药芯焊丝的应用及生产工艺

1、药芯焊丝的现状及发展 调研报告2 我国药芯焊丝的行业现状2.1 我国药芯焊丝的发展概况我国药芯焊丝的发展可分为三个阶段。第一阶段时间上大致为上世纪60至80年代中后期，主要针对药芯焊丝制备技术所涉及的技术领域进行基础研究，包括药芯焊丝线生产所需要的设备、生产工艺、生产配方以及药芯焊丝的应用等。这一阶段参与的单位以科研院、所为主；第二阶段，80年代中后期至2000年，以引进第一条细直径（1.6mm）药芯焊丝生产线以及在国家重点工程（宝钢设备安装等项目）使用药芯焊丝为标志，药芯焊丝进入工程应用阶段。这一阶段工程上使用的药芯焊丝多为进口药芯焊丝，同时一批企业引进了数十条药芯焊丝生产线。另外国产药芯焊

2、丝生产设备不断完善，逐步满足了药芯焊丝生产对技术装备的要求，国产药芯焊丝在全年用量中所占比例逐渐增加，为下一阶段的发展奠定了良好的基础；第三阶段，2000年以后特别是2004年后，药芯焊丝应用高速发展。在经过了多年的市场储备后，伴随制造技术和生产设备的不断进步，我国药芯焊丝行业的生产规模发生了巨大的变化，尤其是近10年来。产能的扩张是以国内焊接材料生产厂家购置国产药芯焊丝生产线为主，这些企业对焊接材料生产内在规律的掌握以及现成的销售网络，对药芯焊丝年用量成倍增长起到了强有力的推动作用，并且国产药芯焊丝的产品质量能够满足工程的技术要求，价格也从每吨两万多降至一万左右。资料表明，19962006年

3、，我国药芯焊丝的产量以年均69.86的复合增长率在高速增长，这样的增长速度在我国制造业中是相当惊人的，到2008底药芯焊丝用量更是突破20万吨，占焊接材料总量超过5%。见图12.2 我国药芯焊丝的市场状况2.2.1药芯焊丝市场构成情况国内药芯焊丝的使用始于宝山钢铁公司的建设。其后，机械制造行业、能源化工行业、船舶制造和海洋结构行业、建筑和桥梁业、输油及输气管线建设行业等相继使用了进口焊丝和国产焊丝。从各行业的使用品种上看，在船舶制造和海洋结构行业、建筑和桥梁业、机械制造行业、能源化工行业、钢结构行业，主要使用钛型气保护药芯焊丝；在输油及输气管线建设中主要使用自保护药芯焊丝；耐磨堆焊药芯焊丝应用

4、于各行业材料的表面性能改进上。在各行业中，以船舶制造和海洋结构行业使用药芯焊丝量最大，近年来在其他行业药芯焊丝的使用量正不断提高；在药芯焊丝的使用品种上，以钛型气保护碳钢和低合金钢药芯焊丝最多，硬面堆焊药芯焊丝和自保护药芯焊丝次之，气保护不锈钢药芯焊丝（少量用于耐腐蚀容器和大型医疗器械中）和金属粉芯药芯焊丝（少量应用于钢结构和桥梁上）为最少。在进口产品中，以钛型气保护碳钢、低合金钢药芯焊丝为主，占全部药芯焊丝的比例约为95%；自保护药芯焊丝约占5%；其他品种（气保护不锈钢药芯焊丝等）约占1%。从进口国家和地区来看，以韩国、日本、台湾省和美国产品为主，从德国、英国、瑞典、挪威、奥地利等国也有少量

5、进口。在国产产品中，以钛型气保护碳钢、硬面堆焊药芯焊丝为主，钛型低合金钢和不锈钢药芯焊丝占有一定的比例，近年来自保护药芯焊丝的发展速度也较快。2.2.2药芯焊丝市场需求情况近年来国内药芯焊丝的使用市场一直呈现加速上升趋势，每年增长率高达60%以上。就国内药芯焊丝生产能力远不能满足市场的旺盛需求，这样也就为国内建设新的药芯焊丝企业提供良好机遇！通过对少数一些行业对药芯焊丝需求量调查，结果如下：（1）造船行业焊接工作在造船行业中起着重要作用，据称其焊接作业量约占全部工作量30%以上，随着我国造船量逐年增长和焊接作业自动化水平的提高，药芯焊丝使用量也急速增加。这里根据某船厂造船时，焊材用量的经验粗略

6、推算：造一条3万吨级的船需要用钢材7千吨，而每吨钢材消耗焊材为0.03吨。据报2005年我国造船总吨位名列世界前列，达到1000万载重吨，2006年中国造船完工量达1400万载重吨，位列世界第三，约用钢材560万t，消费焊接材料约25万t，其中药芯焊丝占一半以上。2007年一季度中国造船业承接新船订单2010万载重吨，成为该季度国际船市的第一。随着我国造船业的发展，对药芯焊丝的需求量越来越大。（2）工程机械、机械制造根据在2000年全国工程机械在合肥会议，提供资料表明：全国有70余家上规模工程机械厂，每个厂家焊接结构件需焊材约200吨，那么全国仅70余家工程机械厂，年消耗量达14000吨，又山

7、东某工程机械厂向日方出焊接构件，对方指定必须用药芯焊丝进行焊接。而近两年金融危机，国家为了拉动内需，大力发展铁路、高速公路等基础设施建设，工程机械快速发展必然对焊材有更大的需求。同样机械制造汽车对药芯焊丝需求其量也不可低估，高压容器用药芯焊丝的量也是相当可观的，如上海某锅炉厂出口的高压容器，外商也坚持用药芯焊丝进行焊接，以保证质量，而所用的药芯焊丝也依赖进口。（3）油汽管道油汽管道焊接作业一般都是在野外进行，需要大量自保护药芯焊丝，未来10年无论大量国内或跨境（来自俄国东西伯利亚、萨哈林、土库曼斯坦）油汽管道建设，其共同特点是长距离、大口径及较高的工作压力。根据国际油汽管线用钢发展及国内油汽管

