【摘要】介紹了金屬粉型藥芯焊絲主要功能特性和產品分類，列舉了其在某造船企業T排流水線高速雙面填角焊上的應用實例。重點描述金屬粉型埋弧焊藥芯焊絲及匹配焊劑在我公司海上風電產品研發試驗項目中的具體應用，焊接工藝試驗結果表明，焊接接頭的沖擊韌性滿足產品技術規范中-60℃的低溫沖擊要求，且焊接工藝性能優異，具備推廣應用價值。
　　
　　關健詞：金屬粉型藥芯焊絲；海上風電；埋弧焊；低溫沖擊韌性
　　
　　金屬粉型藥芯焊絲以其優良的焊接工藝性能、綜合力學性能和高的焊接效率，已經在國外發達國家得到廣泛應用，在船舶企業產品結構全面轉型發展的今天，承接的高附加值工程項目技術質量要求也日益提高，這就促使我們不斷開發和尋找與之匹配的新型焊接材料。
　　
　　1. 金屬粉型藥芯焊絲功能特性
　　
　　金屬粉型藥芯焊絲被認為是可以代替實芯焊絲的焊接材料，其構造方式和熔渣型藥芯焊絲相同，由薄鋼帶包裹粉劑組成，不同點在于金屬粉型藥芯焊絲鋼帶內包裹的粉劑幾乎全部是合金粉末，而沒有造渣劑，故在使用性能上，它既有實芯焊絲焊渣量少的優點，又兼具熔渣型藥芯焊絲熔敷速度高、焊接工藝性好等優點。
　　
　　金屬粉型藥芯焊絲的優勢功能主要包括：①熔敷速度高。與熔渣型藥芯焊絲一樣，焊接電流密度大，熔化速度快，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，且熔敷效率可以達到97%。②焊縫表面渣量很少 不但能夠減少脫渣的時間，提高勞動效率，而且能夠避免夾渣等缺陷。③比熔渣型藥芯焊絲飛濺和煙塵量少。④通過金屬粉芯靈活調整，解決操作性、成形、力學性能等特殊要求。
　　
　　2. 金屬粉型藥芯焊絲分類及應用
　　
　　（1）分類 目前金屬粉型藥芯焊絲已在世界許多發達國家得到廣泛應用，其分類方法也各有不同。在美國金屬粉型藥芯焊絲因其操作和使用性能上同實芯焊絲有相似之處，AWS標準將碳鋼用金屬粉型藥芯焊絲化歸為AWSA5.18《碳鋼用氣保護焊焊絲和填充絲》標準中，型號以E70C表示；低合金鋼用金屬粉型藥芯焊絲化歸為AWS A5.28《低合金鋼用氣保護焊焊絲和填充絲》標準中，型號以EXXC_表示；不銹鋼用金屬粉型藥芯焊絲化歸為AWS A5.9《不銹鋼用實芯焊絲和填充絲》標準中，型號以EC表示；埋弧焊焊絲也用“EC”表示金屬粉型，詳見AWS A5.17《碳鋼用埋弧焊焊絲和焊劑》標準和AWS A5.23《低合金鋼用埋弧焊焊絲和焊劑》標準。
　　
　　ISO標準將其列入藥芯焊絲標準中，其中碳鋼和低合金鋼金屬粉型藥芯焊絲歸于ISO17632《碳鋼和細晶粒鋼氣保護和自保護用藥芯焊絲》中，用字母“M”表示金屬粉型藥芯焊絲。在歐州和日本等國家和地區將金屬粉型藥芯焊絲劃歸于藥芯焊絲一類，同樣中國也是將其歸類于藥芯焊絲，但對其使用和認識均沒有普及。
　　
　　金屬粉型藥芯焊絲發展至今，已經形成較為齊全的型號系統，并應用到各種焊接方法中。目前已開發的金屬粉型藥芯焊絲依材質可分為碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鎳基合金鋼金屬粉型藥芯焊絲。在保護氣體的使用上，日本大多采用CO2氣體保護，少數情況下采用混合氣體保護，而在歐州大多采用富氬混合氣體保護。
　　
　　金屬粉型藥芯焊絲依焊接方法可分為：①GMAW金屬粉芯型氣體保護焊絲（CO2或者CO2+Ar）。②SAW金屬粉芯型埋弧焊絲。③GTAW金屬粉芯型氬弧焊絲 。
　　
　　（2）應用 在我國，金屬粉型藥芯焊絲應用還較少，目前在大型船廠T排縱骨流水線、液化氣儲罐9Ni鋼CO2氣保焊和埋弧焊、強度55kg級以上海洋工程用鋼焊接方面應用前景廣闊。
