國內外690MPa高強鋼實芯焊絲的研究及應用

萬斌 趙鈺 劉紅軍 樊志勤 楊曉東 楊國華 趙凱 杜奇峰

國內外690MPa高強鋼實芯焊絲的研究及應用

萬斌 趙鈺 劉紅軍 樊志勤 楊曉東 楊國華 趙凱 杜奇峰

概述了國內外高強鋼實芯焊絲的發展情況，介紹了690MPa高強鋼實芯焊絲特點及應用狀況。通過對國內外690MPa高強鋼品牌焊絲的對比試驗分析表明，國外高強鋼焊絲在化學成分控制、焊接工藝性能及熔敷金屬綜合力學性能等方面，均優于國產焊絲，我國高強鋼實芯焊絲還處在研制開發、推廣應用階段。

1. 概述

屈服強度大于500MPa的鋼統稱為高強鋼，一般由兩種工藝制成：控軋控冷工藝（TMCP）和調質（淬火＋回火）工藝。高強鋼以其高強度、較好的焊接性及優良的綜合力學性能，已成為大型焊接結構中最主要的結構材料之一。

隨著國內外工程機械、煤礦機械、海工裝備、水電裝備及承壓設備等向著優質、高強、大型化、輕型化的方向發展，焊接金屬材料由傳統的碳素鋼、低合金鋼、合金結構鋼向高強度細晶粒鋼（Q690、Q890、Q960等）等領域拓展。隨著高強鋼實芯焊絲的需求量的逐年增加，在世界各工業發達國家金屬結構行業中得到廣泛的應用，使得這些國家的高強鋼實芯焊絲制造技術處于世界領先地位。如瑞士奧利康公司（G694Mn3Ni1CrMo、G894Mn4Ni2CrMo等）、瑞典伊薩公司（OK.AristoRod69、 OK.AristoRod89等）、奧鋼聯伯樂公司（Tunion GM100 、Tunion GM120等）及意大利飛樂公司（ER/S、FILEUR ERM等）。上述國際知名品牌公司的產品，目前幾乎壟斷全球的焊接材料市場。

我國焊接金屬材料大量采用抗拉強度為50kg級以內的碳素鋼、低合金鋼，占我國鋼產量的60%以上。近年來，隨著產品結構的調整，高強鋼金屬材料的需求量持續增長，高強鋼焊接材料市場異?；钴S。國內已有超過30家焊材企業推出了高強鋼氣體保護實芯焊絲，但因國產焊絲質量不穩定、供貨周期長、批量小、價格高，國外知名品牌公司的產品壟斷中國市場的局面仍未打破。國內焊絲質量相對穩定的焊材生產企業有：林肯電氣錦泰公司（JM—110、JM120等）、四川大西洋公司（CHW—80CFI、C H W—95C等）、威爾公司（GQA—1、HS—90等）、河北鑫宇焊業公司（GHS—80、GHS—90等）、天津金橋焊材集團（LJQMG70－G）等。我國高強鋼實芯焊絲產品尚處在研制開發、推廣應用階段，與國外差距甚遠。

2. 690MPa高強鋼實芯焊絲特點

高強鋼焊絲一般采用Mn-Si-Cr-Ni-Mo合金體系進行強化，并加入適當的微量元素以凈化焊縫組織，細化晶粒，提高焊縫韌性，獲得優良的綜合力學性能。

一般國外品牌6 9 0 M P a高強鋼焊絲分為鍍銅和特殊涂層兩種，執行I S O16834—2 0 0 6國際標準，常表述為G694Mn3Ni1CrMo，它相當于AWSA、528—2005標準的E R100S—G焊絲，符合G B/ T8110—2008標準的ER69—G焊絲。

