国内外药芯焊丝制造工艺、设备现状及发展趋势.pdf

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1、国内外药芯焊丝制造工艺设备现状及发展趋势 陈邦固 金立鸿 刘继元 王秀文(天津大学 天津三英焊业有限公司)摘要:综述了药芯焊丝制造工艺设备的发展历程最新动态和发展趋势作者认为冷轧钢带高速轧拔法工艺是目前国际上药芯焊丝生产工艺的主流这种趋势短期内不会改变作为该工艺的核心设备-药芯焊丝轧丝机采用先进的分体传动式轧机对于提高产品质量提高生产效率和对多品种焊丝的适应性都更为理想推广应用先进成熟的国产药芯焊丝生产工艺和装备是发展我国药芯焊丝产业的重要技术政策 关键词药芯焊丝 冷轧钢带 盘条 轧丝机 拉丝机 0 前言 药芯焊丝作为第四代焊接材料以其生产效率高焊接质量好综合焊接成本低等无可比拟的技术经济优势

2、近年来在国内外得到快速发展日本在八十年代初年产量不过几千吨水平占焊材总量不到 1%然而到 2001 年已达近 10 万吨占焊材总量 30%左右我国药芯焊丝的应用和生产从上世纪 90 年代也快速起步近年来每年都以 20%30%速度发展到 2001 年国内市场消费总量已超过 1.51.6 万吨2002 年可望达 2 万吨左右虽然其在焊材总量中比例还仅占 1.5%左右 但其增长潜力很大 业内人士预测其在焊材中的比重 35 年内将达到 35 万吨80 年内达到 810 万吨甚至更多 药芯焊丝的生产涉及设备工艺和配方三个相互联系的组成部分设备和工艺对药芯焊丝生产的质量和成本关系重大本文结合有关专利文献有

3、关资料和多年的调研和亲身实践分析了各种药芯焊丝生产工艺路线及相关装备的特点并就国产药芯焊丝发展的技术方案提出自己的看法 1 药芯焊丝制造工艺和装备的发展历史 药芯焊丝制造工艺过关并形成商品是 50 年代和 60 年代初然而早在 1912 年伊萨公司ESAB的创建人奥斯卡基尔伯格Oscar Kjillberg在他的专利中就已涉及药芯焊丝的概念他写到至于这个金属棒可以做成任何形状甚至可以做成管状其内部的物质需经良好的混合以求得到适当化学成分的焊缝也就是说药芯焊丝的基本概念其实和手工焊条是同时提出的只不过由于当时生产工艺不过关和手工焊条的发展将其湮没了几十年直到 50 年代美国才推出商品化的药芯焊丝

4、但其后 20 年发展并不太快80 年代后由于细径药芯焊丝及其相应的制造工艺和装备的推出才使药芯焊丝真正重新崛起并向手工焊条和实心焊丝发起真正的挑战 第一个涉及药芯焊丝的制造专利是 1920 年在美国发表的它是先在一条钢带上喷镀或涂敷一层焊剂焊剂粘在钢带的一面干燥后把钢带卷成圆管粘有焊剂层的一面位于管内 另一份美国专利公布了一种带芯丝药芯焊丝制造方法芯丝上首先压涂一层膏状药皮就成了焊丝中的药芯其制造原理如图 1 所示 早期药芯焊丝的制造工艺显然受到焊条制造工艺的影响许多专利都采用了膏状涂料这给以后的干燥和防锈处理带来了难题前西德专利 519435 则提出一种直接加入干药粉的方法其示意图见图 2

5、所示药粉恰好在钢带进入拔模进口处松散分布在钢带的凹槽内加药粉的速度与钢带的拉拔速度同步 早期药芯焊丝的制造方法中还涉及各种复杂截面药芯焊丝所提出的截面形状和成型方案五花八门图 3 为三种复杂截面药芯焊丝的成型工艺方案这些成型方案我国在 70年代也有人进行过尝试 图 1 1 种带芯丝的药芯焊丝制造工艺 图 2 1 种早期加干药粉的药芯焊丝制造工艺 图 3 3 种复杂截面药芯焊丝的成型工艺 关于无缝药芯焊丝早期也有人进行过尝试一份东德专利即提到为防止药粉吸潮可将焊缝焊合而一份西德专利则提出用无缝钢管制取有限长度药芯焊丝的方法取一段适当长度的无缝钢管管内填充各种形状的芯丝或芯片及适量的药粉然后把管子

