氣體保護焊焊絲的選用分析

楊志強

摘要：目前，隨著市場競爭的日益激烈，各生產(chǎn)廠家為增強市場競爭力，越發(fā)強烈地追求提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，氣體保護焊的出現(xiàn)適應(yīng)了這一社會需要，以高效、節(jié)能、操作簡單、便于實現(xiàn)機械化和自動化等特點，現(xiàn)在已經(jīng)在各行各業(yè)的生產(chǎn)制造中得到逐步的應(yīng)用和推廣[1]。而焊材的選擇作為焊接工藝的重要組成部分，與產(chǎn)品的質(zhì)量有著直接的關(guān)系，本文主要對使用氣體保護焊制造產(chǎn)品時，對較為典型的碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼以及不銹鋼的氣體保焊絲的選用進行相應(yīng)的分析和敘述，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)單位有所幫助。

關(guān)鍵詞：氣體保護焊;焊絲選用分析;代用

1 ?氣體保護焊的基本情況

近些年來，隨著時代的不斷發(fā)展和進步，氣體保護焊在各類中小型產(chǎn)品中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，制造效率大幅提升，這種焊接方式通常用于黑色金屬和不銹鋼材料中。與此同時，由于氣保焊容易產(chǎn)生氣孔、未熔合等焊接缺陷，所以一定要對焊接工藝進行嚴格的控制，對焊接材料進行全面仔細的選擇，盡最大可能降低焊接質(zhì)量問題發(fā)生的概率。

2 ?氣體保護焊絲的選用方法

用氣體保護焊焊絲主要分為實芯焊絲和藥芯焊絲兩類。焊接時分別為氣體保護以及氣渣聯(lián)合保護。以下為兩種焊絲的選用原則：

2.1 實心氣體保護焊絲的選用

焊接中普遍使用的是實芯焊絲，藥芯焊絲由于成本更高，焊接工藝更復(fù)雜，所以一般只在某些特殊場合使用。焊絲的品種依據(jù)焊接母材的不同，可以綜合依據(jù)GB/T14957《熔化焊用焊絲》、GB/T4241《焊接用不銹鋼盤條》進行選用。

實心焊絲牌號最前列的字母“H”表示實心焊絲，“H”后面的數(shù)字表示碳的質(zhì)量分數(shù)，有些結(jié)構(gòu)鋼焊絲牌號尾部標有“A”或“E”字母，“A”表示優(yōu)質(zhì)品，即要求焊絲中的有害元素硫、磷含量比普通焊絲低，“E”表示高級優(yōu)質(zhì)品，即硫、磷含量更低。

實心焊絲的直徑選擇一般按用途決定，包括了焊絲尺寸的選擇和焊絲成分的選擇。焊絲尺寸的選擇主要考慮到被焊工件厚度和焊接位置等因數(shù)，對于一定直徑的焊絲，其使用的電流有一定范圍，使用電流越大，熔敷率越高。而同一電流使用小直徑焊絲，可以獲得較大熔深、較小熔寬的效果，當工件裝配不良時，宜選用較粗的焊絲。焊絲成分的選擇主要考慮到冶金焊接性。也就是焊縫金屬須具備以下特點：①焊縫金屬應(yīng)與母材的力學(xué)和物理性能良好匹配，或者具有更好的性能，如耐腐蝕性或耐磨性。②焊縫應(yīng)是致密和無缺陷的。

2.2 藥芯氣體保護焊絲的選用

通過文獻查閱，藥芯氣體保護焊絲是繼焊條、實心焊絲之后廣泛應(yīng)用的一類新型焊接材料，源自于美國和德國[2]，現(xiàn)在在我國已進入快速發(fā)展的階段，隨著國內(nèi)技術(shù)的逐漸成熟，藥芯焊絲焊接工藝性能好、熔敷速度快、生產(chǎn)效率高、合金系統(tǒng)調(diào)整方便、能耗低、環(huán)保、綜合成本低等優(yōu)點逐步顯現(xiàn)，藥芯焊絲作為一種高效節(jié)能的新型焊接材料也逐步被工程界所接受。

