!药芯焊丝制造技术

药芯焊丝制造技术的研究 药芯焊丝作为新一代焊接材料，其焊接效率高、容易操作和焊丝品种多种多样, 在全球各地已经受到人们的普遍欢迎，广泛地应用到工业制造的每个行业。无论是药芯焊丝的生产厂家还是药芯焊丝的数量和品种，近年来在我国得到了较为迅速的发展。但人们很少就药芯焊丝的制造技术发表意见和进行技术交流。本文结合国内的实际情况介绍药芯焊丝制造技术特征和有关的一些技术问题, 供大家参考。

1． 药芯焊丝的制造方法

药芯焊丝的制造方法主要有三种：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，生产药芯焊丝的原材料低，焊丝利润空间大，又受到人们的普遍重视。盘圆法从根本上解决了药芯焊丝原材料初加工成本过高的问题，生产成本低于前者，但技术难度相对较大。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，并且容易采购。盘圆法制造药芯焊丝的生产线的研究和制造在国内已有近10年的经验。如北京环球机电科技有限公司在原材料的预处理、轧辊孔型数控加工；生产线的计算机控制系统和参数的可调性方面都取得了成功的经验。经过三条生产线的设计与改进，已使盘圆法药芯焊丝制造技术更加成熟。与以前的生产线相比有以下几方面的特点。有足够的动力：各主要电机为11~15 Kw 变频调速控制；开坯成型的轧辊设计合理：采用逐步变形，合理分布功耗，每个轧辊的转矩均在计算机显示屏显示，并能适时控制，各轧辊之间的控制具有动态控制性能，在药粉填充部位获得匀速的控制速度, 有利于药粉的均匀填充。经重新优化改进的轧辊孔型，使整条生产线的成品焊丝出口速度明显提高。直径为φ1.2mm药芯焊丝出口速度可以达到600m/min。年生产能力在1000~1500ｔ/ａ。北京英世恒瑞焊业有限公司经过三年的实践，已经掌握了盘圆法制造药芯焊丝的关键制造工艺。如：盘圆线材的化学成分选择、线材退

火技术、开坯轧辊修复技术；药粉填充、合缝技术、拉拔工艺和焊丝表面光亮防锈处理等。

钢带法药芯焊丝制造方法又分为全轧式和轧拔结合的两种。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。生产线长约20m 左右，操作方便。一人同时可以操作两条生产线。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。焊丝直径为φ1.6mm药芯焊丝出口速度可以达到400m/min。年生产能力在1000ｔ/ａ左右。经过近10年多的时间运行证明，此方法也是十分成熟的制造方法。此生产线在研究药芯焊丝品种开发方面也很有优势，快捷方便，在一小时内可以连轧10多个试验配方。可以选用0.3mm 、0.4mm 、0.5mm 钢带制造多品种药芯焊丝。改变钢带的厚度来改变药粉的填充率，制造不同类型的药芯焊丝。

轧拔结合的钢带法药芯焊丝制造方法又分为被动成型和主动成型两种。被动成型是指钢带轧制填充成型部位无动力驱动，结合拉丝机动力完成运行的生产线。目前国内有昆重和武通两家制造，基本上是仿制乌克兰药芯焊丝生产线的一些技术。该生产线成型机无动力，一是节省电控系统，二是设备简单易维修。生产线的速度是有成型机轧辊孔型设计和拉丝机的运行速度来决定的。成型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，同时提高焊丝成型的表面质量。该类型的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。 主动型轧拔结合生产线又分为单动力电机和多动力电机两种。单动力成型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。采用单电机作为动力来驱动钢带成型和加粉，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、比利时等西方国家普遍采用。目前通过天津金桥焊材对该生产线的试验证明：采用0.5×10mm 钢带可以生产填充率为16～22％的酸性药芯焊丝，填充率为22～28％的碱性药芯焊丝和填充率为20～25％的自保护药芯焊丝。该生产线采用0.6×10mm 可以生产填充率为15～17％的酸性药芯焊丝。该类型的生产线，

