日本电弧焊接材料的现状和展望
2005-10-21 00:00 来源： 我的钢铁
1、市场动向
日本国内市场的焊接材料通常按品种的不同而分为以下各大类：涂药焊条、药芯焊丝、埋弧焊剂及焊丝、实芯焊丝和其它。总体需求量从上个世纪90年代中前期的每年约40万t的峰值降至近几年每年约30万t的水平。至于品种构成则各有消长：代替涂药（即包覆）电焊条的MAG的实芯和药芯丝（以下简称FCW）的量增加了，特别是后者在持续增加；2003年的品种构成比例为MAG用实芯及药芯焊丝分别47%和26%、涂药电焊条15%、埋弧焊（下称SAW）丝11%、其它1%。MAG焊丝量的增多与焊接的自动化、自动装置化的进展是对应的；另外，以实芯焊丝主体的进口比率约为整个需求量的15%，最近还稍有增加。
2、开发动向
日本的焊接材料在焊接高效化、焊接部位高性能化和焊接环境的改善等方面都取得了进步，现分别概要介绍如下。
2.1 高效化焊接材料
电弧焊接的半自动化、自动化和自动（即遥控）装置化正在各个产业推进，从而成为促进高效化的强有力手段。为了取得更大的成效，一直在进行与实芯和药芯焊丝高效性有关的改良和开发；还对SAW焊接材料--如造船钢板接合焊接的高速FCB单面SAW焊材、UOE和螺旋钢管等油气管线用多极高速SAW焊材等的高效性进行了多方面研究。以下重点介绍MAG用焊丝的开发情况。
2.1.1 不镀铜高性能实芯焊丝
在钢架、汽车和产业机械等使用实芯焊丝的领域，为了确保焊接高效性和焊接质量，焊丝的送给性十分重要。因此，最近从确保良好的送给性为目标，开发了碳素钢焊接用的不镀铜SE系列实芯焊丝。此产品送给性优良，加之兼具良好的电弧稳定性和低的飞溅性，可以促进焊接的高效性。
并且，因开发产品不镀铜而减少了输送导管内的金属屑对送给性和电极头通电的干扰。结果，使焊接用电极头的更换频率下降至原来的1/5，大幅度提高了自动焊接装置的作业率；新开发SEV-50焊丝在神户制钢的实用效果良好。
2.1.2 适用于大热量和高焊道间温度的实芯焊丝
对建筑钢架必须进行更严格的焊接施工管理。在日本建筑学会的钢架工程技术指导方针中，为确保焊接质量，一直规定有焊接输入热量的管理目标--热量<40kJ/cm、焊道间温度<350℃。
为了满足上述要求，在日本工业标准中追加540MPa级碳素钢焊丝分类（JISZ3312YGW18），同时进行了即使在温度管理范围的上限也能获得具有充分强度和韧性的焊接金属新焊丝--碳素钢用大热量输入·高焊道间温度实芯焊丝MG-55。较之原有的实芯焊丝JISZ3312YGW11，MG-55的特点是即使是在大热量和高焊道间温度下，也能获得力学性能更优良的焊接金属。如在输入热量25-55kJ/cm、焊道间温度350℃的CO2气保护电弧焊中，较之原YGW11焊丝，使用MG-55焊丝的焊接金属0℃冲击吸收能原达114-157J、抗拉强度达500-550MPa，分别比原焊丝高出90%和5%。使用新焊丝还能减少限制热量输入的麻烦，并提出施工质量及效率。
2.1.3 不锈钢薄板用FCW
在化工、食品机械领域，多需在低电流范围焊接厚3mm左右的不锈钢薄板。然而原有Ф1.2mmFCV的电弧不稳定，易飞溅并恶化焊缝形状。为此，开发了使焊剂成分最佳化的Ф1.2mmDW-T系列不锈钢薄板用FCW。其实用结果表明，即使在100-150A的低电流下也能获得稳定电弧，且降低了焊接更换频率，促进了焊接的高效化。
2.2 焊接材料的高性能化
对应用于低、高合金钢等结构物的焊材的高性能化、高级化要求越来越多。相关的研究和开发也不断取得进展。
2.2.1 海洋结构物用焊材
在超低温海域的海洋结构物，采用A1镇静钢制作的LPG罐及贮槽等，其Ti-B系成Ni-Ti-B系的多种低温用钢焊接材料已经实用化了。
最近迫切要求开发出与寒冷地区（如沙哈林大陆架）油、气资源开发的海上开发设施相适应的焊材，对低温韧性要求极严而需有较宽（320-690MPa）的屈服强度范围。
2.2.2 950MPa级高强度钢用焊材
为了将代表性大型结构物之一的高压水管减重并减少焊接工时，早就进行了材料和结构的高强度化，如用950MPa级高强度钢。而且，为了防止已配套开发的涂药焊条、SAW焊材、MGA及TIG焊丝使用后焊接部位的脆性断裂，分别对焊剂中的脱氧性原料和保护性气体组成进行了选择优化，从而实现了焊接部位的超低氧化和高韧性化。