8、线用钢开发，上述管线用钢将普遍采用API X60-X80管线钢，预计这几大工程干线管道总长度达到13500-14000公里，需要管线钢近800万吨。此外围绕这些干线管道还将铺设大量支线管网，其长度一般为干线8倍，预计需要管线钢将超过2000万吨。如果按照0.5%自保护药芯焊丝消耗量，保守估计未来10年我国油汽管道安装需要各种性能优良的直径为1.6mm自保护药芯焊丝将超过10万吨，眼下我国需求的自保护药芯焊丝大部分来自美国，看看国内自保护药芯焊丝市场，无论从量上，还是高额利润回报上，是有着巨大市场开拓空间。（4）冶金行业冶金行业也是我国使用药芯焊丝最早行业之一，它主要用于室外的高炉修补及其它方面

9、，所用焊丝基本上是直径为2.4mm自保护药芯焊丝，产品来自美国，每年用量也不少。（5）铁路机车及桥梁铁路机车现在基本上属于钢结构，桥梁更是如此，这个领域焊丝用量更大（没有进行实际统计），该行业所需要药芯焊丝更重低温轫性。此外还其它有行业，这里就不一一列举了。关于焊接技术及焊接材料（包括焊丝）市场生命周期，我们可以这样看，世界上只要有钢铁存在与市场的需求，它就不会从这个世界上消失。所以焊丝这种产品在可预见未来（只少几十年），市场需求不会减少，而会逐年迅速增加，尤其在我国发展更是不可限量！2.3 我国药芯焊丝与先进国家存在的差距第一，从药芯焊丝生产产量方面看，国内药芯焊丝企业规模小，也比较分散。国

10、内药芯焊丝生产起源于80年代中后期，至今已先后从英、美、德、意、日、乌克兰等国引进多条生产线，此期间国内一些单位也开发些生产线。但基本上都是用窄带钢成形法，使得我国药芯焊丝生产从无到有，而问题是产量小且焊丝品种单一。所以国内药芯焊丝生产远远满足不了用户需求，像造船业、压力容器、重点工程、大型成套设备配套的药芯焊丝多数一直靠进口。第二，从药芯焊丝的质量来看，国内还没有世界级拳头产品，畅销国内外。在这方面有许多内容值得我们研究，任何赶上国外著名焊接公司的产品，如美国林肯的自保护药芯焊丝，日本神户制钢的碳钢药芯焊丝，瑞士奥立康的无缝药芯焊丝，英国合金公司的堆焊药芯焊丝等。我们必须从药芯焊丝的原材料、

11、生产装备、生产工艺和企业管理水平等方面进行认真细致的工作，努力研究生产具有特色的药芯焊丝。在药芯焊丝产量和质量方面要缩小与国外的差距。第三，我国是世界焊接材料生产大国，但不是焊接材料强国，要加强药芯焊丝的理论研究，同时还要避免盲目上项目，造成大量引进和国产药芯焊丝生产线闲置。3 药芯焊丝的分类、应用及生产工艺3.1 药芯焊丝的分类药芯焊丝的分类有多种方法，如按药芯焊丝的制造方法分类、按药芯焊丝焊接时的保护气体分类、按药芯焊丝的用途分类、药芯焊丝药粉的组成分类。（1）按制造方法的不同，可以把药芯焊丝分为：有缝药芯焊丝和无缝药芯焊丝两种。有缝药芯焊丝是由薄钢带通过成型轧辊加工成槽，里面卷入药粉，轧

12、成管状再进行拔丝，加工制造而成。钢带原料通常采用低碳钢，成品焊丝表面要进行表面防锈处理，同时要有良好的送丝性能，所以要进行表面处理。无缝药芯焊丝是在预先成型好的钢管中填充药粉，再经过电镀，拔丝，达到焊丝产品直径的尺寸。（2）按焊接时保护气体的不同，可以把药芯焊丝分为：气体保护药芯焊丝和自保护药芯焊丝。在中国、日本、韩国等，药芯焊丝大部分采用CO2作为保护气体，而在美国使用自保护药芯焊丝的比例比较高，欧洲由于保护气体价格上的差别，药芯焊丝主要采用混合气体(Ar-CO2)保护。（3）按用途的不同，可以把药芯焊丝分为：低碳钢及490MPa级钢、高强钢、耐热钢、低温钢、耐腐蚀钢、不锈钢和硬面堆焊用药芯

13、焊丝。由于药芯焊丝可以调整内部药芯配方，因此同手工电焊条一样，药芯焊丝的品种齐全，有用于造船业的全位置型药芯焊丝，有用于海洋结构的低温药芯焊丝，有用于锅炉，压力容器的耐热钢药芯焊丝等等。（4）按填充药粉的组成不同，可以把药芯焊丝分为：熔渣型药芯焊丝和金属粉型药芯焊丝。熔渣型药芯焊丝按照渣的碱度可以分为钛型(酸性渣)，钛钙型(中性或弱碱性渣)和碱性(碱性渣)药芯焊丝。一般来说，钛型药芯焊丝焊缝成型好，全位置的焊接操作性好，但是缺口韧性，抗裂性就稍差。相反碱性药芯焊丝缺口韧性、抗裂性好，而焊缝的外观、成型及操作性就差。钛钙型药芯焊丝介于两者之间。近年来，随着药芯焊丝的发展，新型的钛型药芯焊丝不仅焊

