國內(nèi)外690MPa高強(qiáng)鋼實芯焊絲的研究及應(yīng)用

萬斌 趙鈺 劉紅軍 樊志勤 楊曉東 楊國華 趙凱 杜奇峰

國內(nèi)外690MPa高強(qiáng)鋼實芯焊絲的研究及應(yīng)用

萬斌 趙鈺 劉紅軍 樊志勤 楊曉東 楊國華 趙凱 杜奇峰

概述了國內(nèi)外高強(qiáng)鋼實芯焊絲的發(fā)展情況，介紹了690MPa高強(qiáng)鋼實芯焊絲特點及應(yīng)用狀況。通過對國內(nèi)外690MPa高強(qiáng)鋼品牌焊絲的對比試驗分析表明，國外高強(qiáng)鋼焊絲在化學(xué)成分控制、焊接工藝性能及熔敷金屬綜合力學(xué)性能等方面，均優(yōu)于國產(chǎn)焊絲，我國高強(qiáng)鋼實芯焊絲還處在研制開發(fā)、推廣應(yīng)用階段。

1. 概述

屈服強(qiáng)度大于500MPa的鋼統(tǒng)稱為高強(qiáng)鋼，一般由兩種工藝制成：控軋控冷工藝（TMCP）和調(diào)質(zhì)（淬火＋回火）工藝。高強(qiáng)鋼以其高強(qiáng)度、較好的焊接性及優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，已成為大型焊接結(jié)構(gòu)中最主要的結(jié)構(gòu)材料之一。

隨著國內(nèi)外工程機(jī)械、煤礦機(jī)械、海工裝備、水電裝備及承壓設(shè)備等向著優(yōu)質(zhì)、高強(qiáng)、大型化、輕型化的方向發(fā)展，焊接金屬材料由傳統(tǒng)的碳素鋼、低合金鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼向高強(qiáng)度細(xì)晶粒鋼（Q690、Q890、Q960等）等領(lǐng)域拓展。隨著高強(qiáng)鋼實芯焊絲的需求量的逐年增加，在世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家金屬結(jié)構(gòu)行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，使得這些國家的高強(qiáng)鋼實芯焊絲制造技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位。如瑞士奧利康公司（G694Mn3Ni1CrMo、G894Mn4Ni2CrMo等）、瑞典伊薩公司（OK.AristoRod69、 OK.AristoRod89等）、奧鋼聯(lián)伯樂公司（Tunion GM100 、Tunion GM120等）及意大利飛樂公司（ER/S、FILEUR ERM等）。上述國際知名品牌公司的產(chǎn)品，目前幾乎壟斷全球的焊接材料市場。

我國焊接金屬材料大量采用抗拉強(qiáng)度為50kg級以內(nèi)的碳素鋼、低合金鋼，占我國鋼產(chǎn)量的60%以上。近年來，隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，高強(qiáng)鋼金屬材料的需求量持續(xù)增長，高強(qiáng)鋼焊接材料市場異?；钴S。國內(nèi)已有超過30家焊材企業(yè)推出了高強(qiáng)鋼氣體保護(hù)實芯焊絲，但因國產(chǎn)焊絲質(zhì)量不穩(wěn)定、供貨周期長、批量小、價格高，國外知名品牌公司的產(chǎn)品壟斷中國市場的局面仍未打破。國內(nèi)焊絲質(zhì)量相對穩(wěn)定的焊材生產(chǎn)企業(yè)有：林肯電氣錦泰公司（JM—110、JM120等）、四川大西洋公司（CHW—80CFI、C H W—95C等）、威爾公司（GQA—1、HS—90等）、河北鑫宇焊業(yè)公司（GHS—80、GHS—90等）、天津金橋焊材集團(tuán)（LJQMG70－G）等。我國高強(qiáng)鋼實芯焊絲產(chǎn)品尚處在研制開發(fā)、推廣應(yīng)用階段，與國外差距甚遠(yuǎn)。

2. 690MPa高強(qiáng)鋼實芯焊絲特點

高強(qiáng)鋼焊絲一般采用Mn-Si-Cr-Ni-Mo合金體系進(jìn)行強(qiáng)化，并加入適當(dāng)?shù)奈⒘吭匾詢艋缚p組織，細(xì)化晶粒，提高焊縫韌性，獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。

一般國外品牌6 9 0 M P a高強(qiáng)鋼焊絲分為鍍銅和特殊涂層兩種，執(zhí)行I S O16834—2 0 0 6國際標(biāo)準(zhǔn)，常表述為G694Mn3Ni1CrMo，它相當(dāng)于AWSA、528—2005標(biāo)準(zhǔn)的E R100S—G焊絲，符合G B/ T8110—2008標(biāo)準(zhǔn)的ER69—G焊絲。

3. G694Mn3Ni1CrMo與ER69—G焊絲對比試驗。

試驗選用某國外知名品牌特

殊涂層焊絲G694Mn3Ni1CrMo（φ1.2 m m）和某國內(nèi)品牌ER69—G（φ1.2mm）鍍銅焊絲，按ISO16834-2006國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗。