2.2.3 高Cr铁素体系耐热钢用焊材
为了减少CO2排放，一直在推进火力发电厂锅炉蒸汽的高温高压化，以提高发电效率。为此，除使用改进型9Cr-1Mo耐热钢外，正在开发高温强度更优的高Cr-W系钢材，以及配套的12Cr铁素体系耐热钢用焊材TIG焊丝TGS-12CRS、SAW焊材US-12CRS/PF-200S等。这些焊材因增高Cr含量而提高了耐氧化性，同时加入W和Nb、V分别进行了固溶和沉淀强化，从而显著提高了材料的蠕变断裂强度，为改善锅炉操作条件而提高蒸汽温度至650℃，压力至350气压创造条件。
2.3 改善环境的措施
不仅要改善焊接作业环境，还应对保护地球环境做出贡献。
为了改善“3K”（即高温、粉尘和重体力）的恶劣劳动环境，抑制焊接烟尘和喷溅（即飞溅）的发生十分重要。为了满足市场需求，已经成功开发了能大幅度减少飞溅和焊接烟尘发生量的低碳钢Z系列FCW并实用化。实用结果表明，新开发FCW的烟尘和飞溅发生量都比原来的FCW减少了大约40%，有效改善了操作环境。这样的效果是由于焊丝的低C化和向焊剂中加入碱金属所致。另外，还进行了多个品种（含不锈钢）的环保型低污染FCW的开发和实用，也显著改善了作业环境。
3 今后展望
高效化、高性能化的改善环境的焊接材料开发将继续取得大的进展，如就MAG焊丝而言，为了实现焊接高效化，正在进行的提高熔敷化、耐气孔性和低飞溅化的研究开发是重要课题；同时，应用于多极化焊接工艺的焊材开发也受到重视。如为了满足造船、桥梁等涂漆钢板填角焊接高速化，以及造船外板主向焊接的要求，正在加强对双电极CO2气体保护焊接材料的开发。并且，将继续把焊接自动装置及与之配套的焊材组合成高效焊接工艺。
关于高性能化，在已成功进行了与低、高合金钢等材料的高强韧化相适的焊材开发基础上，与低温用钢、高强度钢、耐热钢、不锈钢等新高性能钢材的焊材开发将不断取得进步；而且，针对国际上正在进行的超级钢研究，进行与之配套的焊接材料开发也是必要的。
今后的焊接材料开发目标应是提高焊接质量，提高焊接效率并降低焊接成本；同时，应从改善焊接的“3K”状况入手，切实改善焊接作业环境，进而为改善地球环境做出贡献。
日本国内市场的焊接材料通常按品种的不同而分为以下各大类：涂药焊条、药芯焊丝、埋弧焊剂及焊丝、实芯焊丝和其它。总体需求量从上个世纪90年代中前期的每年约40万t的峰值降至近几年每年约30万t的水平。至于品种构成则各有消长：代替涂药（即包覆）电焊条的MAG的实芯和药芯丝（以下简称FCW）的量增加了，特别是后者在持续增加；2003年的品种构成比例为MAG用实芯及药芯焊丝分别47%和26%、涂药电焊条15%、埋弧焊（下称SAW）丝11%、其它1%。MAG焊丝量的增多与焊接的自动化、自动装置化的进展是对应的；另外，以实芯焊丝主体的进口比率约为整个需求量的15%，最近还稍有增加。
2、开发动向
日本的焊接材料在焊接高效化、焊接部位高性能化和焊接环境的改善等方面都取得了进步，现分别概要介绍如下。
2.1 高效化焊接材料
电弧焊接的半自动化、自动化和自动（即遥控）装置化正在各个产业推进，从而成为促进高效化的强有力手段。为了取得更大的成效，一直在进行与实芯和药芯焊丝高效性有关的改良和开发；还对SAW焊接材料--如造船钢板接合焊接的高速FCB单面SAW焊材、UOE和螺旋钢管等油气管线用多极高速SAW焊材等的高效性进行了多方面研究。以下重点介绍MAG用焊丝的开发情况。
2.1.1 不镀铜高性能实芯焊丝
在钢架、汽车和产业机械等使用实芯焊丝的领域，为了确保焊接高效性和焊接质量，焊丝的送给性十分重要。因此，最近从确保良好的送给性为目标，开发了碳素钢焊接用的不镀铜SE系列实芯焊丝。此产品送给性优良，加之兼具良好的电弧稳定性和低的飞溅性，可以促进焊接的高效性。
并且，因开发产品不镀铜而减少了输送导管内的金属屑对送给性和电极头通电的干扰。结果，使焊接用电极头的更换频率下降至原来的1/5，大幅度提高了自动焊接装置的作业率；新开发SEV-50焊丝在神户制钢的实用效果良好。
2.1.2 适用于大热量和高焊道间温度的实芯焊丝
对建筑钢架必须进行更严格的焊接施工管理。在日本建筑学会的钢架工程技术指导方针中，为确保焊接质量，一直规定有焊接输入热量的管理目标--热量<40kJ/cm、焊道间温度<350℃。