藥芯氣體保護焊絲根據(jù)保護氣體不同可分為：CO2氣體保護藥芯焊絲、熔化極惰性氣體保護藥芯焊絲、混合氣體保護藥芯焊絲和鎢極氬弧焊用藥芯焊絲。原則上，盡管被焊金屬相同，不同種類氣體保護焊用藥芯焊絲原則上是不能相互代用的。在藥芯氣體保護焊絲的選用上須綜合考慮藥芯成分，保護氣體成分，被焊金屬類別厚度以及焊絲直徑等方面的因素。可以綜合參考我國的藥芯焊絲標準GB/T10045《碳鋼藥芯焊絲》、GB/T17853《不銹鋼藥芯焊絲》、GB/T17493《低合金鋼藥芯焊絲》以及美國AWS標準AWS A5.20《碳鋼藥芯焊絲》、AWS A5.22《不銹鋼藥芯焊絲》和AWS A5.29《合金鋼藥芯焊絲》等標準。

由于藥芯氣體保護焊絲在焊接過程中會產(chǎn)生大量的煙塵，在室內(nèi)及室外應(yīng)用時應(yīng)特別注意通風。由于在防潮性能方面，藥芯焊絲不如實心焊絲抗潮性好，且烘烤不方便，使用單位須特別注意防潮包裝和防潮保存，使用單位應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實際情況組織進貨，減少庫存，不要長期大量保存藥芯焊絲。

3 ?常用焊接材料的選用以及代用

3.1 碳鋼用氣體保護焊絲的選擇

對于產(chǎn)品一般選用的是低碳鋼，對于低碳鋼的氣保焊絲，一般根據(jù)強度和結(jié)構(gòu)的重要性選用，即首先保證焊接強度的最小強度不低于母材最小抗拉強度，應(yīng)先根據(jù)熔敷金屬的最低強度級別與母材最小抗拉強度相匹配。須注意到焊后焊縫金屬的實際強度與母材強度的關(guān)系，與熔敷金屬和母材金屬中C、Mn、Si元素含量差異有關(guān)。熔敷金屬的合金元素最終進入焊縫中的數(shù)量和參與脫氧的合金元素數(shù)量有關(guān)，在焊接熔滴、熔池的脫氧冶金過程中，參與脫氧的合金元素越多，則焊縫金屬中所含合金元素的量就越少，從而可能造成焊縫金屬的強度降低，使其低于母材強度。同時，還應(yīng)考慮熔敷金屬的塑性和沖擊韌性，應(yīng)是這兩個指標盡量達到或接近母材的塑性、沖擊韌性最低要求。低碳鋼的可焊性非常好，焊接時一般不需要預(yù)熱、控制層間溫度和后熱，焊后通常不必采取熱處理措施蓋上接頭熱影響區(qū)焊縫組織?？梢砸罁?jù)以上的原則進行焊絲的選用。

3.2 低合金鋼用氣體保護焊絲的選擇

低合金鋼氣保焊絲的選擇應(yīng)根據(jù)剛才的化學(xué)成分、接頭的力學(xué)性能要求、板厚、接頭形式、焊后熱處理要求、焊接位置和施焊條件、焊接設(shè)備條件等多方面綜合考慮。對于產(chǎn)品用的氣體保護焊絲，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品工藝規(guī)程進行工藝評定、檢測焊縫金屬的力學(xué)性能、抗裂性、耐腐蝕性等方面要求。選擇低合金鋼用產(chǎn)品氣保焊絲，應(yīng)注意如下幾個方面：

①對于低合金高強度鋼，在保證焊接接頭強度的前提下，重點考慮焊絲的抗裂性和焊縫金屬的塑韌性，優(yōu)先選擇低氫及超低氫的焊絲及塑韌性優(yōu)良的焊絲。

②對于兩種強度級別不同的母材之間的焊接，應(yīng)按強度級別低的母材進行焊絲選擇。

③應(yīng)考慮工藝條件的影響。如對于焊后經(jīng)受熱卷或熱處理的焊件，須考慮焊縫金屬經(jīng)受高溫熱處理后對其性能的影響，保證焊縫熱處理后仍具有所要求的強度、塑性和韌性。

④對于厚板、拘束度大及冷裂傾向大的焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用超低氫焊絲，以提高抗裂性能，降低預(yù)熱溫度。厚板的第一層打底焊縫最容易產(chǎn)生裂紋，此時可選擇強度稍低、韌性良好的低氫或超低氫焊絲。