14、接工艺性好，而且其熔敷金属的扩散氢含量低，冲击韧性优异，而钛钙型药芯焊丝现在则很少使用。金属粉型药芯焊丝具有实芯焊丝的低渣性(渣产生量很少)，良好的抗裂性等特点，并兼备钛型药芯焊丝良好的焊接操作性能，其焊接效率比钛型药芯焊丝还要高。目前药芯焊丝的分类还没有统一的标准，许多国家根据药芯焊丝的类型和熔滴过渡形式将药芯焊丝大体归为四种类型。即，钛型、碱型、金属粉型和自保护型药芯焊丝。这四种类型的药芯焊丝特征如下表：特征钛型碱性金属粉型自保护型主要药粉组成TiO2,SiO2,MnOCaF2,CaCO3Fe,Si,MnAl,Mg,BaF2,过渡形式喷射过渡颗粒过渡喷射过渡颗粒或喷射过渡焊接位置全位置平焊

15、或横焊全位置全位置扩散氢含量可变的低非常低低冲击韧性好非常好好好氧含量0.006-0.0080.004-0.0060.004-0.0080.0004氮含量0.0004-0.0010.0004-0.0010.0004-0.0010.0002-0.001铝含量0.010.010.010.5-2.0药芯焊丝的优点很多，主要有如下几方面：（1）飞溅小：由于药芯焊丝中加入了稳弧剂，电弧燃烧稳定，熔滴呈滴状均匀过渡，故焊接时飞溅很少，且飞溅颗粒细小，在钢板上粘不住，很容易清除。（2）焊缝成形美观：在焊道成形方面，熔渣起着重要作用。实芯焊丝施焊时无法依靠渣起作用，仅依靠熔融金属自身的黏性和表面张力形成焊道，

16、故表面形状不良。药芯焊丝焊接时，能形成一定数量的熔渣，依靠渣的表面张力生成一个软的铸型，这个铸型对形成良好焊道起着重要作用。（3）熔敷速度高于实芯焊丝：采用药芯焊丝焊接时，由于焊丝断面上通电部分的面积比实芯焊丝小，在同样的焊接电流下药芯焊丝的电流密度高，焊丝熔化速度快，熔敷速度提高。（4）可采用大电流进行全位置焊接：在各种焊接位置下，药芯焊丝均可采用较大的焊接电流，如1.2mm焊丝，其电流可用到280A，这时仍能顺利地实现向下立焊，可称为其独到之处。3.2 药芯焊丝的应用3.2.1气保护药芯焊丝的应用目前焊接结构钢用的药芯焊丝国内已有定型产品，可批量生产。所采用的保护气体为CO2，适于自动或半

17、自动焊接，直流或交流电源均可满足要求。国外药芯焊丝的应用范围更广，可用于焊接各种类型的钢结构，包括低碳钢、高强度钢、低温钢、耐热钢、不锈钢及耐磨堆焊等。所采用的保护气体有CO2和Ar+CO2两种，前者用于普通结构，后者用于重要结构。下图为气保护药芯焊丝的应用分类：药芯焊丝药粉型CO2保护低碳钢、490MPa级钢高强度钢耐热钢低温钢耐大气腐蚀钢不锈钢表面堆焊Ar+CO2保护低碳钢、490MPa级钢高强度钢低温钢金属粉型CO2保护Ar+CO2保护低碳钢、490MPa级钢低温钢低碳钢、490MPa级钢低碳钢及高强度钢用药芯焊丝：这类焊丝的品种多、用量大，主要用于造船、桥梁、建筑、车辆制造等部门。大多

18、数焊丝为钛型渣系，其焊接工艺性能优良，焊接生产率较高。焊丝品种较多，有适于包括向下立焊在内的全位置焊接，也有的专用于角焊缝。从性能上有侧重于工艺性能，有侧重于焊缝力学性能和抗裂性能。从焊缝强度级别上看，490 MPa级和590 MPa级的药芯焊丝已普遍使用。目前有缝的药芯焊丝居多，但近年来，无缝的药芯焊丝已明显增多。低温钢用药芯焊丝 80年代初这类药芯焊丝开始问世，其渣系仍以钛型为主，都是细直径焊丝，适于全位置焊接。焊缝低温韧性高，扩散氢含量低，焊接效率较高，已用于-40、-60下使用的低温结构焊接，如海洋结构、液化气船及贮罐等。Cr-Mo耐热钢用药芯焊丝：1985年日本制定了Mo及Cr-Mo

19、钢焊接用药芯焊丝标准，包括0.5%Mo、0.5%Cr-0.5%Mo、1.25%Cr-0.5%Mo和2.25%Cr-1%Mo四个钢号用的焊丝。保护气体有CO2和Ar+CO2两种，但目前用的主要是CO2保护。试验证明，Ar的含量大于30%后，焊接工艺变坏，熔渣覆盖不良。不锈钢用药芯焊丝：这类焊丝的品种已有20多种，除铬镍系不锈钢药芯焊丝外，还有铬系不锈钢药芯焊丝。焊丝直径有0.8、1.2、1.6mm等，可满足薄板、中板及厚板的焊接需要。所采用的保护气体多数为CO2，也可采用Ar+（20%50%）CO2的混合气体。试验表明，随着Ar比例的增加，导致气孔敏感性增大、熔合不良、焊道表面不美观等弊端，故A

20、r的比例最大为80%。耐磨堆焊用药芯焊丝：耐磨堆焊的方法多种多样，最常用的方法是药芯焊丝CO2堆焊和药芯焊丝埋弧堆焊，分别说明如下：细直径药芯焊丝C02堆焊，该方法优点很多：其一是效率高，生产效率为手工焊的34倍，与相同直径的实芯焊丝相比，其电流密度大，熔敷速度增加；其二是焊接工艺性能优良，电弧稳定，飞溅很少，脱渣容易，焊道成形美观。该方法只能通过药芯焊丝过渡合金元素，故多用于合金成分不太高的堆焊层。药芯焊丝埋弧堆焊，该方法的优点是采用大直径的药芯焊丝（3.2、4.0mm），焊接电流大，焊接生产率明显提高。另外，所采用的焊剂既可以是熔炼型的，也可以是烧结型的。采用烧结型焊剂时，可通过焊剂过渡合