6、两端封闭用轧辊或模一道一道地轧细或拔细直到最后要求的直径其实这两个专利已经涉及到现代药芯焊丝制造中的一些最基本的要点目前国内依然有人按此思路进行小批量试生产 综合上述可以看出以下几点 1早期药芯焊丝成形大多采用简单的模拔法即将裹上药膏或药粉的 U 形钢带通过一个拉丝模利用拉丝模孔壁的径向挤压力强迫成型 2早期药芯焊丝从加入膏状涂料过渡到直接加入干药粉 3早期药芯焊丝多为粗径复杂截面焊丝主要是为克服电弧不集中熔滴过渡特性差的问题 自 80 年代后小直径药芯焊丝的出现彻底改善了药芯焊丝的熔滴过渡和全位置焊接问题各种大直径复杂截面焊丝已基本上被淘汰近年来世界各大著名焊材生产厂商的商品焊丝几乎全部是简

7、单 O 形截面基本上看不到所谓的复杂截面焊丝了 4早期药芯焊丝的工艺方案已为现代药芯焊丝的制造工艺奠定了基础一些重要的思想例如关于无缝药芯焊丝的制造工艺方案现在人们仍在继续和完善 2 目前流行的各种药芯焊丝制造工艺和设备 目前世界各国用于制造药芯焊丝的工艺方案和设备很多已申请的各种专利就有数十种以上按照产品的结构可分为有缝和无缝型按所使用原材料分可分为冷轧带钢法盘元法和钢管拔制法根据成形工艺分又可分为模拔法全连轧法和轧拔法其分类系统见下表 分体传动式 连轧法 集中传动式 模拔法 有缝型 冷轧带钢法 被动式 药芯焊丝 盘园法 轧拔法 分体传动式 集中传动式 在线焊合法 无缝型 钢管拔制法 表 1

8、 药芯焊丝制造工艺的分类 现将国内外正在使用和发展的一些工艺和设备介绍如下 2.1 连轧法 连轧法是指药芯焊丝从钢带到成品焊丝的全部加工过程都在一套连轧机组上完成其工艺过程见图 4 为了将焊丝减径至较细的成品尺寸所需轧辊组很多通常水平轧辊组多达 16 架以上同时还要配置大体相当数量的从动立辊组轧辊组配置的多少取决于原料钢带尺寸和成品焊丝的尺寸 图 5 为瑞士万莎公司Mansa Soudage SA的一台药芯焊丝连轧机该机共 17 架主动水平轧辊组采用悬臂式机架布置便于操作和换轧辊 图 4 连轧法工艺示意图 图 5 瑞士 M a n s a S o u d a g e S A 公司药芯焊丝轧丝机

9、 国内某厂引进的英国 Corewer 公司药芯焊丝生产线也属连轧型机组该机组设计出口速度 69m/s焊丝出口直径1.6 和2.0 两种规格图 6 为该机组现场照片由照片可见该机每隔若干组轧辊设置了一组张力调节活套用以协调各组机架之间焊丝的线速度和焊丝张力 全连轧法生产工艺有如下特点 1药芯焊丝成型和减径完全在一台机组上完成因此工艺简捷设备紧凑占地面积小 2由于越细焊丝轧制越困难若不再经拉拔工艺直接轧至1.2mm 以下细焊丝比较困难所以不宜用于制造1.6mm 以下细径结构钢用药芯焊丝比较适合制造粗径硬面堆焊用药芯焊丝 3焊丝的直径偏差椭圆度表面光洁度及焊丝挺度较差因而送丝性能较差 4由于轧辊尺寸

