气体保护实芯焊丝在石化工程中的应用

殷蜀越 夏吉龙 赵承先 翟峻

一、实芯焊丝在我公司的应用现状

我公司业务以石化工程施工及装备制造为主。实芯焊丝相对于药芯焊丝价格相对便宜，尤其碳钢、低合金钢产品中常用的国产焊丝，具有价格低、施工生产效率高和产品性能稳定等优势，使得实芯焊丝得到广泛应用。

实芯焊丝在我公司主要应用在容器、塔器、换热器、管道、储罐、钢结构和风塔等诸多钢制产品的焊接施工当中，如图1、2所示。其中碳钢、低合金钢产品应用最多的实芯焊丝是ER50—6；在不锈钢、不锈钢复合产品中使用较多的实芯焊丝是

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

图1 实芯焊丝在管道自动焊上应用

图2 实芯焊丝在CO2气体保护焊上应用

二、应用实例及问题

1.实芯焊丝在碳钢、低合金钢焊接上的应用

我公司目前在碳钢、低合金钢产品中最常应用的实芯焊丝是ER50—6，采用的是单一组分CO2作为保护气，飞溅大、焊缝成形凸起、气孔及咬边等问题一直制约着实芯焊丝的应用范围。近几年来产品用户不断压缩产品的制造周期，传统的焊条电弧焊已经无法满足现在的施工生产需求，药芯焊丝的施工成本又相对较高，促使通过改变工艺，采取有效的措施，解决实芯焊丝飞溅大、成形不好等问题，使得实芯焊丝能够被应用在压力容器等设备焊接上。

主要有以下应对措施：

第一，选择合适的电源极性及焊接参数，焊接速度根据选择的焊接电流、电弧电压和焊接位置进行调整。焊接时调整好焊枪的倾斜角度和焊接方向，枪体倾角过小（垂直于工件）对焊接操作人员观察焊道的成形不利；枪体倾角过大在焊接时会产生大量的飞溅。经反复调整后，在焊接方向上，右焊法（焊丝指向焊接表面的反方向）较左焊法在电弧的稳定性和飞溅量上都更具优势。控制焊丝伸出长度，在能保证正常焊接的情况下焊丝伸出长度尽可能缩短。

第二，针对有些材料，可以将单一的CO2保护气体改为混合气体Ar+CO2，CO2+Ar混合气体除了能够克服飞溅外,也改善了焊缝成形。实践证明，80%Ar+20%CO2时飞溅率较低。

第三，采用国内知名品牌且在实芯焊丝制造方面最具优势的厂家制造的焊材。在保证力学性能的前提下，应尽可能降低其中含碳量，并添加适量的钛、铝等合金元素。无论颗粒过渡焊接或短路过渡焊接都可显著减少由CO2等气体引起的飞溅（见图3）。

第四，选择电特性合适的焊机。焊前在焊缝两侧的一定距离内，涂抹一定的防飞溅剂以便降低飞溅的清除难度。

2.实芯焊丝在镍基高合金钢上应用情况

我公司在对N08825管线材料焊接时遇到了焊缝表面金属颜色不符合要求的问题（焊缝表面颜色灰暗，氧化过度），且酸洗后焊缝表面仍满足不了要求。这个问题集中出现在大直径管线材料的封底焊缝和小直径薄壁接管的整个焊缝。以上位置的焊缝均采用钨极惰性气体保护焊进行焊接，焊接材料选用实芯ERNiCrMo—3材料。

通过分析从以下方面进行试验并采取措施：

（1）保护气体不充分或纯度不够 重新设计了保护装置，加大了保护气体的覆盖范围。调整后重新试验，焊缝氧化的情况虽有改善，但仍无法满足技术要求。保护气体的纯度达不到要求会出现焊缝表面氧化过度的情况，由于之前已经使用的是纯度标准为99.99%氩气（国产），因此并未向该方面考虑。根据专家的提示，我们购买了法液空的焊接保护气体（99.99%Ar和95%Ar+5%H2的混合气体各一瓶），进行焊接试验。试验效果非常理想，完全解决了焊缝表面氧化严重的问题，采用进口保护气体的焊接，焊缝外观均呈现出亮银色，完全符合要求。

