无缝药芯焊丝在船舶焊接中的研究与应用

2018-01-23

焊接 2017年12期

(沪东中华造船(集团)有限公司,上海 200129)

0 序言

目前，世界上拥有无缝药芯焊丝制造技术的只有瑞士奥林康和日本新日铁。奥林康采用的是在盘管内振动加粉，然后拉拔，其工艺较为成熟但效率较低。新日铁采用高频焊合，同时添加药粉，然后拉拔，生产效率高但成本高，难以推广应用。国内暂无无缝药芯焊丝制造技术的应用，专利CN93115310.7[2]提供了一种振动加粉的无缝药芯焊丝生产方法，其效率较低，难以满足大规模的推广应用；专利CN101185997A[3]提供了一种铝合金无缝药芯焊丝的制造方法，该方法同样采用振动加粉的方式，但不能满足低合金高强度钢的焊丝生产需要。

无缝药芯焊丝由于制造工艺复杂，设备投入大，长期以来制约着无缝药芯焊丝的发展。中船重工725研究所通过研究，研制出了国内首家制备无缝药芯焊丝的生产工艺，文中针对725所提供的SRSF501无缝药芯焊丝进行熔敷金属试验研究，研究该焊丝的工艺性，并将该焊丝在13 000 t重吊船上进行应用，验证该无缝药芯焊丝在船舶焊接过程中的优异性。

1 无缝药芯焊丝的制备工艺

普通有缝药芯焊丝制备工艺是将带钢轧制为“U”型截面，然后加入药粉剂，用压实辊将加入药粉剂的带钢压成所需截面结构的圆形周边毛坯，并将粉剂压实，最后拉拔成型，如图1所示。

图1 有缝药芯焊丝制备工艺[4]

常用的普通有缝药芯焊丝为“O”型截面，药芯不导电，电弧容易沿着四周钢皮旋转，稳定性差，当直径较大时，影响更为严重。

与有缝药芯焊丝相比，无缝药芯焊丝的制备工艺有所不同，无缝焊丝是将带钢轧制为“U”型截面，然后加入药粉剂，将钢带轧制成“O”型，通过高频感应或者接触焊接的方法将其焊合，然后压实药粉剂，拉拔至1.0～4.0 mm，最后将该焊丝镀铜，获得成品。该工艺可以制备1.0～4.0 mm无缝药芯焊丝，可用于907A,945, 921A及980等船舶高强钢的焊接，该类焊丝能满足屈服强度大于785 MPa高强度结构钢焊接需要[5]。

2 熔敷金属性能试验

文中所使用的焊丝为中船重工725所提供的SRSF501无缝药芯焊丝，型号为E501T-1，直径为1.2 mm，分析该无缝焊丝熔敷金属化学成分和力学性能，研究其焊丝的性能。

2.1 熔敷金属化学成分分析

熔敷金属化学成分是作为评定药芯焊丝质量的依据，对SRSF501无缝药芯焊丝熔敷金属进行化学成分分析，试验结果见表1。SRSF501焊丝的化学成分符合国标规定的指标要求。

2.2 熔敷金属力学试验

如表2所示，该SRSF501焊丝熔敷试验各项力学性能均满足指标要求，特别是其强屈比达到了1.23，与普通有缝药芯焊丝的强屈比(为1.13)相比，显示出该焊丝塑性较好，抗裂性佳，与目前市场上同类产品相比有一定优势。这主要是由于SRSF501焊丝的结构特点所产生的，其外皮钢带没有缝隙，促使其在焊接过程中电弧不会产生旋转，焊接过程稳定，冲击韧性更加可靠(表2)。

拿罩袍和浴巾的女子是白云飞的妻子柳含烟，另一位是白云飞的妹妹白雪。柳含烟把罩袍和浴巾搁在石屏上就脱去衣靴袒露柔和动人却透着酸味的身体。她瞅了一眼反应迟钝的白雪道：“无论这里人要对我们怎样，我们又能怎么样？”白雪这才脱去身上的罗衫。

表1 SRSF501熔敷金属化学成分(质量分数，%)

表2 SRSF501(E501T-1)焊丝熔敷金属试验

3 立对接焊试验(单面衬垫焊)

文中利用SRSF501无缝药芯焊丝进行立对接单面衬垫焊，对焊缝中心处进行拉伸、弯曲等力学性能试验分析，结果见表3。

该SRSF501焊丝立对接焊试验结果显示，拉伸试验断裂位置发生在母材处，弯曲试验未发现裂纹，冲击试验的平均值大于34 J，其各项性能均能满足船级社指标要求，能够满足船舶结构的焊接要求。