10、有限因此生产效率远不如后面述及的轧拔法制造工艺高 5由于轧辊对材质和加工精度要求很高本身又是易损件因此备品备件费用较高 6由于焊丝表面没有拉丝润滑剂残留物所以其熔敷金属的扩散氢含量较低 由于上述原因近年国外已较少用连轧法生产结构钢和不锈钢用细径焊丝但在粗径堆焊焊丝的生产中则使用较多笔者在德国某工厂看到该厂有七条堆焊用药芯焊丝生产线基本上采用全连轧法生产其 80%的产品大于2.0mm据悉国内某外资企业使用了美国 WTC 公司生产的连轧机组生产堆焊焊丝此外为了充分降低低氢型药芯焊丝的扩散氢含量也可以采用这种工艺资料报道用这种工艺制造的药芯焊丝扩散氢可小于4ml/100g色谱法 2.2 轧拔法 轧拔

11、法是将药芯焊丝的成型加粉合口工序仍放在轧丝机上完成即采用先轧后拉的工艺图 7 为天津三英焊业公司采用的工艺简图 图 7 将轧丝和拉丝工序分开也可以将其合在一起这样可省去收放机各 1 台欧洲某公司使用的就是此种轧拔一体化机组整条生产线包括 3 组 12 套水平轧辊和相应的立辊组轧制成的3mm 左右坯管直接进入 10 联直线拉丝机从钢带进入到拉拔出1.2mm 焊丝一气呵成图 8 为该生产线局部由图可以看出轧拔工艺的相互衔接但这样对电气控制原料质量操作水平要求更高否则中间某一环节出现断丝再重新穿丝会更麻烦耽误的机时更多近年我国山东某企业引进的意大利 Team 公司生产的有缝型药芯焊丝的生产线也属这种

12、类型 图 6 英国 C o r e w e r 公司药芯焊丝生产线 图 7 天津三英焊业公司药芯焊丝生产线工艺示意图 采用轧拔工艺的好处是拉丝工艺比轧丝工艺更简单生产速度更高成本更低焊丝表面质量也更好 近年来由于各类新型高速直线拉丝机 拉丝模 润滑剂的不断改进使拉丝速度可达 1214m/s最快甚至可达 25m/s易损件拉丝模又是标准件有专业工厂可批量生产价格大大低于轧辊所以将焊丝的减径工序大部分放在拉丝机上来完成是合理的 轧丝机和拉丝机是轧拔式生产线的两套关键设备拉丝机属通用设备轧丝机是药芯焊丝生产中的专用和核心设备依照轧丝机的特点又可将轧拔式生产线分成 3 种 1被动式轧机 该生产线中轧机的

13、轧辊完全是被动的轧制过程完全靠作为动力的拉丝机来牵引轧辊 图 8 欧洲某公司所使用的轧拔一体化药芯焊丝生产线 本身无动力驱动由于被动轧辊之间转速可自谐调不需要任何电气控制系统所以比较简单天津大学设计的第二代实验机组就属于这种形式图 9 为该装置的示意图在拉丝机动力的牵引下 12mm 宽钢带连续通过几组水平和垂直轧辊组轧成 U 型 通过下粉漏斗加入药粉再经过一对立辊和一对水平辊合成 O 型最后经一道拉丝模整形为4mm 药芯焊丝坯管再用拉丝卷筒收线进一步的减径工作可移至另一拉丝机组上去完成也可连续通过几个拉丝机拉伸至某一尺寸该机组结构简单造价低廉但效率不高但用于实验室研究和小批量生产则比较灵活 图

14、 9 天津大学 T Y型药芯焊丝轧丝机 近年国内所引进的乌克兰巴顿焊接所设计的被动式药芯焊丝生产线原理和上述机组原理类似图 10 为这种生产线的现场照片 显而易见这种被动式生产线设备简单实用造价低能耗少但是由于轧机无动力成形阻力大钢带断头率高当然生产速度也不可能很高这种机组不适于高档细径药芯焊丝的大规模工业化生产但可以作为实验或中试设备也可以用于小批量的粗径堆焊药芯焊丝生产 2集中传动式轧机 该生产线其他部分与被动式相仿只是轧丝机的各水平轧辊为主动辊各主动轧辊由一台电动机拖动传动系统可以采用一根长轴将动力依次分配到各机架也可采用齿轮系统将动力分配到各机架图 11 为天津大学设计的第三代药芯焊丝