　　
　　造船已走上應用金屬粉型藥芯焊絲新型焊材的道路。包括埋弧焊、氣體保護焊及不銹鋼氬弧焊等各類焊接方法。例如廣船國際龍穴基地在T排縱骨焊接上面已廣泛應用，在雙絲高速填角焊中前絲使用昆山京群GCL—11G型金屬粉型焊絲（AWS A5.18E70C—GC）代替以前的實芯焊絲，第二根是藥芯焊絲或70C型鐵粉芯焊絲，雙絲間距25mm，采用100%CO2氣體保護。此項新工藝已申請國家專利，如圖1所示。 　　圖2為T排焊縫脫渣、成形照片。GCL—11G在電流300A以上使用時，飛濺與藥芯焊絲相當，但整體焊渣更薄更易脫落，熔敷金屬更多，總體使用成本大約可以降低10%~15%。 　　3. 金屬粉型埋弧焊焊絲的試驗研究
　　
　　（1）項目介紹 我公司雖然一直從事陸上風塔塔體制作，但是很早就開始海上風塔制造技術研究，公司經營方面曾接觸到歐洲大型海上風塔項目——三角架及鋼管樁制作產品信息，其中鋼管樁直徑達6 000mm，板厚30~80mm，筒體材料包括S355M L/N L和海洋工程用鋼S355G7/G8+M，要求符合歐標EN 10225《固定式海上設施焊接結構鋼—技術交付條件》標準。其中對于板厚80mm以下的S355G7/G8+M有特殊要求，必須滿足－60℃夏比沖擊試驗要求。
　　
　　S355G7/G8+M是通過TMCP工藝（熱機械控制工藝）來獲得材料的高強度和高韌性，因此具有合金元素少，碳當量低，相比于其他方式生產的同等級鋼材，具有更好的焊接性。國內對這種鋼材的焊接性研究很少，對于焊接材料的匹配研究接近空白。我們采購了與S355G7/G8同一級別的江陰興澄特鋼生產的S355G10板材進行試驗研究，板厚規格分別是20mm和50mm，性能如表1所示。從力學性能匹配方面考慮，開始我們選用了兩種國際和國內知名品牌的埋弧焊焊材，按照ISO15614—1標準規范要求進行工藝認可試驗及焊材熔敷金屬試驗，但試驗結果都不理想。
　　
　　（2）焊材準備 為了進一步做好海上風塔用鋼材S355G10及選配新焊材的焊接工藝認可試驗工作，綜合技術部焊接試驗室組織召集鋼結構事業部和質量部相關部門負責人對此項工作實施方案展開研討。積極咨詢、查找適合海上風塔用鋼第三家埋弧焊焊材,在了解到金屬粉型藥芯焊絲在提高力學性能方面的獨特優勢后，我們主動與焊材廠商聯系，讓他們提供了相應埋弧焊焊絲及焊劑樣品，再次進行了試驗研究。
　　
　　（3）試板焊制 目前我們僅針對20mm厚鋼板進行了一項工藝評定，母材試板下料尺寸均為20mm×200mm×600mm。焊接工藝評定項目如表2所示。焊接接頭形式及焊接順序如圖3所示，焊接參數如表3所示。 　　（4）試驗結果 焊后24h對試板進行外觀檢查和100%超聲波檢測，然后取樣進行力學性能試驗，其中沖擊共取兩組，焊縫中心WM和熔合線+2mm各取一組，試驗數據全部合格，滿足技術要求。焊接試板焊縫外觀如圖4所示，沖擊試驗結果如表4所示。 　　4. 結語
　　
　　通過金屬粉型藥芯焊絲試驗研究，解決了海上風塔產品海工用鋼焊絲匹配的技術難題，滿足技術規范中的－60℃低溫沖擊韌性的特殊要求，與常規實芯焊絲相比較，該焊絲具有更加穩定優異的理化綜合性能，良好的操作性能和脫渣性能。
　　
　　本次海上風電S 3 5 5 G 1 0材料焊接工藝試驗是按照“ISO15614—1”《金屬材料焊接工藝規程及評定》標準執行的正規完整性試驗，目前階段僅做為新牌號材料（包括鋼材和焊材）的工藝驗證性試驗，在公司內部進行操作，不通過第三方認證。今后根據生產經營的實際需要，再考慮系統完整性試驗。


作者：劉秋亮