21、金元素，使堆焊层得到更高的合金成分，其合金含量可在14%20%之间变化，以便得到不同的硬度值。该方法主要用于堆焊轧制辊、送进辊、连铸辊等耐磨耐蚀部件。3.2.2自保护药芯焊丝的特点及应用自保护药芯焊丝与焊条相似，是把作为造渣、造气和起脱氧、脱氮作用的药粉和金属粉放入钢带之内，焊接时药粉在电弧的高温作用下变成气体和熔渣，起到造渣和造气保护作用，不用另加气体保护。自保护药芯焊丝与焊条相比，有如下不利之处：一是药粉的加入量受限制，一般占焊丝总质量的15%30%，而焊条药皮则占到总质量的30%以上。药粉越少，造渣造气量也越少，保护效果和冶金反应会受到影响；二是采用自保护药芯焊丝焊接时，外层的钢带先熔化

22、，内部的药粉后熔化，保护作用滞后；其三，熔化的先期是钢水在外，熔渣在内，保护效果下降。基于上述原因，焊缝中容易进入氮、氢、氧等气体，这既有损于焊缝的力学性能，特别是韧性，也容易在焊缝中产生气孔。为了提高保护效果，一是调整药芯成分，如增加造气剂的比例，增加脱氧脱氮元素的含量等；二是选用合适的药芯焊丝截面形状。一般来讲，截面形状越复杂、越对称，电弧就越稳定，药芯的冶金反应和保护作用就越充分。但是随着焊丝直径的减小，这种差别逐渐缩小，当直径小于2mm时，截面形状的影响已不明显了。故目前细丝（2.0mm）一般采用形状简单的"O"形截面，粗丝（2.4mm）多采用E形或双层结构等复杂截

23、面。采用自保护药芯焊丝施焊时，对风的抵抗能力优于气保焊焊接，通常可在四级风力下施焊（风速15m/s即可）。因为不需要保护气体，适于野外或高空作业，故多用于安装现场和建筑工地，如高层建筑、高炉及热风炉等。自保护焊接时烟尘很大，在窄小空间作业时要加强通风换气。另外，对操作技能要求较高，掌握不当会引起接头性能波动，故不宜用于焊接重要结构.目前主要用于焊接低碳钢和490 MPa级高强度钢及表面堆焊等。近来，日本已研制出了焊接低温钢用的自保护药芯焊丝。焊接碳钢和490MPa级高强钢时，有的用粗丝（2.4、3.2mm），有的用细丝（1.6、1.8、2.0mm）。粗丝焊接要采用陡降特性的交流电源，细丝焊接要

24、采用平特性的直流电源。细丝焊接时的生产效率虽比粗丝低一些，但焊接工艺性能优良，如电弧稳定、飞溅小、引弧容易，且适于向下立焊等全位置焊接，所以应用更为广泛。进行表面堆焊时，多采用粗丝，它可以获得更高的熔敷速度，焊接工艺性能也较好。根据熔敷成分和组织的不同，其硬度值可达到360 HV、460 HV、760 HV等级别。3.3 药芯焊丝的生产工艺目前世界各国用于制造药芯焊丝的工艺方案和设备多不胜数，已申请各种专利就有数十种以上，按照产品的结构可分为有缝和无缝型；按所使用原材料可分为冷轧带钢法、盘元法和钢管拔制法；根据成形工艺又可分模拔法、全连轧法和轧拔法。其分类系统如下：药芯焊丝的制造方法主要有三种

25、即钢管法、钢带法、盘圆法，在我国目前比较成熟的制造方法是钢带法和盘圆法。采用钢带法制造药芯焊丝，因制造工艺相对容易，是国际上普遍采用的生产方法，也是国内生产药芯焊丝的主要生产方法。采用盘圆法制造药芯焊丝，因生产药芯焊丝的原材料成本低，焊丝利润空间大，而受到人们的普遍重视。另外还有一种新型工艺在线焊合法，综合了冷轧钢带轧拔法生产有缝药芯焊丝和钢管拔法制取无缝药芯焊丝的共同特点，代表了药芯焊丝生产的较高水平。现将几种工艺比较如下：（1）钢管法：将配制好的药粉加入盘旋状的无缝钢管中振动填实，再进行多道拉拔而成。其优点是无缝、能镀铜、耐吸潮，但装粉技术难度大，制造成本高，生产效率非常低。（2）盘圆法：

26、第一个提出采用盘元为原料生产药芯焊丝的是美国林肯公司，其申请的专利中提出一种完全采用冷轧工艺使盘元成形为药芯焊丝方法。这种方法的主要出发点是：当时冷轧带钢无论在长度和宽度方向都存在着较大的化学不均匀性和厚度公差。当时冷轧钢带价格是盘元的“好几倍”。林肯专利的要点是不采用热轧，也不采用中间退火，完全采用冷轧就可以使盘元展轧成U形，合口成O形，并减径到成品尺寸。林肯专利认为所提出的从盘元截面正中向两侧劈展的方案，有利于用较少的轧制道次形成U形槽，产生最小的加工硬化，减少轧制动力消耗和获得较大的减薄量。采用盘元法的优点是原料价格比较便宜，缺点是工艺路线较长，设备庞大，生产的技术难度大，经过与冷轧带钢

