金屬粉芯型藥芯焊絲開發與應用現狀

劉奔，徐勤官，王先鋒

卡特彼勒（徐州）有限公司 江蘇徐州 221004

1 序言

金屬粉芯型藥芯焊絲的專利最早在1957年出現于英國[1]，但是由于制造難度大、使用成本較高，沒有大范圍推廣應用。隨著技術的進步，以及對高效率和環保的要求，金屬粉芯型藥芯焊絲因其具有焊接質量高、工藝性能好、熔敷速度快及綜合成本低等特點逐漸為大家所關注[2]。

金屬粉芯型藥芯焊絲作為新型焊材尚未被大眾所認識。同熔渣型藥芯焊絲一樣，金屬粉芯型藥芯焊絲是由薄鋼帶包裹藥芯組成；熔渣型藥芯焊絲藥芯部分主要是各種脫氧、造渣、穩弧成分，而金屬粉芯型藥芯焊絲的藥芯部分主要是金屬粉，占比高達80%~90%。根據使用的目的不同，金屬粉芯成分會有一些變化，但主要為鐵粉、合金粉、脫氧劑，同時含有少量的造渣劑、穩弧劑等[3]。從整個焊絲的成分和操作來看，更接近于傳統實芯焊絲；從制造工藝與焊絲結構來分，接近于傳統熔渣型藥芯焊絲。所以，美國標準AWS將金屬粉芯型藥芯焊絲歸類于實芯焊絲，而日本JIS、歐洲EN和ISO則將金屬粉芯型藥芯焊絲歸類于藥芯焊絲。我國將其歸類于藥芯焊絲。

2 金屬粉芯型藥芯焊絲的特性

金屬粉芯型藥芯焊絲兼具實芯焊絲與熔渣型藥芯焊絲的優點。由于在焊芯中添加了傳統熔渣型藥芯焊絲中的穩弧劑，所以電弧較實芯焊絲更穩定，飛濺更少，對改善焊接環境、提高熔敷率有較為明顯的作用；焊縫中的含氫量將直接關系到焊縫冷裂紋的開裂風險，在藥芯中添加氟化物，可以顯著降低焊縫中的含氫量，從而降低焊縫開裂風險，這一點實芯焊絲無法實現[4]；藥芯中含有大量的鐵粉、金屬粉，因此比實芯焊絲具有更高的熔敷速度，可達13.6kg/h，且熔敷效率達到97%，顯著提高焊接速度；焊縫表面渣量很少，不但能夠減少脫渣的時間和提高勞動效率，而且能夠避免夾渣等缺陷；由于電弧投射區較寬，且熔池擾動較少，所以焊縫成形良好[1]。

圖1是厚板用金屬粉芯型藥芯焊絲的熔敷速度與其他焊絲相比較的數據，這種焊絲比熔渣型焊絲約快10%，比實芯焊絲約快20%，可以使焊接高效化。另外，此種厚板用金屬粉芯型藥芯焊絲電弧很軟，飛濺、發塵量比實芯焊絲要少1/2，可大大減輕清理飛濺的作業量，促進了自動化焊接的發展。由于粉芯中鐵粉所占的比例很大，從而使焊絲的價格低于普通熔渣型藥芯焊絲。另一方面，使用金屬粉型藥芯焊絲在厚板作業中減少了清渣的時間，有效地提高了焊接效率，也降低了焊接生產的成本。圖2是日本金屬粉芯型藥芯焊絲和實芯焊絲的成本比較，可以看出高效金屬粉芯型藥芯焊絲確實可以降低焊接成本，降低幅度達35%[4-5]。

圖1 各種焊絲的效率

圖2 金屬粉芯型與熔渣型藥芯焊絲綜合成本比較

3 開發與應用現狀

日本研究和應用金屬粉芯型藥芯焊絲的時間較早，1986年就開始了初步應用。近年來已開發出多種類型的金屬粉芯型藥芯焊絲，如厚板專用、薄板專用以及角焊專用的焊絲。低碳鋼和490MPa級高強鋼用金屬粉芯型藥芯焊絲中，角焊用焊絲對船舶、橋梁等行業中涂漆鋼板焊接而防止壓痕及氣孔起了很大作用。使用這種角焊焊絲減少了手工清理缺陷的工時，大大提高了焊接效率。橋梁、鋼結構等方面金屬粉芯型藥芯焊絲的應用也正在擴大。橋梁制造中所用焊材的43%是藥芯焊絲，藥芯焊絲中金屬粉芯的占比＞20%。

美國也很重視金屬粉芯的開發和利用，霍伯特和林肯電氣兩大公司就開發出了多種系列的金屬粉芯型藥芯焊絲。霍伯特公司有Tri-Mark、Hobart、Corex三大系列的金屬粉芯型藥芯焊絲，就Tri-Mark系列而言，包括71和76。Metalloy的熔敷效率可達96%，與實芯焊絲相比，具有大的熔深和良好的潤濕性，改善了重皮缺陷，用它可進行平焊、橫焊的單道和多道焊。林肯公司的一系列金屬粉芯型藥芯焊絲中，新研制的MC-710XL屬于低煙塵型，其主要特性是焊渣和飛濺少，電弧穩定性良好，熔敷率高；多道焊時無需清渣，提高了生產率；焊絲規格有φ1.2mm、φ1.4mm和φ1.6mm三種；使用Ar-CO2混合氣，Ar含量的增加可減少煙塵的產生；該焊絲適用于手工半自動焊和全自動焊；使用它可在短路方式下獲得非平焊位置的焊縫，在許多應用中焊道外形類似于實芯焊絲，但生產率提高，而且高速焊接下具有良好的焊道潤濕性。

此外，韓國現代焊接有限公司的金屬粉芯型藥芯焊絲Super-corex 70NS，可應用于造船和橋梁建設等行業的自動焊接或機器人作業中，而且取得了很好的效果；伊薩公司也在金屬粉芯型藥芯焊絲領域有諸多產品經過市場檢驗。

國內在金屬粉芯型藥芯焊絲的開發方面已取得了重要進展。目前，天津市三英焊業有限公司已開發出了一種性能與日本MX-200 性能相當的產品，其抗氣孔（壓痕K）性能及工藝、力學性能優良，已通過了英國勞埃德船級社和挪威船級社的認證。該焊絲應用在大連某造船廠，焊接過程中電弧穩定、飛濺小、穿透力強、兩側熔合好、無咬邊、正面無凹坑和氣孔[4]。

4 展望

通過以上敘述可以發現，金屬粉芯型藥芯焊絲同時具有實芯焊絲和藥芯焊絲的優點，焊接效率高，飛濺小和煙塵小，焊縫質量高。因此，雖然焊絲本身價格較高，但是綜合成本反而較實芯焊絲和藥芯焊絲更低。隨著技術的進步，生產效率的提高，這種新型藥芯焊絲的成本將持續下降，在生產現場的應用也會越來越有優勢。