实心焊丝的优化设计方案

1.实心焊丝的生产

实心焊丝是热轧线材经拉拔加工而成的。产量大而合金元素含量少的碳钢或低合金钢线材，常采用转炉冶炼；产量小而合金元素含量多的线材采用电炉冶炼，分别经开坯、轧制或经连铸连轧成ϕ6.5mm（或ϕ5.5mm）的盘圆。该盘圆在焊接材料生产厂再经过拉拔、镀铜及绕丝等工序，最终制成焊丝。为了防止焊丝生锈，除不锈钢焊丝及有色金属焊丝外，焊丝都要进行表面处理。目前主要是镀铜处理，包括电镀、浸铜及化学镀等方法。我国常用的镀铜工艺主要有以下两种形式。

（1）化学镀 粗拉放线→粗拉预处理→粗拉→退火→细拉放线→细拉预处理→细拉→化学镀→精绕→包装。

（2）电镀 粗拉放线→粗拉预处理→粗拉→退火→镀铜放线→镀铜预处理→有氰电镀或无氰电镀→细拉→精绕→包装。

有些直径为ϕ5.5mm的盘圆可以不经过中间软化退火而直接精拉到成品丝尺寸，这时得到的焊丝称为“硬丝”，其挺度、送丝性能较好，不存在软硬不均的弊端。细拉后的焊丝应保证一定的强度，如果焊丝强度太低（即挺度差），送丝不畅，尤其是送丝距离较长时，容易顶弯。焊丝强度太高（即太硬），焊丝不易矫直，影响电弧的瞄准度，同时导丝嘴的磨损加快。细拉焊丝的强度控制范围见表4-12。

表4-12细拉焊丝的强度控制范围

2.碳钢和低合金钢焊丝

（1）CO₂焊接用实心焊丝CO₂是活性气体，具有氧化性，焊接时会导致合金元素大量烧损，所以CO₂焊接用实心焊丝应有足量的脱氧剂，如Si、Mn、Ti等。如果合金元素含量不足，脱氧不充分，将导致焊缝产生气孔，焊缝金属力学性能，特别是韧性明显下降。

焊接厚板或平焊、角焊时，焊接电流大，熔滴呈大颗粒滴状过渡，熔滴中的合金元素容易烧损，故焊丝中除加入Si、Mn脱氧元素外，还要加入Ti、Zr、Al等强脱氧元素，这些强脱氧元素使熔滴细化、电弧稳定、飞溅减少，焊接工艺性能变好。

我国CO₂焊应用广泛，主要焊接低碳钢及低合金钢结构，常用的焊丝是ER49-1（H08Mn2SiA）及ER50-6（AWS ER70S-6）焊丝，ER50-6焊丝中的Mn、Si含量比H08Mn2SiA稍低，焊缝金属强度稍低，韧性、塑性良好。ER49-1和ER50-6焊丝的工艺性能较好，飞溅不大，抗气孔性好。

（2）MIG／MAG焊用实心焊丝MIG焊一般采用Ar＋O₂2％（体积分数）或Ar＋CO₂5％（体积分数）为保护气体，MAG焊则采用Ar＋CO₂（20～25）％（体积分数）等为保护气体。MIG焊主要用于焊接不锈钢等高合金钢，由于Ar气较贵，低合金钢的MIG焊已逐渐被MAG焊取代。

MAG焊时，由于保护气体有一定的氧化性，使某些易氧化的合金元素烧损，故焊丝中Mn、Si等脱氧元素的含量应高于其在母材中的含量。根据等强度匹配同时兼顾韧性的原则，适当提高Ni、Cr等合金元素的含量，以满足焊缝金属力学性能的要求。焊接低合金高强度钢时，焊缝中的C含量通常低于母材，Mn含量往往明显高于母材，这不仅是为了脱氧，也是焊缝合金化的要求，这种成分设计有利于提高焊缝强度，减少塑性和韧性的降低。同时，为了改善低温韧性，焊缝中的硅含量不宜过高。(www.xing528.com)