27、法全面分析比较，现在用这种方法的厂家较少，不过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，其发展前景也是可观的。（3）在线焊合法：国外从80年代以来，提出了一系列采用在线焊合制造药芯焊丝的新工艺，其工艺要点是在原轧拔生产线的钢带合口处将已装入药粉的有缝钢管用高能密度热源在运动状态下焊合。所采用的焊接方法可以是激光焊、脉冲氩弧焊或高频感应电阻焊。显然在线焊合法是综合了冷轧钢带轧拔法生产有缝药芯焊丝和钢管拔法制取无缝药芯焊丝的共同特点而产生的一种新工艺。该工艺不仅可以生产无缝型药芯焊丝，而且生产效率很高，代表了药芯焊丝的发展方向。（4）钢带法：钢带法药芯焊丝制造方法又分为全轧式

28、和轧拔结合式两种。全轧式药芯焊丝生产线，设计精致，结构紧凑，容易操作。比如北京宝钢焊业有限公司引进的英国生产线，该生产线长约左右，操作方便，一人可以同时操作两条生产线。一边进钢带一边直接生产出成品焊丝，生产工艺一气呵成，生产效率是比较高的。轧拔结合式钢带法药芯焊丝制造方法又分为被动成形和主动成形两种。被动成形是指钢带轧制填充成形部位无动力驱动，结合拉丝机动力完成运行的生产线。该生产线成形机无动力，一是节省电控系统二是设备简单易维修。生产线的速度是由成形机轧辊孔型设计和拉丝机的运行速度来决定的。成形机轧辊的孔型设计十分重要，合理的孔型设计可以减少无功功率的消耗，同时提高焊丝成形的表面质量。但该类

29、型生产线的加粉装置及摩擦动力部位设计还不太理想，有待进一步改进设计。该生产线主要适用于药粉填充率较低的药芯焊丝生产。主动成形轧拔结合生产线又分为单动力电动机和多动力电动机两种。单动力成形机与拉丝机配合使用的生产线，如天津金桥和大桥引进的美国生产线。采用单电动机作为动力来驱动钢带成形和加粉，结构合理，容易操作。该生产线采用的螺旋加粉装置，可以适用于不同松装比的药粉。可以制造多种类型的药芯焊丝。如酸性药芯焊丝、碱性药芯焊丝、堆焊药芯焊丝和自保护药芯焊丝，这种生产线在瑞典、比利时等国家普遍采用。主动成形轧拔结合多动力电动机系统是目前较理想的生产线。生产线成形机采用两台以上电动机，甚至每个轧辊用一台电

30、动机。这样的生产线一般采用变频调速技术，用PLC编程控制。用计算机和触摸屏来改变参数，很容易对整条生产线的运行参数进行修改和保存。钢带法制造药芯焊丝生产线的主工艺由钢带裁剪机组、钢带复绕机组、钢带清洗、成形机组、加粉机组、合缝机组、直线式拔丝机组和工字轮收线机等组成。购进的钢带首先经化学成分检验合格后，进行裁剪成一定宽度的钢带，进入下一道工序。采用金属清洗剂超声波振动清洗，清水冲洗、热风烘于的办法来进行钢带清洗，清洗后的钢带应无油、无水、无锈。在成形机机组将钢带轧成“U”形槽，再经加粉机组按一定配比加入药粉，在合缝机组将边缘合缝，经拔丝机组减径，最后进人收线机，成为药芯焊丝成品。其主要工艺流程

31、如下：钢带纵剪复绕药粉制备药芯焊丝成型药芯焊丝精拉层绕包装目前我国大部分厂家都是采用钢带法生产药芯焊丝，以下是天津三英焊业有限公司的药芯焊丝工艺流程图，可用作参考。三英焊业有限公司药芯焊丝工艺流程图4 药芯焊丝药粉制备及其作用4.1 药芯焊丝主要渣系及药粉成分基本功能介绍药芯焊丝的制粉技术包括药芯焊丝原材料的选购、药芯焊丝配方、药粉烤粉工艺等。无论是原材料还是烤粉工艺，不同的药芯焊丝品种有不同的要求。药芯焊丝主要渣系特点介绍如下：全位置药芯焊丝药粉填充系数为1316，主要选用TiO2含量为95以上的金红石，占药粉重量的3045，铁粉占药粉重量的1530。另加适量的SiO2、ZrO2、Al2O3

32、、MgO组成适当的熔渣，适合于全位置焊接的基本条件，添加适量的含K、Na元素稳弧剂提高电弧的稳定性，最好是预先处理的烧结粉料。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、飞溅孝脱渣容易，细直径药芯焊丝适合全位置焊接。但熔渣本身氧化性较大，焊缝金属的低温韧性较低，一般用于碳钢和某些低合金钢的焊接。造船业大量采用这类药芯焊丝，也是产量最大的品种。碱性药芯焊丝药粉填充系数为2428，主要选用CaF、CaCO3、部分SiO2或另加适量TiO2为基本渣系。该渣系碱度高，氧化性小，脱S、P能力强，具有优良的冶金性能。这样的

33、渣系为研制高韧性药芯焊丝创造了条件，要求较好的工艺性能和焊缝具有优良的低温韧性，以用于重要钢结构的焊接。该类药芯焊丝的开发前景良好，适合研制焊接不同强度级别、不同韧性要求的高强度钢的药芯焊丝。药粉成分的基本功能略述如下：（1）除氧剂与除氮剂由于氮与氧可使焊道金属造成气孔或脆化，焊剂中必须添加锰与硅等除氧剂，至于自保护药芯焊丝，焊剂中另需添加Al为除氮剂。以上添加除氧剂及除氮剂目的均在于净化熔敷金属。（2）焊渣形成剂钙、钾、钠或硅等均为焊渣形成剂，添加在焊剂中可以有效保护熔池不受大气污染，焊渣可使焊缝金属具有较佳的外观，焊渣的覆盖更可缓和熔敷金属冷却速率，此功能对低合金钢的焊接尤其重要。（3）电