15、轧机该机采用一台电磁调速电机为动力并通过连接轴将动力依次分配给 8 组齿轮箱每个齿轮箱驱动两个水平轧辊为确保焊丝表面质量和工艺过程稳定采用了小减径率孔型设计整机共包括 16组从动立辊组 水平轧辊机架采用门式结构 钢带进带宽度 12mm 焊丝出口直径2.6mm焊丝下线后通过进一步拉拔至成品尺寸 国外工厂仍有这种老式机组在工作图 12 即为美国某公司的一台集中传动式轧丝机照片主动力通过传动轴伞齿轮付和齿形皮带传递给各机架的主动轧辊 近年国内天津某厂所引进的美国何伯特公司二手设备就属这种类型 图 1 0 乌克兰巴顿焊接研究所生产线 图 1 1 天津大学 J Y型药芯焊丝机 集中传动式机组比无动力的被

16、动式机组当然是一种进步但是由于各轧辊组转速已按设计严格固定因此难于进行多品种规格焊丝的生产就是同一品种规格当配方和填充率的调整幅度较大时也会破坏机组的正常运行当轧辊磨损或每次调整轧辊的压下量不同时也会影响机组正常工作造成拉断或堆丝因此较难操作 3 分体传动式轧机 80 年代后国外轧丝机一般都采用了分体传动式 所谓分体传动型轧机的各主动辊分别使用独立的动力和传动系统各轧辊的转速和它们之间转速的互相协调以及生产线各分部之间的程序控制是通过计算机控制下的电气系统来管理的它可以根据不同产品所使用的钢带宽度厚度填充率减径比精确设置个轧辊的转速比同时当轧辊发生不均匀磨损或其它扰动时该系统又能自动修正和补偿

17、各轧辊的转速和加粉量从而保证了设备的正常运行和产品的质量根据需要也可以把钢带进口速度焊丝出口速度填充率各轧辊的扭矩等工艺参数反映到显示屏上来同时由于各组减径轧辊都有独立动力系统轧制力强劲设备速度高产能高于集中传动式数倍近年来国际上广为流行的主要是这种机型近年国内引进的德国赫本海德 巴赫公司Horborn Breitenbach生产线和日本福知山工厂生产线即属此种类型德国轧丝机外型如图 13 所示日本轧丝机外型如图 14 所示 图 1 2 美国某公司的一台集中传动式轧机 值得提出的是天津大学和天津三英公司早在 1995 年已成功地研制出这种大型高速生产线1999 年和 2002 年又相继开发出年

18、产 3 000 t 和年产 4 000 t 第二代第三代新产品上述生产线轧丝机拉丝机等主机的性能已全面达到甚至超过国外同类机型的指标而且根据中国国情配套齐全了全部外围设备该机经连续运转性能良好其生产的产品已通过中德挪日英美法意韩九国船级社认证并批量进入造船市场和许多国家重点工程该生产线工艺框图如图 15 所示图 1617 为 99 版的第二代工业化规模生产线中的核心设备 SYZ型高速轧丝机和 SYL型 10 联高速直线谐调式拉丝机 该生产线主要工艺参数如下 1生产能力年产 3000t按 1 台轧丝机2 台拉丝机4 台层绕机配置每年工作时间 250 天三班制作业作业率 85%以产品 1001.2

19、mm 直径为基准 2产品规格 1.2mm1.4mm1.6mm2.0mm2.4mm3.2mmO 型截面 3轧丝机 钢带进口速度vmax=100 m/min 适用钢带尺寸厚0.251.0mm宽 618mm 采用全调频调速PLC 控制 410 联直线谐调式拉丝机 采用直流或交流变频调速PLC 控制 最大出线速度 vmax=850 m/min 该生产线单机和整条生产线生产能力产品精度和自动化程度已全面达到甚至超过近年国际市场上的最先进药芯焊丝生产线 图 1 3 德国 H o r b o r n B r e i t e n b a c h 公司药芯焊丝轧丝机 图 1 4 日本福知山工厂药芯焊丝轧丝机 2