（3）TIG焊用实心焊丝TIG焊时，手工填丝采用切成一定长度（通常约1m）的焊棒，自动填丝采用盘式焊丝。由于保护气体Ar没有氧化性，焊丝成分即为熔敷金属的成分。TIG焊热输入较小，焊缝强度和塑性、韧性优良，容易满足各种性能要求。

（4）埋弧焊用实心焊丝 低碳钢和低合金钢埋弧焊用焊丝设计为低锰焊丝（如H08A）、中锰焊丝（如H08MnA、H10MnSi）和高锰焊丝（如H10Mn2、H08Mn2Si）三类。

高强度钢焊丝设计含Mn1％（质量分数）以上，含Mo0.3％～0.8％（质量分数），如H08MnMoA、H08Mn2MoA，用于强度较高的低合金高强度钢焊接。此外，根据高强度钢的成分及使用性能要求，还可在焊丝中加入Ni、Cr、V及Re等元素，以提高焊缝性能。590MPa级的焊缝金属多采用Mn-Mo系焊丝，如H08MnMoA、H08Mn2MoA、H10Mn2Mo等；690～780MPa级的焊缝多采用Mn-Cr-Mo系、Mn-Ni-Mo系或Mn-Ni-Cr-Mo系焊丝；当对焊缝韧性要求较高时，可采用含Ni的焊丝，如H08CrNi2MoA等。

（5）自保护焊用实心焊丝 自保护焊用实心焊丝是通过焊丝中的合金元素在焊接过程中进行脱氧、脱氮，以保证焊缝金属无缺欠且力学性能满足要求。因此，除提高焊丝中的C、Si、Mn等常用元素的含量外，还需要加入强脱氧元素，如Ti、Zr、Al、Ce等。

3.不锈钢实心焊丝

不锈钢实心焊丝既可用于惰性气体保护焊（TIG、MIG焊），也可用于埋弧焊。

不锈钢实心焊丝的TIG焊，广泛用于薄板焊接或打底焊的单面焊双面成形，基本无飞溅，焊道成形美观。

不锈钢实心焊丝的MIG焊，既可以实现高效化，又容易实现自动化，广泛用于堆焊及薄板焊接领域。MIG焊接用的实心焊丝成分与TIG焊用的一样，但对某些不锈钢，还有一种Si含量较高的MIG焊丝，如与ER308、ER309焊丝对应的ER308Si、ER309Si等，由于Si的质量分数高达0.8％左右，降低了熔滴金属的表面张力，熔滴颗粒变细，可实现喷射过渡，电弧稳定。同时还能改善液态金属的润湿性，使焊道波纹美观，不易产生未焊透、夹渣、气孔等缺欠。另外，熔渣的熔点低、渣量少，焊接层数在三层以内可免清渣连续焊接。

埋弧焊用不锈钢实心焊丝，其化学成分与气体保护焊用不锈钢焊丝一样，但应配用无锰中硅中氟或无锰低硅高氟型熔炼焊剂或者碱性烧结焊剂。

为了满足石油、化工、原子能等工业不断发展的需求，随着先进冶炼设备的应用和技术进步，冶金产品的性能有了显著提高，国外开发出了许多不锈钢实心焊丝新品种。为了进一步提高耐蚀性，在原来“超低碳”（w_C≤0.030％）的基础上，开发了“极低碳”（w_C≤0.020％及w_C≤0.010％）不锈钢焊丝，如TG308L2、TG316L1等。还开发了严格控制焊缝金属中杂质及铁素体含量的不锈钢焊丝，以满足低温工程及原子能工业的需要，如TG308N等。

不锈钢焊接时背面氧化一直是焊接工艺上难以解决的一个问题，多采用背面充氩气保护的工艺措施。但是，当容器较大、管道较长或背面无储气空间时，会浪费大量氩气，还会出现保护不良的情况。为了解决这一工艺难题，日本开发制造了TGF系列背面自保护不锈钢焊丝，焊丝牌号为TGF308L、TGH347等。这是一类带特殊涂层的焊丝，焊接时，保护涂层会渗透到熔池背面，形成一层致密的保护层，使焊道背面不受氧化，冷却后这层渣壳会自动脱落，用压缩空气或水冲的方式极易清除。这种焊丝的使用方法与普通TIG焊丝相同，涂层不影响正面的电弧和熔池形态。