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1、金属焊接材料金属焊接材料焊接材料知识交流焊接材料知识交流高级焊工：赵建勋高级焊工：赵建勋 西安科技大学机械设计制造及其自动化专业 2009.9.29第1页，共30页。序言序言 随着改革开放的深入发展，在国民经济建设高速发展的同时，我国焊接材料行业也取得了长足的进步。2007年的焊材产量为350万吨左右，成为世界上第1焊材生产大国。在产量增加的同时，其产品结构的比例也发生了显著的变化。焊条所占比例由1996年的87%下降到2006年的57%，CO2气体保护实芯焊丝和药芯焊丝的比例上升到29%。焊接作为重要的基础加工工艺，在石油化工、重型机械、桥梁建筑、船舶车辆及航天航空等行业得到了广泛的应用。焊
2、接材料的生产规模不断扩大，产品种类不断增加，特别是CO2气体保护焊实芯焊丝和药芯焊丝发展更为迅速。目前，我国已成为世界第一焊接材料生产和消费大国。第2页，共30页。第一章第一章 焊接材料和钢铁材料的发展与展望焊接材料和钢铁材料的发展与展望 第一节第一节 焊接材料的发展与展望焊接材料的发展与展望 1、电弧焊用电焊条、电弧焊用电焊条 2、CO2气体保护焊用实芯焊丝气体保护焊用实芯焊丝 3、药芯焊丝、药芯焊丝 第二节第二节 钢铁材料和冶金技术的发展钢铁材料和冶金技术的发展 1、钢铁材料的产量和消费量钢铁材料的产量和消费量 2、钢铁冶金技术的发展钢铁冶金技术的发展 第3页，共30页。第一节 焊接材料的
3、发展与展望 焊接材料包括手工电弧焊用电焊条，CO2气体保护焊用实芯焊丝及药芯焊丝，埋弧焊用焊丝及焊剂，还有氩弧焊用的焊丝，钎焊用的钎料和钎剂，保护气体等。总之，在焊接过程中所消耗的材料统称为焊接材料。中国焊接材料的发展，中华人民共和国成立起到现在经历了三个阶段。第一阶段：从中华人民共和国成立初期至1965年，这个阶段主要是手工电弧焊焊条的白手起家发展阶段。第二阶段：从19661990年，这个阶段主要是手工电弧焊焊条迅速发展和完善的阶段。第4页，共30页。船用焊条取得了中国CCS,英国LR，美国ABS，挪威DNV，及日本NK等国际上著名船级社的认可。碳钢焊条，低合金钢焊条及不锈钢焊条标准自198
4、5年起已等效采用相应的美国标准（ANSI/AWS A5.1,A5.4,A5.5）等。这些都促使产品质量检测手段及企业质量保证体系日臻完善，有力地促进了焊条内在质量的提高。第三阶段：1990年至今，这个阶段主要是调整产品结构，开发优质高效焊接材料阶段。多年来，电焊条产品统一天下。在20世纪80年代前，基本上都是手工电弧焊和埋弧焊。进入20世纪80年代后，为了适应焊接向“优质，高效，低成本”方向发展的趋势，开始发展CO2气体保护焊实芯焊丝。短短几年，从国外引进了几十条焊丝镀铜生产线，开展了现代化的焊丝生产。进入20世纪90年代后，一些企业又开发出了CO2气体保护焊药芯焊丝产品。第5页，共30页。经
5、过几十年的努力，CO2气体保护焊实芯焊丝已形成了年产80万吨的生产规模，正在向良性方向发展。药芯焊丝发展更快，短短几年达到了年产量10多万吨的水平，取得了令人瞩目的成就。至此，中国焊接材料门类齐全，产品结构有了明显的改变，质量水平有了较大的提高，成为全球第一焊接大国，在全世界焊材生产领域占据了重要位置。天津的金桥焊材集团有限公司，大桥焊材集团有限公司及四川大西洋焊接材料股份有限公司的生产规模居世界前三位。近年来，我国焊接材料产量见表1-1。第6页，共30页。表表1-1 近两年我国焊材产量近两年我国焊材产量 从表1-1 可以看出，我国焊接材料在增加产量的同时，其产品结构也发生了显著的变化。电焊条