20、.3 盘元法 第一个提出采用盘元法为原料生产药芯焊丝的是美国林肯公司Lincoln Electric Company专利它提出一种完全采用冷轧工艺使盘元成形为药芯焊丝方法 林肯专利的要点是不采用热轧 也不采用中间退火 完全采用冷轧使盘元展轧成形合口成形并减径到成品尺寸林肯专利认为所提出的从盘元截面正中向两侧劈展的方案有利于用较少的轧制道次形成型槽产生最小的加工硬化减少轧制动力消耗和获得较大的减薄量 对于轧机原理该专利也作了较详细描述经除锈的盘元经过调直和定径后进入轧机各轧辊轧机下辊由电动机和传动齿轮系统驱动上轧辊用滑动离合器或差速器与下辊传动齿轮联接以谐调上下轧辊的转速差活套轮的作用是使盘元与

21、下轧辊接触线更长防止跑槽同时在系统出现扰动时可调节各轧辊之间的转速比使之回到正常轧制状态形槽经 钢带对接 闪光对焊机 组织原 原料冷轧带钢 纵剪至宽 618mm 钢带层绕至 300500kg 料货源 进厂材质检验 纵剪机 钢带层绕机 考查供货质量 药粉原料 粉碎 混粉 配粉 考查供货商及 筛分 确立包装运输 进厂材质 磨粉机 形式 检 验 振动筛 混粉机 配粉器 拉拔至成品尺寸 轧成焊丝坯管 分绕标准层绕卷 1.0 3.2 m m 2.0 5.0 m m 层绕机 多联直线拉丝机 轧丝机 轧尖 钢带对接 轧尖机 闪光对焊机 包装 成品入库 产品出厂 真空包装流水线 成品抽查检验 售后服务信息反馈

22、 图 1 5 天津市三英焊业有限责任公司药芯焊丝生产工艺流程框图 图 1 6 天津市三英焊业有限责任公司药芯焊丝生产线上的 S Y Z型高速轧丝机 图 1 7 天津市三英焊业有限公司药芯焊丝生产线上的 S Y L型高速直线谐调式拉丝机 图 1 8 美国林肯公司 3 4 6 6 9 0 7 专利中的设备成型方案示意图 加粉 封边后成为焊丝坯管 图 18 为美国专利 3466907 即林肯公司方案 的示意图 1978年新日铁公司申请的一份专利更完善了上述方案该方案的工艺简图如图 19 所示该方案又提出了 4 种新的成型工艺路线 并明确提出采用小于5mm 的盘元可不经退火工序直接生产出1.2mm 的

23、小直径药芯焊丝但是却未听说新日铁将此方法投入实际使用其原因可能是他们认为该工艺方案生产效率和质量不如目前他们实际使用的冷轧钢带轧拔法及在线焊合法好因此该专利也是未实施专利 90 年代以来国内的某些单位也对盘元成型工艺进行了研究并从原理上获得成功有关工艺方案与上述二专利类似有关研究成果可参见中国专利申请号 92208386931158330据不完全统计国内分别在东北北京等地有上述自制生产线达 10 条之多盘园法经过国内若干单位的努力取得一定进展但在国内至今未见其产生实质性的经济效益 图 1 9 新日铁工艺方案图 对盘元法以作者管见可作以下分析 盘元法工艺并不是先进工艺 第一个盘元法专利即林肯专利

24、是 1969 年提出的林肯专利提出的背景主要基于以下两点 1)由钢锭轧成的带钢 由于钢锭本身成分的偏差 造成带钢不同部位化学成分不均匀从而可能导致用带钢为原料制成的药芯焊丝熔敷金属化学成分的波动而盘元钢材在一定程度上解决了原料在长度和宽度方向上的成分不均匀 2)当时美国市场冷轧带钢的价格是盘元的好几倍采用盘元为原料比采用冷轧钢带为原料成本低 但是世界钢铁工业 30 多年的发展情况已发生根本变化首先目前世界钢铁工业普遍采用连铸连轧工艺中国目前的连铸连轧比也已达 80%以上因此已完全不存在所谓带钢沿宽度长度的严重成分偏差问题事实是冷轧带钢法采用的 SPCC-SD或 SE钢材属高档冷冲压用钢在化学成

