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作者： 来源： 发布时间：2018/2/11 16:12:47  点击数：314

摘要 本文重点介绍了采用焊接用h08a、h08e盘圆制造药芯焊丝的工艺技术和药芯焊丝配方技术研究的最新进展，并且实现了原材料全部国产化，对我国发展国产药芯焊丝技术有十分重要的现实意义和经济效益。
关键词 药芯焊丝 制造技术 盘圆成型
0 前言 盘圆法药芯焊丝制造技术在中国的研究与实践已有10多年的历史了，不少研究单位和高校都进行过这方面摸索与研究。在国内期刊上也发表过有关盘圆法药芯焊丝制造技术的论文。本文结合北京英世恒瑞焊业有限公司的实际情况，较全面介绍了盘圆法药芯焊丝的制造工艺、生产用原材料、质量管理、品种开发、焊缝金属的低温韧性、经济性和发展空间。北京英世恒瑞焊业有限公司在盘圆法药芯焊丝制造技术所涉及成套生产线、相关制造工艺和药粉配方等三方面的技术都取得了重大的进展。采用盘圆制造的药芯焊丝典型产品 hr－yj501酸性药芯焊丝在国内首先通过了中国船级社（ccs）3ys级焊丝的质量认可，进一步证明了采用盘圆大批量制造药芯焊丝的可行性和它的经济性。
1 盘圆法药芯焊丝制造工艺 药芯焊丝的生产工艺共有三种：钢管法、钢带法、盘圆法。钢管法是传统的生产工艺，它生产工艺简单，但成本较高，国际上只有极少数厂家采用这种方法生产；钢带法成本比钢管法略低，技术难度也不大，是国际上普遍采用的生产方法；盘圆法从根本上解决了药芯焊丝原材料初加工成本过高的问题，生产成本低于前两者，但技术难度较大。采用盘圆制造药芯焊丝最具有经济性，生产药芯焊丝的原材料成本最低，因而这方面的技术的任何进展都会引起人们的重视。北京英世恒瑞焊业有限公司采用冷轧工艺技术直接生产药芯焊丝，无中间退火工艺，进一步减少生产环节，降低生产成本和能耗。盘圆法药芯焊丝生产线的主工艺由盘圆钢放线机、开坯机组、成型机组、加粉机组、合缝机组、直线式拔丝机组、工字轮收线机等组成。主工艺线的入口原材料是φ5mm的低碳钢焊接盘圆钢，它由工字轮盘圆钢放线，经开坯机组轧成u形槽，经加粉机组，按一定配比加入药粉，在合缝机组将边缘合缝，再经拔丝机组拔长，最后进入收线机，成为φ1.2mm的药芯焊丝成品。生产工艺主要分为以下环节。 焊接盘圆的预处理工艺
目前国内焊接盘圆h08a、h08e分为高速线材和普通线材。高速线材1根重达1.7~2.2t,普通线材1根只有0.2~0.3t，线径为φ6.5mm。盘圆进行拉拔之前，需将氧化铁皮去掉。首先采用双“s”型剥壳机去掉氧化铁皮，直接经2~4道减径拉拔至φ5.0mm的盘条。收线机工字轮载重约800kg。生产能力为1.6t/8h。 焊接盘条开坯成型工艺
开坯成型机是整条生产线的核心部分，为了保证药芯焊丝生产的正常运行，要解决以下关键技术问题。
1） 及时检查盘圆经预处理后的质量。盘条表面应光滑无伤痕，线芯无夹杂和分层。 这是盘条开坯成功的必要条件。表面残余的feo可采用38号的钢丝轮在线去锈。 2） 开坯机采用从盘圆截面正中向两侧劈展成“v”型槽，经七道轧辊逐步轧制成 “u” 型槽。“u” 型槽底部厚度的均匀性是衡量轧辊尺寸精度的标志，也是能否顺利合缝的前提条件。 3） 药粉填充机分为数控部分和机械控制部分。计算机数控部分的功能可根据“u” 型槽钢单位长度的重量、药粉的松装比设定药粉填充机驱动电机的转速来调整流量的大小。机械控制部分的功能可根据药粉品种的流动性来调整药粉的厚度，再根据实际要求的填充率大小调整驱动电机的速度来控制药粉的流量，药粉厚度调整精度为1mm/72格，药粉填充精度绝对偏差控制在±0.3％以内。 4） 合缝机组是十分重要的部位。盘圆法药芯焊丝合缝的难度远远大于钢带法药芯 焊丝，盘圆经冷轧后，钢的硬度和强度明显提高，这给合缝的技术提出了更高的要求。目前恒瑞焊业已成功地解决了这一技术难题。