3. G694Mn3Ni1CrMo與ER69—G焊絲對比試驗。

試驗選用某國外知名品牌特

殊涂層焊絲G694Mn3Ni1CrMo（φ1.2 m m）和某國內品牌ER69—G（φ1.2mm）鍍銅焊絲，按ISO16834-2006國際標準進行試驗。

（1）焊絲化學成分 分別對兩種焊絲取樣，按相關標準進行焊絲化學成分分析，試驗結果如表1所示。

從表1中可以看出，G694Mn3Ni1CrMo特殊涂層焊絲的C、S、P等元素控制較嚴，低于ER69—G鍍銅焊絲，尤其是特殊涂層焊絲銅含量僅為0.023%，比鍍銅焊絲降低了一個數量級，因此特殊涂層焊絲在施焊中，不僅可以有效改善勞動條件，而且使焊絲熔敷金屬力學性能大幅度提高。另外ER69—G焊絲Ni和Mo元素含量較高，這對保證焊絲熔敷金屬的強度與低溫沖擊韌性有利。從焊絲化學成分分析來看，ER69—G焊絲按ISO16834—2006國際標準，可表述為G694Mn4Ni2CrMo焊絲。

（2）焊絲焊接工藝性能試驗 按標準進行兩種焊絲的焊接工藝性能試驗，試驗結果如表2所示。

由表2可以看出，G694Mn3Ni1CrMo焊絲的各項焊接工藝性能指標均優于ER69—G焊絲。通過對國內外高強鋼焊絲的試驗研究與生產應用，我們感到國產焊絲的力學性能雖然比國外同類焊絲有一定差距，但其本能滿足相關標準和產品的技術要求，而焊絲的焊接工藝性能問題卻比較突出，與國外的差距較大，嚴重制約著我國高強鋼焊絲的發展。

（3）焊絲熔敷金屬力學性能試驗 母材選用Q690E（20mm厚）鋼材，對試板進行焊接，焊接參數如表3所示，試板焊后經X射線探傷達到I級焊縫標準，焊絲熔敷金屬力學性能試驗結果如表4所示。

表4表明，兩種焊絲力學性能均符合ISO16834—2006標準要求。G694Mn3Ni1CrMo焊絲熔敷金屬強度適中，塑韌性較高（尤其是低溫沖擊韌性），適應于在低溫下工作高強鋼結構件的焊接。而ER69—G焊絲熔敷金屬抗拉強度偏ISO標準上限，塑韌性相對較低，不利于高強鋼的焊接。

4. 690MPa高強鋼焊絲的生產應用

由于我國高強鋼焊絲盤條的C、S、P等有害元素控制不嚴，焊絲制造技術尚未成熟，仍處在研制開發推廣應用階段。目前國內大部分企業使用國外產品，只有少數企業使用國內產品。如我公司用于吊裝合成油大型反應器的6400液壓復式起重機、TZC750全路面桁架臂起重機和TZC750履帶起重機等工程機械大型設備，曾分別使用瑞士奧爾

康公司G694Mn3Ni1CrMo、瑞典伊薩公司OK AristoRod69、奧鋼聯伯樂公司Tunion GM100、意大利飛樂公司ER/S等焊絲，施焊Q690E材料，嚴格執行焊接工藝規程，焊縫質量完全滿足以上產品技術要求，產品質量得到外方監造和用戶的認可。

表1 焊絲化學成分（質量分數） （%）

表2 焊絲焊接工藝性能

表3 焊接參數

表4 焊絲熔敷金屬力學性能試驗結果

5. 結語

通過對國內外690MPa高強鋼實芯焊絲的對比試驗分析及生產應用表明，國外品牌690MPa高強鋼焊絲的化學成分設計合理，有害元素控制較嚴，焊絲制造技術成熟，焊絲的焊接工藝性能良好，熔敷金屬綜合力學性能優良，適用于高強鋼材料的焊接。

我國生產制造690MPa高強鋼實芯焊絲起步較晚，與國外品牌焊絲相比，還有較大差距，尚處在研制開發、推廣應用階段。這就需要我國焊接材料的“產、學、研、用”各個環節共同努力，充分發揮各自優勢，盡快研制開發出高質量、多品種的高強鋼焊絲，打破國外知名品牌產品壟斷的被動局面，促進和提高國產焊接材料制造整體技術水平，以更好地適應我國焊接生產的不斷發展。

萬斌等，太原重工股份有限公司。