药芯焊丝生产工艺及设备的国内外进展

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1、药 芯 焊 丝 生 产 工 艺 及 设 备 的 国 内 外 进 展陈 邦 固 王 秀 文 刘 继 元 冯 灵 芝 陈 洪 霖天 津 大 学 (300072) 天 津 市 三 英 焊 业 有 限 责 任 公 司摘 要 通 过 对 国 内 外 近 几 十 年 药 芯 焊 丝 生 产 工 艺 和 设 备 专 利 资 料 的 分 析 和 对 国 内 、 外 生 产 装 备 的 考 查 调 研 , 结合 近 十 年 来 对 药 芯 焊 丝 的 研 究 、 开 发 和 生 产 实 践 , 深 刻 认 识 到 发 展 药 芯 焊 丝 产 业 是 一 项 系 统 工 程 , 仅 就 其 纯 技 术 问 题而

2、言 又 包 括 设 备 、 工 艺 和 配 方 三 个 互 相 联 系 的 组 成 部 分 , 设 备 和 工 艺 对 于 药 芯 焊 丝 的 品 种 和 质 量 有 至 关 重 要 的 作 用 。本 文 试 图 较 系 统 地 综 述 药 芯 焊 丝 生 产 工 艺 和 设 备 的 发 展 历 史 和 现 状 , 进 而 探 讨 我 国 药 芯 焊 丝 工 艺 和 设 备 的 发 展 前 景 。关 键 词 药 芯 焊 丝 设 备 生 产 工 艺 进 展药 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 成 本 低 等 无 可

3、比 拟 的 技 术 和 经 济 性 , 受 到 国 内 外 焊接 界 的 极 大 关 注 。 自 80 年 代 以 来 药 芯 焊 丝 在 日 本 、 美 国 和 欧洲 得 到 了 很 快 地 发 展 , 尤 其 是 日 本 从 80 年 代 初 的 年 产 几 千吨 , 占 焊 材 总 量 的 1% 左 右 , 增 至 1995 年 的 年 产 8161 万 吨 , 占焊 材 总 量 的 24% 以 上 , 15 年 猛 增 了 20 多 倍 , 早 已 超 过 手 工 焊条 的 产 量 , 并 有 直 追 实 芯 焊 丝 之 势 。我 国 在 六 、 七 十 年 代 就 有 人 进 行 过

4、 药 芯 焊 丝 的 研 究 , 但 是工 作 时 断 时 续 , 始 终 未 能 形 成 气 候 。 进 入 90 年 代 , 由 于 冶 金 、造 船 、 石 化 等 行 业 对 药 芯 焊 丝 需 求 的 增 加 , 国 内 外 药 芯 焊 丝 产业 已 开 始 启 动 。 特 别 是 以 天 津 大 学 为 技 术 依 托 的 天 津 市 三 英焊 业 有 限 责 任 公 司 发 展 迅 速 , 现 已 形 成 年 产 1 500 t 以 上 的 生产 能 力 , 1996 年 获 国 家 级 新 产 品 称 号 并 相 继 通 过 中 、 德 、 挪 、英 、 日 五 国 船 级 社

5、 3YS 认 证 , 产 品 已 批 量 用 于 建 造 大 型 出 口 船舶 和 石 化 、 冶 金 、 煤 炭 、 机 械 、 电 力 等 重 点 工 程 项 目 。 在 近 三年 内 该 公 司 还 将 迅 速 达 到 年 产 7 200 t 药 芯 焊 丝 和 7 200 t 实芯 焊 丝 的 生 产 能 力 , 成 为 国 内 优 质 焊 材 的 骨 干 生 产 企 业 。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 , 早 在 1912 年 伊 萨 公 司 (ESA

6、B) 的 创 建 人 奥 斯 卡 基 尔 伯格 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

7、国 才 推 出 商 品 化 的 药 芯 焊 丝 , 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 芯 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 的 一 面 上 喷 镀 或 涂 敷 一 层 焊 剂 , 干 燥 后把 钢 带 卷 成 圆 管 , 粘 有 焊 剂 层 的 一 面 位 于