34、弧稳定剂钠及钾可以使电弧保持柔和顺畅而且降低飞溅。（4）合金元素钼、铬、碳、锰、镍及钒等合金元素的添加，可以提高（改善）熔敷金属的强度、延性、硬度及韧性等。（5）气体形成剂氟石、石灰石等需添加在自保护药芯焊丝中可燃烧产生保护气体。4.2 钛型药芯焊丝配方设计4.2.1钛型药芯焊丝的基本特点钛型全位置药芯焊丝药粉填充系数为14%20%，主要选用WTiO95%以上的金红石，占药粉重量的30%45%，铁粉占药粉重量的15%35%。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、铝镁粉可提高焊缝的抗气孔能力，添加适量Si，Mn铁合金可获得相应的

35、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工艺。4.2.2钛型药芯焊丝的配方设计酸性药芯焊丝分为钛型药芯焊丝和钛钙型药芯焊丝。钛型药芯焊丝飞溅小，成形美观，电弧稳定，电弧呈喷射状态，熔滴尺寸小，适合于全位置焊接。此类药芯焊丝容易出现抗气孔能力差，伸长率不高，低温韧性较低等问题。钛钙型药芯焊丝药芯配方中由于含有一定量的CaF，CaCO3等碱性物质，焊丝抗气孔能力明显提高，电弧呈喷射加较大颗粒熔滴的过度形式，电弧喷射的力度较小。这类焊丝飞溅较大，声音不好，立焊效果相对较差。现将钛型渣系配方的主要成分及作用叙述如下：（1）TiO2是金红石的主要

36、成分，其含量应选用WTiO95%的金红石。在配方中金红石添加量控制在32%45%(质量分数)以内。首先根据钢带的厚度和宽度情况，确定合适的药粉填充率，再根据药粉填充率的高低来考虑金红石在配方中的比例。由于金红石是钛型药芯焊丝配方中的主要造渣剂、稳弧剂，占配方中的比例较大，对电弧的稳定性、渣的覆盖性、焊缝的表面质量影响最大;随着金红石在配方中比例的增加，熔渣的凝固速度会提高，这有利于焊丝的全位置焊接工艺。所以，合理选择金红石的配比是十分重要的。（2）ZrO2是锆石英的主要成分，在配方中应控制在4%(质量分数)以下，对焊缝的脱渣性有一定的帮助。随着ZrO2含量的增加，熔渣变得酥脆，熔渣的强度降低，

37、熔渣中的黄颜色逐渐增加，焊缝成形较好。ZrO2对焊缝金属的低温韧性影响不大。适量添加ZrO2使熔滴尺寸变小，焊道两边整齐，对焊丝的全位置焊接工艺有一定的帮助。（3）SiO2主要来自石英砂和长石。在配方中应控制在4%(质量分数)以下，对焊缝的脱渣性和焊缝的表面质量影响很大。随着SiO2含量的增加，焊缝表面更光亮，熔渣颜色更深，对焊缝的脱渣性有很好的作用。但是SiO2含量增加，焊缝的低温韧性逐渐下降。SiO2也容易和Al2O3、MgO、Na2O、K2O等成分在高温条件下形成玻璃物质，从而降低熔渣的透气性，容易使焊道产生压痕缺陷。（4）MgO是镁砂的主要成分，用于造渣和改善熔渣覆盖和焊缝成形，在配方

38、中应控制在5%以下。随着MgO含量的增加，熔渣的碱度增加，焊缝的低温韧性逐渐提高。镁砂是调整熔渣碱度的重要原材料，对熔渣的透气性有一定的帮助。（5）Al2O3主要来自氧化铝、长石和铝镁粉的反应物。在配方中应控制在3%(质量分数)以下。随着Al2O3含量的增加，熔滴尺寸变小，熔渣的熔点和熔渣的粘度会提高，对焊丝的全位置焊接工艺有一定帮助。也容易和SiO2、MgO、Na2O、K2O等成分在高温条件下形成玻璃物质，从而降低熔渣的透气性，容易使焊道产生压痕缺陷。对焊缝金属的低温韧性影响不大，但对焊缝金属的伸长率影响较大。（6）Na2O、K2O作为配方中稳弧剂主要来自K2TiO3、Na2SiO3、K2S

39、iO3、钾长石及钠长石等。Na2O+K2O在配方中应控制在1.5%(质量分数)以下。随着Na2O+K2O含量的增加，电弧的稳定性增加，呈喷射状态，熔滴尺寸变小，电弧声音变好，对焊丝的全位置焊接工艺有很好的帮助。但是，熔滴速度提高，焊缝中的水和金属蒸气更容易进人焊缝深处，气体溢出变得困难。Na2O、K2O与SiO2、MgO、Al2O3在高温条件下形成玻璃物质，从而降低熔渣的透气性，更容易使焊道产生压痕缺陷。随着Na2O+K2O含量的提高，焊接时产生的烟雾变大，因此时常控制Na2O+K2O在配方中的比例十分重要。（7）氟化物可选用NaF、Na2SiF6、K2SiF6、LiF等氟化物其中的一种或两种

40、物质来进行配方试验。氟化物的熔点普遍较低，可使熔渣的共熔点降低，降低熔渣的表面张力和粘度，对改善焊缝的脱渣性、焊缝表面成形有益处。同时，氟化物在高温下分解又产生HF气体，起到焊缝去氢和提高抗压痕的作用。但是，随着氟化物在配方中比例增加，电弧声音变差，飞溅变大，熔渣变稀，焊丝的全位置焊接工艺变差。还应该注意，配粉中氟化物越多，焊接烟尘的有毒性增强，应控制氟化物在配方中的配比。（8）Mg粉、Al-Mg合金粉是配方中的强脱氧剂。在配方中选用Mg粉，电弧的喷射状态容易实现，在高温下反应产生的MgO进人熔渣，有利于提高熔渣的碱度，对焊缝金属的低温韧性有好处。随着Mg含量的增加，配方中Si、Mn元素烧损降