焊丝合缝后直接进入四联直线调谐式拉丝机进行减径至焊丝直径为φ2.78mm，收线至工字轮，载重约600kg。
药芯焊丝高速直线减径工艺
直径为φ2.78mm的焊丝经九道直线调谐式拉丝机减径至直径为φ1.20mm焊丝成品，出口设计速度为400m/min。焊丝经光亮处理后进入绕丝和真空包装工序。全套生产线采用交流变频电机，主要电机功率为11kw。生产程序控制由plc完成，所有驱动电机转速和生产参数由计算机统一监控，实现了生产过程控制的数字化，从而更好地保证焊丝的生产质量。见图1 和图2。 图1 成型机和计算机控制系统 图2 直线调谐式高速拉丝机
2 盘圆法药芯焊丝的原材料 全位置药芯焊丝药粉填充系数为14～20％，主要选用tio2含量为95％以上的金红石，占药粉重量的35～50％，铁粉在药粉重量中的比重为15～30％。另加适量的sio2、 zro2 、al2o3、mgo组成适当的熔渣，适合于全位置焊接的基本条件，添加适量铝粉、铝镁粉提高焊缝抗气孔的能力，添加适量si、mn铁合金获得相应的化学成分和力学性能。该渣系焊丝的主要特点，电弧稳定、飞溅小、脱渣容易，细直径药芯焊丝适合全位置焊接。 新研制的hr-yj501药芯焊丝基本上采用上述配方原则，并且所有原材料均为国内产品。目前北京英世恒瑞焊业有限公司已经对北京首钢的普通线材、高速线材和上海宝钢高速线材进行了小批量生产试验。焊丝配方优化后，焊缝金属的低温韧性能达到中国船级社（ccs）3ys级焊丝的要求，焊丝的工艺性能和力学性能都能达到钢结构的设计要求。盘圆的质量主要影响药芯焊丝的生产效率。生产试验中使用的北京首钢线材化学成分，见表1。 表1 h08a 盘圆的化学成分 （%） 批号 2b-312
c si mn s p cr ni cu
0.040
0.020
0.440
0.017
0.009
0.010
0.010
0.010
4 盘圆法药芯焊丝的品种开发 盘圆法制造药芯焊丝的填充率变化不如钢带法灵活，一般适合于制造填充率为14～18 ％的细直径酸性药芯焊丝和粗直径埋弧焊丝。在结合生产线的实际情况,可生产10多个品种，见表2。由此可见，盘圆法药芯焊丝开发生产具有很好前景。 表2 盘圆法药芯焊丝可开发的品种及性能指标 牌 号 焊 丝 特 点 性能指标
yj501 （φ1.2mm） 高钛型全位置co2气体保护药芯焊丝，适用于抗拉强度500mpa的低碳钢和低合金钢的焊接。 akv-20℃ 85 (j)
yj502
（φ1.2mm） 氧化钛型全位置co2气体保护药芯焊丝，焊缝金属经微量元素韧化处理，低温韧性优良，内在质量稳定可靠。 akv-30℃ 100 (j)
yj50e
（φ1.2mm） 氧化钛型co2气体保护药芯焊丝，焊缝金属经微量元素韧化处理，在-30℃仍可得到良好的熔敷金属冲击韧性。 akv-35℃ 80 (j)
yj50q
（φ1.2mm） 钛钙酸性型co2气体保护药芯焊丝，焊缝金属经微量元素韧化处理，在-40℃可得到良好的熔敷金属冲击韧性。 akv-40℃ 60 (j)
yj55l
（φ1.2mm） 氧化钛型co2气体保护药芯焊丝，可进行全位置焊接，在-40℃仍可得到良好的熔敷金属冲击韧性。 akv-40℃ 80 (j)
yj50m
（φ1.2mm） 酸性渣系金属粉芯药芯焊丝，电弧稳定，焊缝形状好，熔敷速度为实芯焊丝的110%～130% 。 akv 0℃ 90 (j)
yj60e
（φ1.2mm） 氧化钛型co2气体保护药芯焊丝，可进行全位置焊接，在-30℃仍可得到良好的熔敷金属冲击韧性。 akv-30℃ 80 (j)
yr102
（φ1.2mm） 钛型渣系，工艺性能优良，适于焊接工作温度在510℃ 以下的锅炉用钢。如15mo等。 akv 20℃ 80 (j)