8、 管 内 。 另 一 份 美 国 专利 公 布 了 一 种 带 芯 丝 的 药 芯 焊 丝 制 造 方 法 , 芯 丝 上 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 。图 1 带 芯 丝 的 药 芯 焊 丝 制 造 工 艺 图 2 加 干 药 粉 的 药 芯 焊 丝 制 造 工 艺早 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 519

9、435 则 提 出 一 种 直 接 加 入 干 药 粉的 方 法 , 见 图 2 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 形 方 案 五 花 八 门 , 这 些 成 形 方 案 我国 在 70 年 代 也 有 人 进 行 过 尝 试 。关 于 无 缝 型 药 芯 焊 丝 早 期 有 人 也 进 行 过 尝 试 。

10、 一 份 原 东德 专 利 即 提 到 为 防 止 药 粉 吸 潮 可 将 焊 缝 焊 合 , 而 另 一 份 原 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 芯 , 然 后 把 管 子 两 端 封 闭 , 用 轧 辊 或 模 一 道 一 道 地轧 细 或 拔 细 , 直 至 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

11、 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 : 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 形 ; 从 加 入 膏 状 涂 料 过渡 到 直 接 加 药 粉 ; 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 缺 点 。80 年 代 后 小 直 径 药 芯

12、 焊 丝 的 出 现 , 解 决 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 即 已 呈63 焊 接 技 术 1997 年 第 5 期 专 题 综 述 淘 汰 之 势 , 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 单 O 形 截 面 , 基 本 上 看 不 到 复 杂 截 面 的 焊 丝 了 。早 期 药 芯 焊 丝 的 工 艺 方 案 已 为 现 代 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

13、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 多 不胜 数 , 已 申 请 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 可 分 为 冷 轧 带 钢 法 、 盘 元 法和 钢 管 拔 制 法 ; 根 据 成 形 工 艺 又 可 分 模 拔 法 、 全 连 轧 法 和 轧 拔 法 。 其 分 类 系 统 如

14、下 :药 芯 焊 丝有 缝 型冷 轧 带 钢 法连 轧 法 分 体 传 动集 中 传 动横 拔 法轧 拔 法被 动 式分 体 传 动 式集 中 传 动 式盘 元 法无 缝 型 在 线 焊 合 法钢 管 拔 制 法现 将 一 些 工 艺 和 设 备 介 绍 如 下 :211 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 上 连 续 完 成 。 其 工 艺 过 程 见 图 3。图 3 连 轧 法 工 艺 示 意 图为 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

15、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 。 瑞 士 万 莎 公 司 的 一 台 药 芯 焊 丝 连 轧 机 共 有 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 。国 内 某 厂 引 进 的 英 国 Co rew er 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 6 9 m s, 焊 丝 出 口 直 径

16、116 和 210 两 种 以 上 规 格 , 该 机 每 隔 若 干 组 轧 辊 设 置 了 一 组张 力 调 节 活 套 , 用 以 调 整 各 组 机 架 之 间 的 转 速 比 和 焊 丝 张 力 ,该 机 组 曾 是 国 内 最 先 进 的 生 产 线 。全 连 轧 法 生 产 工 艺 有 如 下 特 点 : 药 芯 焊 丝 成 形 和 减 径完 全 在 一 台 机 组 上 完 成 , 因 此 工 艺 简 捷 , 设 备 紧 凑 , 设 备 费 用相 对 较 少 , 占 地 面 积 小 。 焊 丝 越 细 , 轧 制 越 困 难 , 若 不 经 拉拔 工 艺 , 很 难 直 接 轧 至 112 mm 以 下 细 径 焊 丝 。 轧 辊 尺 寸有 限 , 生 产 效 率 不 如 轧 拔 法 工 艺 高 。 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