41、低，焊缝金属中的Si、Mn含量增加，焊缝表面变得更加光亮。缺点是Mg粉在使用过程中安全性差，极容易燃烧产生爆炸，在配方中加人Mg粉，电弧的吹力较大，焊角焊缝时容易产生咬边现象。从生产安全方面考虑，在配方中尽量采用Al-Mg合金粉作为强脱氧剂。在市场上，不同纯度的Al-Mg合金粉，售价差别较大。Al-Mg合金粉质量等级的划分对药芯焊丝工艺性能的影响值得注意。随着Al-Mg合金粉配方比例的增加，药芯焊丝电弧喷射状态明显改善，对电弧声音、飞溅、焊缝成形有很好的作用。Al-Mg合金粉是钛型药芯焊丝实现全位置焊接工艺不可缺少的原材料，配方中应控制在l.5%4%(质量分数)之间。若焊缝中溶解A1增加，焊缝

42、金属的低温韧性将降低。（9）配方中的金属及合金粉包括Fe粉、Si-Fe粉、Mn-Fe粉、Si-Mn合金粉，以及可以用来提高焊缝低温韧性的Ni粉、Ti-Fe、B-Fe粉。根据配方设计的需要选择其中的物质和考虑含C量的高低，使焊缝金属的化学成分及力学性能满足相关标准和行业的要求。笔者根据理论分析，综合所查资料，现整理一个高韧性全位置焊接用气保护药芯焊丝配方如下，各成分含量均为质量分数，且可适当变化，供做实验参考。(填充系数可选15%左右)金红石锆英石石英砂长石碳酸钙镁砂氧化铝40338222锰铁钛铁钼铁氟硅酸钠铝镁粉铁粉2221.52.5305 影响药芯焊丝质量的生产工艺因素5.1 药粉粒度由于目

43、前市场大量需求的是细直径CO2气保药芯焊丝。因此药粉的粒度要求是很严格的，药粉粒度太粗，除了生产工艺上出现断丝、拉拔外，在焊接工艺上，主要表现为电弧声音火爆，产生大颗粒飞溅、药粉粒度过细，药粉流动性差，在焊丝成形填药时就会出现药粉不均匀的现象，造成焊丝质量不稳定，同时焊丝在施焊过程中，还出现烟雾大、细颗粒飞溅多的现象。5.2 药粉的潮湿度药粉中含有部分天然矿石，如萤石、镁砂等，其内部含有部分结晶水，同时具有一定的吸潮性，因此药粉有一定的湿度。由于药芯焊丝的药粉是用钢带严实地包裹着，虽然有一条细缝，但最终要经过不高于200的低温烘干，其内部的结晶水还是很难去除，即使是吸附水，排除也有一定的困难，

44、这样生产的焊丝在施焊时就会产生焊缝表面条虫状压痕，有时还带有穿透性的气孔。因此，生产工艺要求，含结晶水的矿物类一般要经过高于350烘干，其他不含结品水的材料要求低温去潮。同时，烘干后的材料要求密封保存，以防吸潮。在生产过程中，如果不注意药粉的密封，特别遇高温多雨天气，空气湿度很大，药粉吸潮严重，也造成药芯焊丝质量不稳，这就可以解释用户提出的“焊丝一段质量很好，一段气孔不断”的现象。5.3 钢带的清洗效果在国内药芯焊丝生产厂家一般采用SPCC冷轧光亮带生产药芯焊丝，这种钢带表面涂有一层防护油，因此生产焊丝前要去除这层油脂。钢带清洗效果标准要求每平方米钢带表面油脂量不大于0.2g，如果油脂量过大，

45、生产的药芯焊丝包裹在内部的钢带油脂量就过大，焊丝施焊过程中就有出现氢气孔的隐患，同时飞溅量大，这个在试验实践过程中已得到证明。虽然焊丝配方有一定的抗氢能力，另外又是CO2气体保护焊，在施焊时，随着焊丝的熔化，焊丝内的油脂也随之灼烧变成的CO2，H2，CO，H2O的气体分子或游离的原子，在外部CO2强烈的保护气流下，这些气体被压人熔池，当熔渣凝固而气体来不及溢出，则形成焊缝内部或表面的和氢气孔。因此，钢带表面油污是严重影响焊丝质量的因素，必须清除，达到标准要求。5.4 钢带的成形质量当成形轧辊完好，配合妥当时，钢带成形完好，随后进行拉拔，拔丝粉不能进人焊丝内部，且质量能保持稳定。如果生产过程中，

46、由于磨损或其他意外原因造成成形轧辊损坏，则出现成形不良的情况，这样拔丝粉就会沿不严的焊丝缝进人药芯内部，经拉拔后封严。因为拔丝粉含有大量硬脂酸盐，含氢量很高，焊丝最终的低温烘干也不能去除内部的有机酸盐，因此在焊丝施焊时就会出现电弧声音火爆，飞溅很大，且成形较差，气孔连篇的严重质量问题。所以生产过程中钢带成形这一工艺环节是非常关键的，要严格控制。5.5 药粉填充的均匀性在钢带成型及填药时，药粉是由机械传动，带动送粉胶带，把药粉填进成形的钢带内，在药芯焊丝内，药粉占焊丝总重的比例变化基本不变是最理想的。但是由于受机械装置及药粉流动性的影响。填充比例不变是不可能的，如果填充比例在一定公差范围内变化，