yr202
（φ1.2mm） 钛型渣系，工艺性能优良，应用焊接工作温度在510℃ 以下的锅炉用钢。如12crmo等。 akv 20℃ 100 (j)
yr302
（φ1.2mm） 钛型渣系，工艺性能优良，适于焊接工作温度在520℃ 以下的珠光体耐热钢，15crmo钢。 akv 20℃ 100 (j)
yr402
（φ1.2mm） 钛型渣系，工艺性能优良，适于焊接工作温度在550℃ 以下的cr2.5mo珠光体耐热钢。 akv 20℃ 100 (j)
md260（φ2.8,3.2mm） 埋弧堆焊药芯焊丝，配合烧结焊剂sj101使用，熔敷金属为珠光体组织，适用于中度磨损件的修复，可进行机械加工。 hv30kg 270
md320（φ2.8,3.2mm） 埋弧堆焊药芯焊丝，配合烧结焊剂sj101使用，熔敷金属为珠光体组织，适用于金属间磨损的零件和轻度土砂等的磨损。可进行机械加工。具有淬火硬化的性能。 hv30kg 320
h08mn2（φ2.8,3.2mm） 埋弧药芯焊丝，配合烧结焊剂sj101使用，低温韧性优良，在-40℃仍可得到良好的熔敷金属冲击韧性。用于抗拉强度≥500mpa的碳钢和低合金结构钢的结构件焊接。 akv-40℃ 120 (j)
5 盘圆法药芯焊丝典型品种hr-yj501性能指标的试验结果及分析 hr-yj501药芯焊丝ccs 3ys级焊丝认可试验 焊接试验在洛阳船舶材料验证试验中心进行，母材为e36级板 δ=20mm 为舞阳钢铁公司生产，ccs认可单位。试验内容见表3。熔敷金属力学性能试验结果见表5。对接接头力学性能结果见表6。试验结果：hr-yj501药芯焊丝的熔敷金属力学性能符合ccs《材料与焊接规范》（98）的3ys级要求，焊缝金属扩散氢试验结果：11.4ml/100g(色谱法)。 表3 ccs认可焊丝的牌号、规格和试板 * 牌号 认可规格φ(mm) 认可位置 试板
hr-yj501 1.2
平焊熔敷 1# 平焊对接 2# 立焊对接 3# 1.6
平焊熔敷 4# 平焊对接 5# 表4 熔敷金属化学成分（％） 试板编号
种类
c si
mn
s
p
1#
φ1.2mm熔敷 0.06 0.23
0.94
0.014
0.012
4#
φ1.6mm熔敷 0.06 0.25
0.98
0.011
0.013
表5 熔敷金属力学性能试验结果 试板编号
σs (mpa) σb (mpa) δ5 (%) akv (j) 1#（φ1.2） 495 570
27
61,74,87/74
4#（φ1.6） 455 530
29
108,104,107/106
3ys技术要求 ≥375 490～660 ≥22
-20℃≥47
表6 对接接头力学性能结果 试板编号
σb (mpa) （断裂位置） 冷弯，d=3a, 120° akv (j) 正弯 反弯
2#(φ1.2mm对接) 595（基体） 合格
合格
54,63,53/57 3#(φ1.2mm立焊) 590（基体） 合格
合格
70,90,59/73 5#(φ1.6mm对接) 590（基体） 合格
合格
46,54,58/53 3ys
技术要求 ≥490 裂纹或其它缺陷长度≤3mm -20℃s平≥47 s立≥34
5 盘圆法药芯焊丝经济性与发展空间 盘圆法进行批量生产药芯焊丝有一定的难度，主要表现在生产设备的设计是否与生产工艺相结合，配方设计是否与生产原材料相结合。在解决了生产中的技术问题后，要生产出合格的药芯焊丝，必须加强生产质量管理。盘圆法药芯焊丝生产原材料成本低，焊丝挺度好，送丝流畅，适合于工程应用。盘圆法药芯焊丝产品的质量在于管理，产品的数量在于市场。把握好产品质量关，盘圆法药芯焊丝在市场上有较好应用前景。

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