（1）焊絲化學(xué)成分 分別對兩種焊絲取樣，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊絲化學(xué)成分分析，試驗結(jié)果如表1所示。

從表1中可以看出，G694Mn3Ni1CrMo特殊涂層焊絲的C、S、P等元素控制較嚴(yán)，低于ER69—G鍍銅焊絲，尤其是特殊涂層焊絲銅含量僅為0.023%，比鍍銅焊絲降低了一個數(shù)量級，因此特殊涂層焊絲在施焊中，不僅可以有效改善勞動條件，而且使焊絲熔敷金屬力學(xué)性能大幅度提高。另外ER69—G焊絲Ni和Mo元素含量較高，這對保證焊絲熔敷金屬的強(qiáng)度與低溫沖擊韌性有利。從焊絲化學(xué)成分分析來看，ER69—G焊絲按ISO16834—2006國際標(biāo)準(zhǔn)，可表述為G694Mn4Ni2CrMo焊絲。

（2）焊絲焊接工藝性能試驗 按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行兩種焊絲的焊接工藝性能試驗，試驗結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，G694Mn3Ni1CrMo焊絲的各項焊接工藝性能指標(biāo)均優(yōu)于ER69—G焊絲。通過對國內(nèi)外高強(qiáng)鋼焊絲的試驗研究與生產(chǎn)應(yīng)用，我們感到國產(chǎn)焊絲的力學(xué)性能雖然比國外同類焊絲有一定差距，但其本能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品的技術(shù)要求，而焊絲的焊接工藝性能問題卻比較突出，與國外的差距較大，嚴(yán)重制約著我國高強(qiáng)鋼焊絲的發(fā)展。

（3）焊絲熔敷金屬力學(xué)性能試驗 母材選用Q690E（20mm厚）鋼材，對試板進(jìn)行焊接，焊接參數(shù)如表3所示，試板焊后經(jīng)X射線探傷達(dá)到I級焊縫標(biāo)準(zhǔn)，焊絲熔敷金屬力學(xué)性能試驗結(jié)果如表4所示。

表4表明，兩種焊絲力學(xué)性能均符合ISO16834—2006標(biāo)準(zhǔn)要求。G694Mn3Ni1CrMo焊絲熔敷金屬強(qiáng)度適中，塑韌性較高（尤其是低溫沖擊韌性），適應(yīng)于在低溫下工作高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)件的焊接。而ER69—G焊絲熔敷金屬抗拉強(qiáng)度偏I(xiàn)SO標(biāo)準(zhǔn)上限，塑韌性相對較低，不利于高強(qiáng)鋼的焊接。

4. 690MPa高強(qiáng)鋼焊絲的生產(chǎn)應(yīng)用

由于我國高強(qiáng)鋼焊絲盤條的C、S、P等有害元素控制不嚴(yán)，焊絲制造技術(shù)尚未成熟，仍處在研制開發(fā)推廣應(yīng)用階段。目前國內(nèi)大部分企業(yè)使用國外產(chǎn)品，只有少數(shù)企業(yè)使用國內(nèi)產(chǎn)品。如我公司用于吊裝合成油大型反應(yīng)器的6400液壓復(fù)式起重機(jī)、TZC750全路面桁架臂起重機(jī)和TZC750履帶起重機(jī)等工程機(jī)械大型設(shè)備，曾分別使用瑞士奧爾

康公司G694Mn3Ni1CrMo、瑞典伊薩公司OK AristoRod69、奧鋼聯(lián)伯樂公司Tunion GM100、意大利飛樂公司ER/S等焊絲，施焊Q690E材料，嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程，焊縫質(zhì)量完全滿足以上產(chǎn)品技術(shù)要求，產(chǎn)品質(zhì)量得到外方監(jiān)造和用戶的認(rèn)可。

表1 焊絲化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 焊絲焊接工藝性能

表3 焊接參數(shù)

表4 焊絲熔敷金屬力學(xué)性能試驗結(jié)果

5. 結(jié)語

通過對國內(nèi)外690MPa高強(qiáng)鋼實芯焊絲的對比試驗分析及生產(chǎn)應(yīng)用表明，國外品牌690MPa高強(qiáng)鋼焊絲的化學(xué)成分設(shè)計合理，有害元素控制較嚴(yán)，焊絲制造技術(shù)成熟，焊絲的焊接工藝性能良好，熔敷金屬綜合力學(xué)性能優(yōu)良，適用于高強(qiáng)鋼材料的焊接。

我國生產(chǎn)制造690MPa高強(qiáng)鋼實芯焊絲起步較晚，與國外品牌焊絲相比，還有較大差距，尚處在研制開發(fā)、推廣應(yīng)用階段。這就需要我國焊接材料的“產(chǎn)、學(xué)、研、用”各個環(huán)節(jié)共同努力，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，盡快研制開發(fā)出高質(zhì)量、多品種的高強(qiáng)鋼焊絲，打破國外知名品牌產(chǎn)品壟斷的被動局面，促進(jìn)和提高國產(chǎn)焊接材料制造整體技術(shù)水平，以更好地適應(yīng)我國焊接生產(chǎn)的不斷發(fā)展。

萬斌等，太原重工股份有限公司。