47、加上机械调节适当，药芯焊丝的质量是稳定的。但如果机械调节不当或者传动装置出现问题，焊丝的质量就会出现问题：如果填充药粉厚度调节不够，由于填充比例太低，焊丝挺度小，则施焊过程中， 送丝不畅，同时焊丝内脱氧剂不足，还会产生CO气孔，同时，焊丝熔敷金属的物理化学性能也受到影响，即成分偏低，强度下降：如果药粉厚度调节过度，由于填充比例太高，在生产过程中焊丝容易拉断，对焊丝内在质量的影响是，成分偏高，强度偏高，延伸率偏小，达不到合格要求；还有就是出现传动系统突然失效，这种问题在实际生产中不可忽视，它直接影响到焊丝的质量施焊过程中，焊丝突然出现飞溅很大，电弧声音火爆、无渣、成形差的工艺情况，这是因为药芯焊

48、丝内药粉突然没有的缘故。5.6 焊丝表面润滑剂的影响焊丝的拉拔润滑剂含大量的硬脂酸盐，其氢含量很高，氢是焊接材料最忌讳的元素之一。如果焊丝表面的脂类润滑粉不去除，在焊丝施焊时也会产生表面气孔。有时甚至是穿透性的气孔并伴有大量飞溅，理由是施焊过程中，焊丝表面的油脂及硬脂酸盐，会受热分解或燃烧，析出大量的H2O在强烈的CO2保护气流下被压人熔池，水气高温分解变成游离的H，使焊缝增氢，致使焊缝力学性能下降，同时也可能产生CO气孔，因此，焊丝表面的润滑剂必须清除掉。5.7 拉拔模结构的影响药芯焊丝的拉制，是通过生产线上的拔丝模拉拔来实现，每一次截面直径尺寸的变形拉拔都通过一定形状尺寸的拔丝模孔，最终达

49、到成品要求的直径尺寸，因此拔丝模的结构直接关系到药芯焊丝的质量。从半成品到成品焊丝要经过多次拉拔过程，这就需要把总的压缩量合理地分配到每一次拉拔的拔丝模结构尺寸上去，总的原则是第一次拉拔时压缩量最小，以后渐大；以小的压缩量第一次拉拔时对焊丝型材进行修整即消除不圆度、压痕以及使其表面粘住润滑剂。拔丝过程中焊丝外壳的塑性变形以及焊丝与拔丝模表面之间的摩擦产生热量，在高压和温度的作用下润滑模的紧密性受到破坏，这会导致焊丝局部表面上形成擦伤（纵向划伤），尤其是拉制大直径焊丝时出现拔丝模的快速发热。通过试验确定拉制焊丝时其温度不应超过250，为了降低焊丝的温度用水冷却拔丝模和鼓轮，拉拔粗型焊丝时，可采用

50、组装式拔丝模，加强润滑效果，提高拔丝模的耐磨性。由上述可知，在生产过程中，要经常更换拔丝模具。6 气保护药芯焊丝常见焊接缺陷出现的原因及解决措施6.1 焊接飞溅（1）焊接时飞溅大，会恶化焊接工艺，其产生原因如下：第一，药芯焊丝的配方本身设计有问题，如稳定电弧燃烧的药粉加的太少或是没有加，药粉的粒度较大或是药粉烘干不彻底。有的焊接工作者往往容易形成一个误区，认为飞溅大是稳弧的药粉加得少，而往配方里加一些钾盐、钠盐，结果使药粉太易吸潮，飞溅没有降下来，却使焊缝表面形成不少小“麻点”，甚至出现气孔，熔敷金属的扩散氢含量升高，力学性能下降。第二，生产时由于药粉填充不均匀造成药芯焊丝拉拔时粗细不均，这样

51、焊接时送丝不均匀，造成电弧燃烧不稳定，飞溅增多。第三，焊接使用药芯焊丝时，有的焊工在操作时为了保证送丝好，将送丝轮压得过紧。由于药芯焊丝较软，很容易将焊丝压扁，使送丝不畅造成电弧燃烧不稳定，飞溅增多。或是由于CO气体不纯、流量过大，电流、电压调整不合理造成的。（2）控制飞溅的措施：稳弧性的药粉不能加得太多，一般控制在3%5%。药粉填充时要严格烘干，防止吸潮，粒度严格控制在177250m（6080目），保持药粉的流动性良好。药芯焊丝安装好后要检查送丝轮是否压得适中，CO2气体要选用高纯度的，选用CO299.5%，水蒸汽+乙醇0.05%；焊接时气体流量一般控制在1525Lmin，要与电流相匹配不能

52、过大过小，电流、电压要调整合理。6.2 麻点在焊接过程中，焊缝表面易出现一些小“麻点”。“麻点”又称气体压痕，是由于焊接过程中熔渣的凝固速度快，产生的气态物质来不及从熔池穿过熔渣逸出，从而滞留在熔池和熔渣的界面，凝固压迫熔敷金属，在焊缝表面形成压痕。由于这些“麻点”的存在，焊缝表面成形较差。（1）麻点的成因如下第一，药芯焊丝里面的药粉有结晶水或化合水，没有烘干或烘干不彻底。例如，天然金红石需烘干至900才能把里面的“水分”彻底烘干。如烘干不彻底，焊接时产生的气体会在焊缝表面形成小“麻点”。第二，在钛型药芯焊丝配方调整时，虽然药粉已彻底烘干，可焊接时焊缝表面还是有许多小“麻点”，那是因为该配方焊接时熔渣粘度大，透气性太差，使熔池里面产生的气体逸不出来而形成“麻点”。（2）控制麻点的措施应根据每种药粉实际情况分别彻底烘干，混合均匀后再烘干200防止吸潮。设法调整配方降低熔渣粘度，增加流动性，可加一些稀渣的药粉，如氟石、氟硅酸钠及冰晶石等药粉降低熔渣粘度，增加流动性，使焊缝成形美观。在一定范围内加入适