氣體保護(hù)實(shí)芯焊絲在石化工程中的應(yīng)用

殷蜀越 夏吉龍 趙承先 翟峻

一、實(shí)芯焊絲在我公司的應(yīng)用現(xiàn)狀

我公司業(yè)務(wù)以石化工程施工及裝備制造為主。實(shí)芯焊絲相對(duì)于藥芯焊絲價(jià)格相對(duì)便宜，尤其碳鋼、低合金鋼產(chǎn)品中常用的國產(chǎn)焊絲，具有價(jià)格低、施工生產(chǎn)效率高和產(chǎn)品性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，使得實(shí)芯焊絲得到廣泛應(yīng)用。

實(shí)芯焊絲在我公司主要應(yīng)用在容器、塔器、換熱器、管道、儲(chǔ)罐、鋼結(jié)構(gòu)和風(fēng)塔等諸多鋼制產(chǎn)品的焊接施工當(dāng)中，如圖1、2所示。其中碳鋼、低合金鋼產(chǎn)品應(yīng)用最多的實(shí)芯焊絲是ER50—6；在不銹鋼、不銹鋼復(fù)合產(chǎn)品中使用較多的實(shí)芯焊絲是

H03Cr21Ni10Si（ER308L）、H03Cr24Ni13Si（ER309L）、H03Cr19Ni12Mo2Si（ER316L）和H08Cr20Ni10Nb等。

圖1 實(shí)芯焊絲在管道自動(dòng)焊上應(yīng)用

圖2 實(shí)芯焊絲在CO2氣體保護(hù)焊上應(yīng)用

二、應(yīng)用實(shí)例及問題

1.實(shí)芯焊絲在碳鋼、低合金鋼焊接上的應(yīng)用

我公司目前在碳鋼、低合金鋼產(chǎn)品中最常應(yīng)用的實(shí)芯焊絲是ER50—6，采用的是單一組分CO2作為保護(hù)氣，飛濺大、焊縫成形凸起、氣孔及咬邊等問題一直制約著實(shí)芯焊絲的應(yīng)用范圍。近幾年來產(chǎn)品用戶不斷壓縮產(chǎn)品的制造周期，傳統(tǒng)的焊條電弧焊已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在的施工生產(chǎn)需求，藥芯焊絲的施工成本又相對(duì)較高，促使通過改變工藝，采取有效的措施，解決實(shí)芯焊絲飛濺大、成形不好等問題，使得實(shí)芯焊絲能夠被應(yīng)用在壓力容器等設(shè)備焊接上。

主要有以下應(yīng)對(duì)措施：

第一，選擇合適的電源極性及焊接參數(shù)，焊接速度根據(jù)選擇的焊接電流、電弧電壓和焊接位置進(jìn)行調(diào)整。焊接時(shí)調(diào)整好焊槍的傾斜角度和焊接方向，槍體傾角過?。ù怪庇诠ぜ?duì)焊接操作人員觀察焊道的成形不利；槍體傾角過大在焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的飛濺。經(jīng)反復(fù)調(diào)整后，在焊接方向上，右焊法（焊絲指向焊接表面的反方向）較左焊法在電弧的穩(wěn)定性和飛濺量上都更具優(yōu)勢(shì)?？刂坪附z伸出長度，在能保證正常焊接的情況下焊絲伸出長度盡可能縮短。

第二，針對(duì)有些材料，可以將單一的CO2保護(hù)氣體改為混合氣體Ar+CO2，CO2+Ar混合氣體除了能夠克服飛濺外,也改善了焊縫成形。實(shí)踐證明，80%Ar+20%CO2時(shí)飛濺率較低。

第三，采用國內(nèi)知名品牌且在實(shí)芯焊絲制造方面最具優(yōu)勢(shì)的廠家制造的焊材。在保證力學(xué)性能的前提下，應(yīng)盡可能降低其中含碳量，并添加適量的鈦、鋁等合金元素。無論顆粒過渡焊接或短路過渡焊接都可顯著減少由CO2等氣體引起的飛濺（見圖3）。