25、分和力学性能等方面控制极其精细并采用炉外精炼真空脱氧等工艺更适合于制造药芯焊丝日本更采用了专用药芯焊丝冷轧钢带这是通常供普通焊条钢芯所用的 H08A盘圆钢无法比拟的 其次由于连铸连轧工艺的使用大大降低了冷轧带钢的成本其与盘元的价格比由好几倍下降到 3:2 左右而盘元法由于生产效率低工艺环节多能耗高折旧费用高制造费用反而高于带钢法好几倍因而盘元法的所谓成本优势早已转化为成本劣势!正是由于上述原因作为盘元法专利的发明人美国林肯公司早已放弃所谓的盘元法而改用了冷轧带钢法前林肯电气上海没有采用盘元法而采用进口日本富知山工厂的冷轧带钢法生产线就是明证 盘元法难于保证药芯焊丝质量 1)填充率难于控制 药芯

26、焊丝填充率是其质量的最重要指标之一 1 填充率 12 1单位长药芯焊丝中药粉的质量g 2单位长药芯焊丝中钢皮的质量g 式中 2B 钢的密度约为 7.8 g/c m3 B钢带宽度 钢带厚度 显然钢带的厚度波动严重影响药芯焊丝的填充率设填充率为 1 8%钢带厚为 0.8 m m则不同厚度公差对填充率偏差的影响如下表所示 表 钢带厚度公差对填充率的影响 钢带厚度公差m m 填充率绝对偏差 0.0 1 0.1 8 0.0 2 0.3 6 0.0 3 0.5 4 0.0 6 1.0 8 为保证填充率绝对偏差为1%以下并考虑到其它误差因素钢带的厚度公差应控制在0.03mm 以内 精密带钢轧制是依靠附有高精

27、度动态测厚系统和精密轧辊压下机构的大型精密冷轧机组完成的在轧制工艺过程中还要定时采用专用轧辊磨床对轧辊进行修磨现代化大型冷轧机组还配套大型连续光亮退火设备从而保证其几何公差和力学性能极其精确稳定这种大型机组价值在数十亿元精密薄冷轧带钢厚度公差可以达到0.03mm甚至0.01mm 以内然而自制的相对简单粗糙的盘元法药芯焊丝轧机不可能具备这样的精度更不用说在轧制过程中由于人工操整带来的随机误差和由于强烈地轧辊磨损所造成的运行过程中的动态误差因此从根本上说该工艺方案不可能达到高档现代细径药芯焊丝所要求的填充率精度或者说要稳定达到上述精密必然进一步加大设备和工艺成本 2)焊丝表面质量差 同时由于轧制的

28、粗糙也使成品焊丝表面光洁度较差使得焊丝送丝性能较差有人认为该方案焊丝硬度高挺度好其实药芯焊丝软硬有度过软不利送丝过硬容易磨损导电嘴同样也不太好在带钢法工艺中则可利用带宽带厚填充率等充分控制焊丝最终冷作硬化强度因此可以设计出不同品种规格适用的焊丝 盘园法工艺复杂生产效率低能耗高 与冷轧带钢法相比盘园法增加剥壳除锈冷拉定径退火开坯等工艺环节其实是把钢厂相对高效节能的工序费力费时地搬到了药芯焊丝工厂来完成不符合现代化大生产的社会分工盘元法单条生产线的产能约为 1t/日三班左右仅为先进的冷轧带钢法产能 1/5甚至更低其轧机单机架功率高达 1114kW是冷轧带钢法轧机单机架动力的 5 倍其总动力至少比冷