6、所占的比例下降到57%，CO2气体保护焊实芯焊丝上升到了25%，药芯焊丝达到4%。根据目前焊丝生产企业的产能情况以及市场需求，CO2气体保护焊实芯焊丝和药芯焊丝所占的比例还会以较大幅度上升，电焊条所占的比例会进一步下降。第7页，共30页。1、电弧焊用电焊条、电弧焊用电焊条 焊接，焊接材料的出现，距今已有100多年的历史了。1889年，有人提出在光焊丝上刷涂一层黏土或石灰，焊接效果可能会更好，这也是我们目前还广泛应用的药皮焊条的雏形。今后，在研发高效率，高性能，高操作性焊接材料的同时，还要重视高环保性焊接材料的研究，包括非镀铜实芯焊丝，底尘药芯焊丝等。2、CO2气体保护焊用实芯焊丝气体保护焊用实
7、芯焊丝 1904年，瑞典ESAB公司建立焊条厂后，在大力发展手工电弧焊焊条的同时，气体保护焊工艺在1920年也已经开始采用。也有的资料介绍1926年，美国的Alexandre发明CO2气体保护焊原理。通过对手工电弧焊时焊条药皮分解，产生的气体的分析第8页，共30页。研究表明，焊条药皮产生的气体主要是CO2，因此，人们考虑在使用熔化极气体保护焊工艺焊接低碳钢时，采用CO2气体作为保护气体。此时，所用的焊丝为含Mn,Si等脱氧元素高的实芯焊丝。中国在20世纪50年代末，开始研究CO2气体保护焊工艺，20世纪70年代在电站锅炉及压力容器行业得到应用。随着改革开放的深入，一些大型企业引进国外先进技术，
8、或者合资生产的产品要求采用气体保护焊。所以，许多企业在引进技术和合资生产的同时，购进大批的生产设备和盘状层绕的镀铜焊丝，推动了CO2气体保护焊接的应用。最近10年是我国CO2气体保护焊实芯焊丝发展的高峰期，随着国民经济建设的迅速发展，全社会消费钢材逐年增加，焊丝市场不断扩大，焊丝生产企业急剧增加，1996年初步统计为150家。第9页，共30页。目前，全国的焊丝生产厂家有300家左右，从1983年天津焊丝厂从德国引进设备到现在，全国已从德国，瑞典，加拿大，日本，瑞士，意大利及中国台湾地区引进各种焊丝生产设备50多套，总投资达5千多万美元，国产和自行研制的设备400余套，焊丝行业已达到一定的规模。
9、由于近10年来国内CO2气体保护焊丝发展迅速，一些科研院所加大了对CO2气体保护焊丝镀铜设备的开发力度，取得了较好的成效。现在基本上不再进口，已经完全立足于国内。CO2气体保护焊实芯焊丝产品通过10几年来的生产实践，其质量有了可喜的进步。初期阶段存在的镀铜结合不牢，放置一段时间易生锈，送丝稳定性差等问题已经有了很大的改善，大部分企业在关键技术方面都取得了突破性进展。近20年来，CO2气体保护焊实芯焊丝的产量汇总于表1-2 。第10页，共30页。表表1-2 近近20年来年来CO2气体保护焊实芯焊丝产量变化情况气体保护焊实芯焊丝产量变化情况 万吨万吨 从表1-2 可以看出，1986年产量为0.5万
10、吨，2006年产量达到80万吨，20年间产量增加了近160倍。CO2气体保护焊实芯焊丝得到了大量应用的主要原因有以下几方面。第11页，共30页。（1）焊丝生产企业经过20多年的生产实践，掌握了焊丝生产的工艺要求，形成了一套完善的生产工艺规程和质量保证体系，质量水平能够满足使用要求。（2）过去焊丝品种少，限制了焊丝的推广使用。近年来，焊丝生产受到包括宝钢集团公司等大、中型钢铁企业的重视。除了提供常规的盘条外，根据焊丝生产企业的需求，开发了耐候刚，耐热钢，高强度钢等产品，使得焊丝的品种不断增多，进一步扩大了应用范围。（3）CO2气体保护焊实芯焊丝的售价相对便宜。药芯焊丝的售价在1万元左右，而普通实
11、芯焊丝只有0.6万元左右，比相同用途的焊条也高不了多少。所以，CO2气体保护焊实芯焊丝除了具有焊接效率高，焊缝质量好以外，还具有明显的价格优势。（4）我国焊接生产历来是以电焊条为主，当焊丝生产进入成熟阶段后，很容易被市场接受，大范围的来取代电焊条。电焊条在焊接材料总量中，所占的比例由原来的80%降到目前的 57%，主要是焊丝使用量增加所致。第12页，共30页。3、药芯焊丝、药芯焊丝 在现有的焊接材料中，药芯焊丝是技术含量最高的产品，也有人称是焊接材料的第4代产品。1920年，堆焊药芯焊丝问世，并被用于实际生产中，同年美国发表了第一个涉及药芯焊丝的制造专利。20世纪50年代中期，实芯焊丝CO2气