第四，選擇電特性合適的焊機(jī)。焊前在焊縫兩側(cè)的一定距離內(nèi)，涂抹一定的防飛濺劑以便降低飛濺的清除難度。

2.實(shí)芯焊絲在鎳基高合金鋼上應(yīng)用情況

我公司在對(duì)N08825管線材料焊接時(shí)遇到了焊縫表面金屬顏色不符合要求的問題（焊縫表面顏色灰暗，氧化過度），且酸洗后焊縫表面仍滿足不了要求。這個(gè)問題集中出現(xiàn)在大直徑管線材料的封底焊縫和小直徑薄壁接管的整個(gè)焊縫。以上位置的焊縫均采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，焊接材料選用實(shí)芯ERNiCrMo—3材料。

通過分析從以下方面進(jìn)行試驗(yàn)并采取措施：

（1）保護(hù)氣體不充分或純度不夠 重新設(shè)計(jì)了保護(hù)裝置，加大了保護(hù)氣體的覆蓋范圍。調(diào)整后重新試驗(yàn)，焊縫氧化的情況雖有改善，但仍無法滿足技術(shù)要求。保護(hù)氣體的純度達(dá)不到要求會(huì)出現(xiàn)焊縫表面氧化過度的情況，由于之前已經(jīng)使用的是純度標(biāo)準(zhǔn)為99.99%氬氣（國產(chǎn)），因此并未向該方面考慮。根據(jù)專家的提示，我們購買了法液空的焊接保護(hù)氣體（99.99%Ar和95%Ar+5%H2的混合氣體各一瓶），進(jìn)行焊接試驗(yàn)。試驗(yàn)效果非常理想，完全解決了焊縫表面氧化嚴(yán)重的問題，采用進(jìn)口保護(hù)氣體的焊接，焊縫外觀均呈現(xiàn)出亮銀色，完全符合要求。

（2）焊材因素 可能是由于焊材自身的問題影響到了焊縫的氧化程度。我們一方面與國內(nèi)的知名焊材廠家積極聯(lián)系，更改焊材的制造配方以改善焊縫表面氧化嚴(yán)重的問題；另一方面我們從國外進(jìn)口了一些知名廠家的同型號(hào)焊材進(jìn)行焊接試驗(yàn)，但多次試驗(yàn)后該問題仍未得到解決。

三、國產(chǎn)實(shí)芯焊絲使用過程中存在的問題

（1）國產(chǎn)焊絲的翹距較大，影響送絲的效果及焊接質(zhì)量 翹距大時(shí)，焊絲與導(dǎo)絲管摩擦，增大送絲阻力，它與焊絲生產(chǎn)中的矯直有關(guān)，使用的國外焊絲（φ1.2mm）翹距一般都＜5mm, 日本神鋼生產(chǎn)焊絲的翹距幾乎為零，而國產(chǎn)焊絲的翹距＜5mm的不多，焊接時(shí)經(jīng)常因?yàn)樗徒z不暢，影響焊縫質(zhì)量，而不得不進(jìn)行打磨處理，直接造成工作效率低下。

（2）焊絲的鍍銅質(zhì)量 目前焊絲鍍銅采用化學(xué)鍍和電鍍兩種方法。化學(xué)鍍成本低、孔隙率小、鍍層結(jié)合強(qiáng)度低；電鍍成本高、孔隙率大、鍍層結(jié)合強(qiáng)度高。日本焊絲一般采用電鍍，西歐采用化學(xué)鍍，我國則以化學(xué)鍍?yōu)橹鳎贁?shù)廠家采用電鍍。

國產(chǎn)鍍銅焊絲存在鍍銅層不均勻、結(jié)合力差、易掉銅屑，鍍銅層易生銹、保存時(shí)間短等問題。

（3）鎳基堆焊等焊絲生產(chǎn)廠家少 近年來，隨著企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，焊接金屬材料范圍由常見的Q235、Q345向高強(qiáng)度鋼、高韌性鋼、耐熱鋼（如12Cr2Mo1V）等領(lǐng)域拓展，而我國這類焊絲的生產(chǎn)廠家極少，往往出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，工藝達(dá)不到要求，價(jià)格偏高，不能滿足生產(chǎn)要求。有的特殊鋼種焊絲仍依賴進(jìn)口。在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)于以上鋼種的焊接，有時(shí)只得選用進(jìn)口焊絲或改變焊接工藝方法。