为了满足上述要求，在日本工业标准中追加540MPa级碳素钢焊丝分类（JISZ3312YGW18），同时进行了即使在温度管理范围的上限也能获得具有充分强度和韧性的焊接金属新焊丝--碳素钢用大热量输入·高焊道间温度实芯焊丝MG-55。较之原有的实芯焊丝JISZ3312YGW11，MG-55的特点是即使是在大热量和高焊道间温度下，也能获得力学性能更优良的焊接金属。如在输入热量25-55kJ/cm、焊道间温度350℃的CO2气保护电弧焊中，较之原YGW11焊丝，使用MG-55焊丝的焊接金属0℃冲击吸收能原达114-157J、抗拉强度达500-550MPa，分别比原焊丝高出90%和5%。使用新焊丝还能减少限制热量输入的麻烦，并提出施工质量及效率。
2.1.3 不锈钢薄板用FCW
在化工、食品机械领域，多需在低电流范围焊接厚3mm左右的不锈钢薄板。然而原有Ф1.2mmFCV的电弧不稳定，易飞溅并恶化焊缝形状。为此，开发了使焊剂成分最佳化的Ф1.2mmDW-T系列不锈钢薄板用FCW。其实用结果表明，即使在100-150A的低电流下也能获得稳定电弧，且降低了焊接更换频率，促进了焊接的高效化。
2.2 焊接材料的高性能化
对应用于低、高合金钢等结构物的焊材的高性能化、高级化要求越来越多。相关的研究和开发也不断取得进展。
2.2.1 海洋结构物用焊材
在超低温海域的海洋结构物，采用A1镇静钢制作的LPG罐及贮槽等，其Ti-B系成Ni-Ti-B系的多种低温用钢焊接材料已经实用化了。
最近迫切要求开发出与寒冷地区（如沙哈林大陆架）油、气资源开发的海上开发设施相适应的焊材，对低温韧性要求极严而需有较宽（320-690MPa）的屈服强度范围。
2.2.2 950MPa级高强度钢用焊材
为了将代表性大型结构物之一的高压水管减重并减少焊接工时，早就进行了材料和结构的高强度化，如用950MPa级高强度钢。而且，为了防止已配套开发的涂药焊条、SAW焊材、MGA及TIG焊丝使用后焊接部位的脆性断裂，分别对焊剂中的脱氧性原料和保护性气体组成进行了选择优化，从而实现了焊接部位的超低氧化和高韧性化。
2.2.3 高Cr铁素体系耐热钢用焊材
为了减少CO2排放，一直在推进火力发电厂锅炉蒸汽的高温高压化，以提高发电效率。为此，除使用改进型9Cr-1Mo耐热钢外，正在开发高温强度更优的高Cr-W系钢材，以及配套的12Cr铁素体系耐热钢用焊材TIG焊丝TGS-12CRS、SAW焊材US-12CRS/PF-200S等。这些焊材因增高Cr含量而提高了耐氧化性，同时加入W和Nb、V分别进行了固溶和沉淀强化，从而显著提高了材料的蠕变断裂强度，为改善锅炉操作条件而提高蒸汽温度至650℃，压力至350气压创造条件。
2.3 改善环境的措施
不仅要改善焊接作业环境，还应对保护地球环境做出贡献。
为了改善“3K”（即高温、粉尘和重体力）的恶劣劳动环境，抑制焊接烟尘和喷溅（即飞溅）的发生十分重要。为了满足市场需求，已经成功开发了能大幅度减少飞溅和焊接烟尘发生量的低碳钢Z系列FCW并实用化。实用结果表明，新开发FCW的烟尘和飞溅发生量都比原来的FCW减少了大约40%，有效改善了操作环境。这样的效果是由于焊丝的低C化和向焊剂中加入碱金属所致。另外，还进行了多个品种（含不锈钢）的环保型低污染FCW的开发和实用，也显著改善了作业环境。
3 今后展望
高效化、高性能化的改善环境的焊接材料开发将继续取得大的进展，如就MAG焊丝而言，为了实现焊接高效化，正在进行的提高熔敷化、耐气孔性和低飞溅化的研究开发是重要课题；同时，应用于多极化焊接工艺的焊材开发也受到重视。如为了满足造船、桥梁等涂漆钢板填角焊接高速化，以及造船外板主向焊接的要求，正在加强对双电极CO2气体保护焊接材料的开发。并且，将继续把焊接自动装置及与之配套的焊材组合成高效焊接工艺。
关于高性能化，在已成功进行了与低、高合金钢等材料的高强韧化相适的焊材开发基础上，与低温用钢、高强度钢、耐热钢、不锈钢等新高性能钢材的焊材开发将不断取得进步；而且，针对国际上正在进行的超级钢研究，进行与之配套的焊接材料开发也是必要的。
今后的焊接材料开发目标应是提高焊接质量，提高焊接效率并降低焊接成本；同时，应从改善焊接的“3K”状况入手，切实改善焊接作业环境，进而为改善地球环境做出贡献。
