成形上，角焊縫凸度相對較大，這與管狀焊絲的熔敷效率大有一定關系，為了降低焊縫的凸度，可以適當降低后絲的電流。

由于管狀焊絲在成本上低于金屬型藥芯焊絲，再加上熔敷效率上高于藥芯焊絲，前絲電流高于后絲，使得前絲的使用量相對于藥芯焊絲用量大，因此總體成本估計可以降低10%～15%。

6.結語

（1）采用金屬粉芯管狀焊絲與金屬型藥芯焊絲的組合，力學性能滿足規范要求，且一般的金屬型藥芯焊絲為了保證較好的工藝性能，熔渣偏酸性，因此沖擊韌性相對降低，但與管狀焊絲組合后，提高了沖擊性能。

（2）管狀焊絲用于打底填充，熔深高于藥芯焊絲打底，與藥芯焊絲組合后抗氣孔性較好，且藥皮更薄，脫渣性優良。

（3）新型焊絲組合降低了焊材成本，且為后續雙絲高速角焊縫的推廣應用提供了一個新的研究路線。