轧辊设计经优化后还可以通过生产效率。这是一种介于被动成型和主动型轧拔结合多动力电机系统之间的一类生产线。

主动型轧拔结合多动力电机系统是目前较理想的生产线。生产线成型机采用两台电机以上，甚至每个轧辊用一台电机。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。北京市环球机电科技有限公司生产的盘圆法药芯焊丝生产线就属这类技术。从日本进口的钢带法药芯焊丝生产线也是这种类型。

2． 药芯焊丝的制造工艺

盘圆法药芯焊丝生产线的主工艺由盘圆钢预处理机组、线材放线机、开坯机组、成型机组、加粉机组、合缝机组、直线式拔丝机组、工字轮收线机等组成。主工艺线的入口原材料是φ5mm的低碳钢焊接盘圆钢，它由工字轮放线机负责盘圆线材放线，经开坯机组逐级轧成“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，最后进入收线机，成为φ1.2mm的药芯焊丝成品。

盘圆线材主要选用H08和H08A 线材，目前宝钢、武钢、首钢等钢铁公司都生产这类材料。盘圆线材又分普通线材和连铸线材，普通线材为200Kg/条，连铸线材为1,200Kg/条。通过实际试验表明：宝钢线材的表质量好一些。表现在：线材的S 、P 有害元素较低，表面质量较好。采用盘圆法生产出的药芯焊丝的表面质量也很好。选择合适的盘圆线材是盘圆法制造药芯焊丝最重要的一步。 盘圆法制造药芯焊丝过程中，无酸洗、无碱洗工艺，也无金属清洗剂清洗，整个过程无废水、无废气排放，此工艺属绿色环保制造工艺。

盘圆法制造药芯焊丝用粉体原材料和钢带法相同，生产酸性渣系药芯焊丝的制粉工艺也钢带法相同。采用盘圆法制造酸性药芯焊丝的过程中，无油、无水和无锈进入药芯焊丝芯部，使盘圆法制造的药芯焊丝具有更低含氢的可能性。只有做到严格制粉和保证顺利填充药粉的情况下，酸性药芯焊丝焊缝扩散氢可以控制在5ml/100g（水银法）以下，使焊缝金属具有较好的抗裂性。

钢带法制造药芯焊丝生产线的主工艺由钢带裁带机组、钢带清洗、成型机组、加粉机组、合缝机组、直线式拔丝机组、工字轮收线机等组成。国内主要采用

0.5mm 、0.6mm 和0.8mm 厚的钢带生产酸性药芯焊丝。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。为了防止钢带生锈，在钢带加工过程中涂有防锈油，这种防锈油对药芯焊丝生产会生产不利的影响。生产前必须对钢带进行清洗，一般采用金属清洗剂超声波震动清洗，清水冲洗、热风烘干的办法来进行钢带清洗，清洗后的钢带应无油、无水、无锈。在成型机机组将钢带轧成“U”型槽，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，最后进入收线机，成为φ1.2mm的药芯焊丝成品。在生产药芯焊丝的过程中，一般根据生产药芯焊丝的品种，选择钢带的宽度和厚度，按照一定要求的药粉填充率来进行药芯焊丝配方试验。试验配方定型后进行批量生产。

3． 药芯焊丝生产中的关键技术

首先药芯焊丝生产线选型是十分主要的环节，这直接影响以后药芯焊丝的生产，是否顺利投产。有关的技术谈判是最关键的一步，应该对生产线设计的合理性进行评估，对生产线的不足之处提出改进意见。目前国内药芯焊丝生产线制造厂家，一是不愿意详细介绍自己的生产线，二是不愿意接受改进意见，国产生产线的可行性和可靠性离国外设备有很大差距。这也是生产线制造厂家在药芯焊丝制造工艺方面缺少实际经验的薄弱环节。