⑤熔敷金屬抗拉強度不超過550MPa的低合金鋼焊絲一般采用Mn-Si焊絲，如目前市場上大量使用的ER50-6。隨著焊絲熔敷金屬抗拉強度的提高或為滿足焊絲的其他特殊使用性能，焊絲須采用Mn-Mo、Mn-Ni、Mn-Ni-Mo等系列焊絲。通過在低合金鋼氣體保護焊絲中，添加有益微量元素可以提高焊接金屬的韌性及改善焊絲的使用工藝性。

3.3 不銹鋼用氣體保護焊絲的選擇

不銹鋼按其主要組成元素，可分為Cr不銹鋼、Cr-Ni不銹鋼、Cr-Ni-Mo不銹鋼以及無Ni、節(jié)Ni不銹鋼等類型;按空冷后的室溫組織，可分為鐵素體、馬氏體、奧氏體不銹鋼，鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼和析出硬化型不銹鋼。不同類型的不銹鋼，因其組織性能存在較大差異，焊接性能也各不相同，在各類型不銹鋼中，以奧氏體不銹鋼應(yīng)用最為廣泛，品種也最多。本文僅以奧氏體不銹鋼為例，就奧氏體不銹鋼的氣保焊絲選擇進行分析。

奧氏體不銹鋼焊接通常選用同材質(zhì)的焊絲，即按等化學(xué)成分匹配原則進行焊絲選用。有時為了滿足焊縫金屬的某些性能（如耐蝕性），也采用超合金化的焊絲材料，也采用超低碳奧氏體不銹鋼焊絲，如采用00Cr18Ni12Mo2（316L）類型的焊絲焊接00Cr19Ni10鋼板，采用w（Mo）達9%的鎳基合金焊絲焊接Mo6型超級奧氏體不銹鋼等，以確保焊縫金屬具有高的耐腐蝕性。采用氣保焊焊接方式進行不銹鋼產(chǎn)品焊接時，如條件允許，盡量使用純氬氣進行焊縫背面氣體保護，以及正面焊接托罩的延遲保護，減少焊縫氧化和焊接缺陷產(chǎn)生。

近年來，不銹鋼藥芯焊絲的應(yīng)用越來越廣泛，使用不銹鋼藥芯焊絲氣保焊進行氣渣聯(lián)合保護的效果比較理想，焊接工藝簡化，生產(chǎn)效率高，焊接缺陷減少，焊縫質(zhì)量好。選用不銹鋼藥芯焊絲應(yīng)注意選擇超低碳以及添加Ti、Nb等穩(wěn)定元素的焊絲，盡量使焊縫金屬中的耐腐蝕合金元素（Cr、Mo、Ni等）含量高于母材含量。由于奧氏體不銹鋼具有較高的熱裂紋敏感性，還應(yīng)注意選擇抗裂性好的焊絲，減少焊縫金屬中Ni、C、P、S含量，增加Cr、Mo、Si、Mn元素含量可以減少熱裂紋產(chǎn)生。焊接時應(yīng)注意控制焊接工藝參數(shù)，采用小電流、快速焊、減少熔池過熱，避免形成粗大柱狀晶。采用快冷，減少偏析，提高抗裂性。

4 ?結(jié)束語

總而言之，使用氣體保護焊方式進行時，對氣體保護焊絲的選擇以及在焊接技術(shù)和工藝上的控制在很大程度上決定了產(chǎn)品的焊接質(zhì)量以及使用壽命的長短，使用氣體保護焊的方式可以提升生產(chǎn)效率和節(jié)省生產(chǎn)成本。基于此，首先作為工作人員要對該方面提起高度的重視，其次在使用這種焊接方法制造產(chǎn)品時要對氣體保護焊絲進行嚴格的選擇，并且對焊接技術(shù)進行不斷的探索，通過這種方式為產(chǎn)品的焊接質(zhì)量提供相應(yīng)的保障。

參考文獻：

[1]石江濤.混合氣體保護焊在制造產(chǎn)業(yè)中的研究與推廣應(yīng)用[D].廈門大學(xué)，2009.

[2]中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊.第2卷 材料的焊接（第3版）第8章8.1.

[3]鄒敏.二氧化碳氣體保護焊在核島支架焊接中的推廣和應(yīng)用[J].內(nèi)燃機與配件，2017（16）：48-49.