表3 SRSF501焊丝立对接焊力学性能

4 SRSF501无缝焊丝工艺性

超低扩散氢含量可以降低预热温度，有效降低冷裂纹产生率。当焊接电流为220 A，电弧电压为28 V，焊接热输入为1.2 kJ/mm时，利用不同的测氢方法测定熔敷金属扩散氢的含量，结果见表4。

与普通有缝药芯焊丝(扩散氢含量在4.0以上)相比，扩散氢含量更低(为3.0)。

焊缝中扩散氢来源广泛，影响其质量分数的因素也较多，如焊接材料、焊接工艺参数、焊接环境等，其中，焊接材料作为焊缝中扩散氢的主要来源对扩散氢的质量分数影响也是最大的[6]。SRSF501无缝药芯焊丝具有超低扩散氢，这是因为：①无缝药芯焊丝生产时可以进行高温脱氢处理，能降低药芯粉及附着在外皮钢带上的水分，可以有效降低扩散氢的含量。②药芯焊丝长期储存在潮湿环境，再次使用往往需要进行烘干处理，这是因为普通药芯焊丝在储存或者运输过程中容易吸潮，导致焊丝含有大量的水分，焊缝金属中的扩散氢含量也较高。无缝药芯焊丝表面镀铜，在储存和运输过程中，可以有效防止吸潮而增加焊缝金属中的扩散氢。因此，该无缝药芯焊丝具有超低扩散氢，可以降低母材预热温度或者不进行预热即可进行焊接。

表4 扩散氢含量测定 mL/100 g

根据斜Y形坡口的铁研式抗裂试验所建立的经验公式：

T0=1 440Pc-392

(1)

式中，T0为预热温度；Pc为冷裂纹敏感指数。

超低的扩散氢含量，低的预热温度，可以有效降低冷裂纹的发生率，耐气孔性能高。

送丝顺畅，无扭曲应力，送丝距离长。焊丝送丝性能是影响焊接接头质量的关键因素，送丝性能不好，轻则影响焊缝成型，降低生产效率，重则产生缺陷，影响接头质量，尤其在自动焊中，焊丝送丝性能更加显著。送丝性能一般从送丝速度稳定性、焊缝表面成形和焊接电弧稳定性等方面进行评价[7]。

如图2所示，对比无缝药芯焊丝与有缝药芯焊丝的截面形状，SRSF501无缝药芯焊丝360 °各向同性，无扭曲力。无缝药芯焊丝表面镀铜，截面光滑，因此，该焊丝送丝顺畅，送丝距离长，可用于自动焊及机器人智能化焊接。

表面镀铜SRSF501无缝药芯焊丝表面可以进行镀铜，焊接时，焊丝可以导电，能够有效减少焊丝与导电嘴的摩擦，减小导电嘴的消耗，降低导电嘴的更换次数(据统计大约每盘焊丝可以节省一个导电嘴)，提高有效工作时间，镀铜使表面具有较强的抗氧化性，可以起到防锈的作用。

图2 药芯焊丝截面形状

SRSF501无缝药芯焊丝抗吸潮性极强，便于储存保管。无缝药芯焊丝成型以后，由于外皮钢带是没有间隙的无缝结构，焊丝内部药芯粉完全不会发生吸潮现象，因此SRSF501无缝药芯焊丝具有极强的抗吸潮性，便于长期存储保管。即使长时间在潮湿的环境中存放，使用时也不需进行烘干处理。

5 SRSF501无缝焊丝在13 000 t重吊船上的应用

SRSF501无缝药芯焊丝已取得船级社相关证书，将该焊丝在13 000 t重吊船上进行应用，SRSF501焊丝可适应于全位置焊，SRSF501焊丝及典型角焊缝如图3所示。焊后对焊缝进行无损探伤，探伤结果见表5。

通过对SRSF501无缝药芯焊丝在13 000 t重吊船上的应用，该焊丝焊前不需进行预热处理；表面镀铜，焊丝送丝性能良好，对导电嘴的损耗较小；对焊缝外观检测，焊缝成型良好，无裂纹、焊瘤及明显咬边等有害缺陷；对不同焊接位置焊缝进行无损探伤检验，均未发现裂纹，仅在仰对接位置发现一处夹渣，均能满足无损探伤标准；该焊丝在13 000 t重吊船上的应用结果表明，SRSF501无缝药芯焊丝能够满足船舶焊接的要求。