药芯焊丝配方技术往往与生产线的适应性有关，加粉装置是否均匀添加药粉，低速和高速的稳定性。生产线的加粉装置要考虑药粉压力分布情况，药粉的颗粒度，药粉的流动性，药粉的均匀填充。生产线的成型机组和加粉装置的可调性与精度是药芯焊丝生产线的最关键部位。

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。以酸性药芯焊丝为例：全位置药芯焊丝药粉填充系数为14～20％，主要选用TiO2含量为95％以上的金红石，占药粉重量的30～45％，铁粉在药粉重量中的比重为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、飞溅小、脱渣容易，细直径药芯焊丝适合全位置焊接。这类酸性药芯焊丝在制造过程中容易出现的主要问题就是焊缝金属表面的“压痕”缺陷。

目前我们经过多次配方试验发现“压痕”不仅与配方、烤粉、钢带清洗有关，还与其它因素有关。首先是选用的CO2 保护气体可用性，如出现同一批气体不一样，同一瓶气体上午下午不一样，这说明CO2气体有问题。生产中发现使用的钢带也与“压痕”缺陷产生有密切关系。有“黄色致密层”的钢带与金属本色的钢带相比焊缝表面更容易产生“压痕”缺陷。另外与钢带厚度也有十分密切的关系，采用薄钢带药芯的填充率相对较低时容易产生“压痕”缺陷。因此，选用厚钢带和合适的填充率是解决此问题的关键。在最近的试验中发现：在配方中添加一种活性金属物质可以有效预防焊缝金属“压痕”缺陷的产生。

另外，碱性药芯焊丝不会出现此问题，碱性药芯焊丝的脱渣性是该类型焊丝的研究重点。

4． 结构钢药芯焊丝的低温韧性

结构钢药芯焊丝的低温韧性是药芯焊丝性能的一项主要指标。焊缝金属低温韧性往往与焊接结构抗裂性和抗脆性有关。对于500－600MPa 强度级别的药芯焊丝都为Si-Mn 合金系，一般满足0～-20℃的韧性指标。通过药芯焊丝配方对焊缝金属进行微合金处理，可以保证焊缝金属低温韧性的稳定性和提高在低温时低温韧性。在焊缝金属中添加微量的Ti 、B 、Re 等元素可以显著提高焊缝的低温韧性。如YJ501-1药芯焊丝熔敷金属的低温韧性可以达到Akv －20℃ 120～160J 。YJ502Ni 药芯焊丝焊缝金属的低温韧性可以达到Akv －40℃ 120～160J 。YJ507药芯焊丝焊缝金属的低温韧性可以达到Akv －40℃ 140～180J 。

5、药芯焊丝生产中应注意的几个问题

药芯焊丝用原材料质量和粉体材料的颗粒度；盘圆、钢带的表面质量处理，药芯焊丝配方与烘粉工艺；生产线成型机轧辊与药粉填充，减径拉丝模、润滑粉与拉丝速度，焊丝的表面处理等这些制造工艺方面的问题，必须要结合生产线的情况来处理。不同的生产线对药芯焊丝的生产工艺的要求是不同的。这也是药芯焊丝生产企业保密的工艺技术。每个焊丝生产企业必须认真分析研究。

药芯焊丝生产线是生产药芯焊丝最重要的生产基础设施，选择合理的生产线可以缩短投产时间，提高焊丝产量。生产线中的成型机组是整条生产线的心脏，成型机上的加粉装置的可调性和精度直接影响药芯焊丝的药粉填充的准确性和焊丝的可靠性。

综上所述，药芯焊丝制造技术不仅与生产线成套技术有关，还与药芯焊丝配方技术、生产工艺和生产经验有关，它涉及机械设计、自动化控制、金属材料、焊接冶金、非金属材料、金属加工等多种学科知识。药芯焊丝制造技术要不断的生产经验中总结和发展与提高。