29、轧带钢法要增加一倍 盘元法实际生产成本远高于冷轧带钢法 药芯焊丝生产成本是由原材料含辅料人工费设备及厂房折旧动力消耗等项构成采用所谓盘元法虽然每吨成品在钢带上少花费大约 1 200 元但由于单条生产线产能很低工艺流程复杂使得人工费用设备及厂房折旧动力消耗总费用几项超过冷轧带钢法的数倍最终结果不是降低了成本而是大大提高了成本根据笔者测算每吨药芯焊丝实际生产成本采用所谓盘元法要比冷轧带钢法多 1500 元/t 以上 通过上述可以看出盘元法在国外已完全淘汰在技术上利少弊多国内为此已花费太多代价虽然从科研角度不妨百花齐放在工程上决不宜盲目推广尽量盘活国内已投入的数条盘园法生产线使之发挥经济效益乃是当务

30、之急 2.4 钢管拔制法 采用钢管拔制法连续生产无缝型药芯焊丝是瑞士奥林康Oerlikon公司于 1971 年提出的专利未给出有关工艺路线图笔者根据该专利文字结合近年来考察过的国外某公司生产线给出下列工艺流程简图 图 2 0 奥林康O e r l i k o n 公司无缝药芯焊丝工艺方案 图 20 给出的是成品为2.4mm 的方案 若成品尺寸要达到1.2mm 还要增加中间退火和拉拔道次实际上钢管拔制法最重要的工艺要点是药粉的制备和填装为了保证药粉在钢管内不出现分层首先要采用烧结药粉以保证其理化性能均一而且要采用特制的自下而上的螺旋振动加粉系统 无缝型药芯焊丝不吸潮导电性好送丝流畅其优点是不言而

31、喻的但其价格大大高于普通有缝药芯焊丝限制了它的发展由于近年药芯焊丝焊接冶金的研究成果有缝型药芯焊丝的吸湿性已极大降低例如目前天津三英焊业公司所研制的新型钛系气保护药芯焊丝的扩散氢含量已能降到4ml/100g色谱法以下有缝型药芯焊丝有价格优势质量也与无缝型药芯焊丝相当因此目前国际药芯焊丝市场的主导产品依然是有缝型 2.5 在线焊合法 上述钢管拔制法除生产成本高以外还有两个潜在的问题 振动加粉能否保证管内各处药粉密度完全一致 生产过程仍是间断的不是全流水线作业 为此国外从 80 年代以来提出了一系列采用在线焊合法制造药芯焊丝的新工艺其工艺要点是在原轧拔生产线的钢带合口处将已装入药粉的有缝钢管用高能

32、密度热源在运动状态下焊合所采用的焊接方法可以是激光焊脉冲氩弧焊或高频感应电阻焊 图 21 给出了一份新日铁专利中有关在线焊合法的示意图 钢带 1 经轧辊 2 压成 U 型药粉经配粉器 3导管 4 加入其内在 1A 处钢带截面形成 O 型环并已装入药粉在 5处进行高频感应焊接在 6 处将焊好的管逐步减径在 1B1C 处的截面如图所示7 是已制成的焊丝坯管这样的坯管一般还要经过退火拉拔镀铜等工艺成为成品焊丝 显然在线焊合法是综合了冷轧钢带轧拔法制取有缝药芯焊丝和钢管拔制法制取无缝药芯焊丝的共同特点而产生的一种新工艺该工艺不仅可以制造无缝型药芯焊丝而且生产效率很高 据悉新日铁公司的这种最新型生产线产

33、量可达每月 1 500 t 之多 但是这种工艺装备报价达 20 亿日元昂贵的一次性设备投资和日后的折旧费用使得现阶段国内不宜发展 图 2 1 在线焊合法工艺示意图 3 关于我国药芯焊丝工艺和装备发展方向的思考 3.1 几种工艺方案和设备的综合比较 上节已分别介绍了目前国内外流行的药芯焊丝制造工艺和方法的特点将其综合比较如表 2 所示 通过上表可以清楚地看出各种方法各有优缺点目前各种工艺方法在各国也都在并行使用因此国内现有各种引用和国产设备只要扬长避短或进行适当技术改造绝大部分都是可以发挥一定效益的 3.2 今后一段时间国内药芯焊丝仍应以发展有缝型为主 药芯焊丝焊接质量好生产效率高综合成本低的优