12、体保护焊的应用重新引起了人们对药芯焊丝的重视。实芯焊丝CO2气体保护焊的最大缺点是电流在300A以上时，熔敷速度很高，飞溅较大，焊缝表面质量比有熔渣的差，而且气体保护的变化会增大焊缝金属的气孔倾向。为了克服上述缺点，人们重新考虑在焊丝中加入药芯的办法，把CO2气体保护系统结合到药芯焊丝的开发应用上，提供一种可以克服上述许多缺陷的新的焊接工艺。这种新的焊接工艺于1954年5月由美国焊接学会正式向公众介绍，直到1957年，经过改进的焊丝和设备才以目前的形式出现，欧洲和美国出现了商品化的直径为3.2mm的气体保护药芯焊丝。第13页，共30页。药芯焊丝电弧焊的另一个重要进展，是1958年美国和苏联同时
13、研制成一种不需要外加气体保护的药芯焊丝，即目前的自保护药芯焊丝。在药芯焊丝的发展中，另一个重要的飞跃是全位置焊药芯焊丝的开发，随着制造技术的进步，焊丝的直径不断减小，气体保护焊药芯焊丝的直径由3.2mm和2.4mm减小到1.6mm和1.2mm，基本上获得了全位置焊接的功能。自保护药芯焊丝通过减小焊丝直径至2.0mm和调整药皮组成物，也成功获得了全位置焊接的能力。由于药芯焊丝实现了全位置焊接，加上其具有熔敷速度高，运丝速度快，力学性能好及成分调整灵活等优点，显著地增大了药芯焊丝的应用范围。在某些工业化国家，药芯焊丝产量的增长速度已超过了实芯焊丝。中国药芯焊丝的兴起实际始于20世纪90年代初。在2
14、0世纪70年代末，中国船舶产品打入国际市场，为了满足国际市场要求，提高焊接效率和提高焊接质量成为了突出问题。为此，1982年，中国船舶重工集团公司提出推广应用高效焊接技术的方案，1983年，又提出“大力推广应用高效焊接技术，提高生产率”的方针。第14页，共30页。从采用重力焊，高效铁粉焊条，CO2气体保护焊实芯焊丝到药芯焊丝，使整个船舶制造行业的焊接自动化水平不断提高，从而缩短了船舶的制造周期，降低了焊接生产成本，船舶制造行业成为使用药芯焊丝的大户。到2000年，我国经过了漫长的探索，掌握了药芯焊丝生产规律，积累了生产经验，药芯焊丝生产步入正轨。目前，除了本土的药芯焊丝生产企业外，国外的一些著
15、名焊材企业，如日本的神钢（KOBELCO）,韩国的现代（Hynndai）及高丽，瑞典的伊萨（ESAB），美国的林肯（Lincoln），德国的伯乐-蒂森（Bohler-Thyssen）及美国的赫伯特（Hobart）等均在我国建立和收购生产企业，生产规模都很大。这些外商的进入，加剧了市场的竞争程度，但也带来了先进的技术，科学的管理，促进了企业的技术进步。现在，药芯焊丝生产企业将近30家，年生产能力将近20万吨。从19962006年药芯焊丝的产量情况汇总表1-3。第15页，共30页。表表1-3 1996-2006年药芯焊丝产量情况年药芯焊丝产量情况 根据上面的回顾，我国药芯焊丝的发展可以分为以下三个
16、阶段：第一阶段：从20世纪60年代初期至80年代中期，是对药芯焊丝产品及生产设备初步研究、学习阶段。限于当时国内的技术水平和物质条件的制约，虽然做了一些起步工作，但并没有给后来者留下什么可供借鉴的经验。第16页，共30页。第二阶段：从20世纪80年代末期至90年代末期，是重新启动和创业阶段。由于市场的驱动，药芯焊丝真正受到重视，学习技术，引进设备，在无序竞争中，人们积累了经验和教训，教训也是宝贵财富，并且初步形成了数千吨的小规模生产能力。第三阶段：从2000年至今，焊材行业经过不懈的努力，自主研发，不断创新，终于走进药芯焊丝生产的自由王国，可以看成是发展阶段。总之，改革开放政策的实施，推动了我国经济的持续发展，也带动了我国焊材行业的发展。当然，就数量而言，焊材产量占世界总产量约1/3以上，每年有20万吨焊材出口，我国已成为一个焊材生产大国，但还不是一个生产强国。许多焊材与国外著名企业的产品相比还有较大的差距，一些质量要求高的高端焊材还需依赖进口。大多数企业疲于应付压价竞争，从资金，人员方面对产品开发的投入都不足，基础研究及创新能力不强。第17页，共30页。近来，面对加入世界贸易组织（W