四、對(duì)實(shí)芯焊絲發(fā)展的需求和建議

目前國內(nèi)的實(shí)芯焊絲生產(chǎn)受諸多因素限制，技術(shù)水平較為有限，一些低端的焊絲國產(chǎn)較多，高端實(shí)芯焊絲國產(chǎn)少，且操作性能遠(yuǎn)不如國外進(jìn)口的焊絲。實(shí)芯焊絲的焊接方法符合當(dāng)下對(duì)焊接生產(chǎn)提出的高質(zhì)量、自動(dòng)化、低成本、環(huán)保的要求。實(shí)芯焊絲未來的發(fā)展應(yīng)該先從原料做起，如不能將該環(huán)節(jié)的質(zhì)量牢固掌控，高端實(shí)芯焊絲國產(chǎn)化將很難發(fā)展。此外和實(shí)芯焊絲相配套的焊接保護(hù)氣體，在其純度和雜質(zhì)檢驗(yàn)方面也缺乏相應(yīng)檢驗(yàn)檢測(cè)手段，尤其是在遇到對(duì)氣體純度較為敏感的合金材料時(shí)，實(shí)芯焊絲的劣勢(shì)就會(huì)凸顯出來，因此實(shí)芯焊絲要想進(jìn)一步的發(fā)展，就必須要解決以上問題。

圖3 質(zhì)量好的實(shí)芯焊絲（大橋ER50—6）

1.與國際焊接材料技術(shù)發(fā)展接軌

應(yīng)逐步淘汰低質(zhì)劣質(zhì)產(chǎn)品，優(yōu)選好的焊絲原材料，加強(qiáng)氣體保護(hù)實(shí)芯焊絲制造技術(shù)的研究，充分掌握引進(jìn)設(shè)備技術(shù)特性，不斷提高原材料品種和質(zhì)量，制定合理的拔絲、鍍銅、層繞及包裝等生產(chǎn)工藝規(guī)程，徹底解決焊絲批量生產(chǎn)的質(zhì)量穩(wěn)定性問題，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)焊材，以用于更多重要產(chǎn)品的生產(chǎn)中，使我國實(shí)芯焊絲結(jié)構(gòu)趨于合理。

2. 加強(qiáng)交流和協(xié)作，提高國內(nèi)實(shí)芯焊絲的整體制造水平

國內(nèi)焊絲制造企業(yè)，應(yīng)不斷加強(qiáng)彼此間的交流與協(xié)作，尤其是要加強(qiáng)科研單位、焊絲廠和使用單位之間的協(xié)作，充分發(fā)揮各方的優(yōu)勢(shì)，使我國實(shí)芯焊絲的質(zhì)量、品種不斷得到提高。

縱觀國內(nèi)外氣體保護(hù)實(shí)芯焊絲的發(fā)展，我國與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，還有不小的差距，這就需要焊接界同仁共同努力，盡快研制生產(chǎn)出高質(zhì)量的焊絲產(chǎn)品，以更好地適應(yīng)我國焊接生產(chǎn)的不斷發(fā)展。

相關(guān)產(chǎn)品鏈接：

液化空氣集團(tuán)的ARCAL 15(95%Ar+5%H2)混合氣, 應(yīng)用于TIG焊接奧氏體不銹鋼及鎳基合金。通過精準(zhǔn)的混配和高純度的氣體，能最終獲得高品質(zhì)的焊縫。其中，H2是一種還原性極強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)，焊接保護(hù)氣中含有的少量H2，能優(yōu)先與卷入焊接高溫區(qū)域的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，保護(hù)焊縫金屬不被氧化，呈現(xiàn)銀白色的金屬光澤。并且，H2具有高熱導(dǎo)性的特點(diǎn)，相比純氬，能提高焊接速度30%左右。