34、点有目共睹但由于其原料价格高生产工艺复杂设备投资大也使其价格较高在一定程度上削弱了和手工焊条和实芯焊丝的竞争力价格始终是药芯焊丝发展中的敏感问题无缝型药芯焊丝由于制造工艺复杂和装备庞大其成本更高正因为如此国外目前除新日铁和奥林康公司外其它厂商产品都属价格较为适中的有缝型近两年国内市场除上海沪东造船厂曾使用新日铁无缝药芯焊丝外几乎全部用的有缝型焊丝事实上有缝型焊丝通过完善制造工艺改善配方加强防潮包装等环节是完全可以和无缝型一样正常使用的因此至少近十年内国内仍应以发展有缝型药芯焊丝为主 3.3 有缝型药芯焊丝应以发展冷轧带钢轧拔法为主 世界各国药芯焊丝发展历史和现状说明冷轧带钢轧拔法是一种成熟的工

35、艺现在依然是世界各国的主要生产方法近十余年来由于冶金工业连铸连轧工艺的发展使冷轧带钢的质量大幅提高成本大幅下降不仅使冷轧带钢不存在所谓的由于偏折造成的化学成分不均匀在厚度公差上更可达到0.01 的高精度而且价格也在不断下降与盘元价格差距正逐步缩小目前冷轧带钢与盘元价格之比远不像林肯专利提出时相差几倍大约为3:2 左右而这一点原料价差完全可以从制造费用和设备折旧上加倍节省下来可以预见冷轧带钢轧拔法在未来一段时间内依然是药芯焊丝制造工艺的主流 表 2 各种药芯焊丝制造工艺综合比较表 制造工艺 焊丝质量 生产成本 基建投资 序号 工艺 方法 产能 工 艺 复 杂 性 尺寸 精度 送丝 性能 抗吸 湿

36、性 抗锈性 原料 费用 制造 费用 设备 费用 土建 费用 1 连轧法 较低 简捷 尚好 尚好 尚好 较好 较贵 低 较高 少 2 轧拔法(被动式)低 较 简 捷 好 好 尚好 较好 较贵 低 少 少 3 轧拔法(集中传动式)较高 较 简 捷 好 好 好 较好 较贵 低 少 较少 4 轧拔法分体传动式 高 较 简 捷 好 好 好 较好 较贵 低 较高 较少 5 盘园法 低 复杂 尚好 尚好 好 较好 较廉 很高 较高 较少 6 钢管制法 高 复杂 好 很好 很好 很好 很贵 很高 高 高 7 在线焊合法 高 复杂 好 很好 很好 很好 较贵 高 很高 很高 3.4 积极推广国产药芯焊丝生产工艺

37、和装备的成果 近年国内在药芯焊丝的研究开发方面已取得令世人瞩目的成就目前已完全可以生产国际先进水平的成套药芯焊丝生产线三英焊业公司所设计生产的年产 3000 t 生产线已连续正常工作 6 年无论从整条生产线或单机性能完全达到国际一流水准而价格不到进口价格的 1/3此外使用国产设备还有易于使用维护有可靠的备品备件供应等诸多优点因此国内今后已完全不必要引进国外高价生产装备推广和使用国产设备有利于进一步普及药芯焊丝促进我国药芯焊丝市场的健康发展 3.5 积极开展在线焊合法药芯焊丝生产工艺和装备的研究工作 在线焊合法代表了当今国际药芯焊丝生产的最高水平 日本是在引进国外技术并进行长达 20 余年持之以恒的研究才达到今日的水平据悉新日铁最新型的生产线月产可达1500t其生产效率之高令人难以想象当今世界是高科技竞争的时代我们必须重视这个动向奋起直追做好前期研究工作 天津大学和天津三英公司早在数年前已就其关键技术进行了预研并取得可喜成绩并在稳步开展进一步的工作我们坚信创造了 5000 年灿烂文明的中国人在 21 世纪必然会雄居世界民族之林中国焊接工作者也一定会攀登世界焊接技术的颠峰 谢辞撰写过程中承唐伯钢先生等提供了有关资料文中参阅了中外有关专利文献及广告谨此向有关资料作者一并致以诚挚的谢意