（2）焊材因素 可能是由于焊材自身的问题影响到了焊缝的氧化程度。我们一方面与国内的知名焊材厂家积极联系，更改焊材的制造配方以改善焊缝表面氧化严重的问题；另一方面我们从国外进口了一些知名厂家的同型号焊材进行焊接试验，但多次试验后该问题仍未得到解决。

三、国产实芯焊丝使用过程中存在的问题

（1）国产焊丝的翘距较大，影响送丝的效果及焊接质量 翘距大时，焊丝与导丝管摩擦，增大送丝阻力，它与焊丝生产中的矫直有关，使用的国外焊丝（φ1.2mm）翘距一般都＜5mm, 日本神钢生产焊丝的翘距几乎为零，而国产焊丝的翘距＜5mm的不多，焊接时经常因为送丝不畅，影响焊缝质量，而不得不进行打磨处理，直接造成工作效率低下。

（2）焊丝的镀铜质量 目前焊丝镀铜采用化学镀和电镀两种方法。化学镀成本低、孔隙率小、镀层结合强度低；电镀成本高、孔隙率大、镀层结合强度高。日本焊丝一般采用电镀，西欧采用化学镀，我国则以化学镀为主，少数厂家采用电镀。

国产镀铜焊丝存在镀铜层不均匀、结合力差、易掉铜屑，镀铜层易生锈、保存时间短等问题。

（3）镍基堆焊等焊丝生产厂家少 近年来，随着企业产品结构的调整，焊接金属材料范围由常见的Q235、Q345向高强度钢、高韧性钢、耐热钢（如12Cr2Mo1V）等领域拓展，而我国这类焊丝的生产厂家极少，往往出现产品质量不稳定，工艺达不到要求，价格偏高，不能满足生产要求。有的特殊钢种焊丝仍依赖进口。在实际生产中，对于以上钢种的焊接，有时只得选用进口焊丝或改变焊接工艺方法。

四、对实芯焊丝发展的需求和建议

目前国内的实芯焊丝生产受诸多因素限制，技术水平较为有限，一些低端的焊丝国产较多，高端实芯焊丝国产少，且操作性能远不如国外进口的焊丝。实芯焊丝的焊接方法符合当下对焊接生产提出的高质量、自动化、低成本、环保的要求。实芯焊丝未来的发展应该先从原料做起，如不能将该环节的质量牢固掌控，高端实芯焊丝国产化将很难发展。此外和实芯焊丝相配套的焊接保护气体，在其纯度和杂质检验方面也缺乏相应检验检测手段，尤其是在遇到对气体纯度较为敏感的合金材料时，实芯焊丝的劣势就会凸显出来，因此实芯焊丝要想进一步的发展，就必须要解决以上问题。

图3 质量好的实芯焊丝（大桥ER50—6）

1.与国际焊接材料技术发展接轨

应逐步淘汰低质劣质产品，优选好的焊丝原材料，加强气体保护实芯焊丝制造技术的研究，充分掌握引进设备技术特性，不断提高原材料品种和质量，制定合理的拔丝、镀铜、层绕及包装等生产工艺规程，彻底解决焊丝批量生产的质量稳定性问题，生产优质焊材，以用于更多重要产品的生产中，使我国实芯焊丝结构趋于合理。

2. 加强交流和协作，提高国内实芯焊丝的整体制造水平

国内焊丝制造企业，应不断加强彼此间的交流与协作，尤其是要加强科研单位、焊丝厂和使用单位之间的协作，充分发挥各方的优势，使我国实芯焊丝的质量、品种不断得到提高。

纵观国内外气体保护实芯焊丝的发展，我国与工业发达国家相比，还有不小的差距，这就需要焊接界同仁共同努力，尽快研制生产出高质量的焊丝产品，以更好地适应我国焊接生产的不断发展。

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