聲明：本文轉載自日本新日鐵網頁相關內容資料，原文為日文，我們在此翻譯成中文，分享給大家！
近些年、由于首都圏的再度開發、奧林匹克相關設施的建造、酒店、交通配套設施的逐年增多等等、各種大型建筑物的需求也有逐年增加的傾向。 這種情況下，建筑類鋼鐵結構在工程施工中有35％是焊接工程，而且，此項工程中人員緊缺，因此，焊接專業技能人員的欠缺越來越成為了一個非常嚴峻的趨勢。
搭建建筑鋼鐵構架時，搭建梁、柱等，焊接常用的方法是氣體保護電弧焊,該焊接方法更容易使柱、梁、V形坡口等結構與焊接母材完全熔合，從而使接頭達到良好的強度和韌性。應用于上述工況條件下的焊接材料，同時，滿足熔渣量少、多層焊接性優、焊縫熔合性好的高品質焊接材料中，YGW11、YGW18系列焊絲（實芯焊絲）已成為主流。
但是，實心焊絲采用二氧化碳氣體保護電弧焊時，焊接電流如果太大，容易產生大顆粒飛濺，如圖1， 焊接飛濺附著在焊縫表面及坡口內，焊縫表面不美觀且會造成焊接不良、導致超聲波探傷實驗及涂裝受影響。清除附著飛濺的作業時間將約占焊接全部作業時間22％，這也是造成生產量低下的主要原因。其次，適用于實芯焊絲的電弧電壓范圍很小，對焊絲干伸長的變化有很大的影響。為了防止出現以上現象的焊接缺陷，對焊接技能人員的焊接技術水平有很高的要求。
另一方面，一直以來，藥芯焊絲飛濺少、焊接性能好，但在鋼鐵結構領域使用時，有可能會發生焊接熔深淺、熔合不良現象。此外，與實芯焊絲相比較，藥芯焊絲熔渣量較多、在多層焊接時極易引起夾渣，造成擴散性氫含量增多，導致延遲裂紋發生。
本公司為了解決上述鋼鐵結構應用中的焊接問題，焊絲中的藥粉填充量比傳統藥芯焊絲少（以下叫做低填充），增加了金屬粉末，為了確保與實芯焊絲有同樣的熔深，于是有了二氧化碳氣體保護電弧焊接專用低填充金屬粉芯型藥芯焊絲，焊絲在銷售、客戶使用中獲得了非常高的評價。表1 表示適用于鋼結構用的低填充率焊絲。
表1 表示適用于鋼結構用的低填充率焊絲
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品名 |
JIS |
用途 |
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SX-26 |
JIS Z 3313 T49J0T15-0CA-UH5 |
軟鋼及490MPa級高高強鋼用，CO2氣體保護焊接 |
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SX-55 |
JIS Z 3313 T550T15-0CA-UH5 |
軟鋼及490～550MPa級高強鋼用，CO2氣體保護焊接， |
圖1、實心焊絲焊接飛濺情況圖
由于近年來焊接工程的高效率化，有望在490MPa級鋼板大熱輸入、高層間溫度條件下實現機器人焊接， 隨著建筑物的高層化，520～550MPa級鋼板也被廣泛使用。接下來介紹無縫藥芯焊絲在軟鋼以及490～550MPa級高強度鋼在鋼鐵構架中應用的特點和各種性能、自動化的研究。
圖2 表示的是低填充金屬粉芯型焊絲的各種結構構成。
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圖2 各種焊絲的斷面形狀 |
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實芯焊絲是一種穩定的、高品質的焊接材料，而且焊絲表面鍍銅，使其具有良好的防銹性、導電性、送絲性。通常，藥芯焊絲內部含助溶劑（藥粉）成分、是全位置焊接用焊絲。由于低填充金屬粉芯型藥芯焊絲由鐵粉、合金成份等構成，不含熔渣成分，通過減少粉芯內部藥粉的填充量，能與實芯焊絲有同樣的熔深。另外，本公司的無縫藥芯焊絲能鍍銅， 防銹性、導電性、耐斷裂性更好。
根據SX-55低填充金屬粉芯型無縫藥芯焊絲生產技術，能實現與實芯焊絲同樣深度的熔合和良好的多層焊接性，獲得低含氫量的焊縫金屬及優質的耐斷裂性。即該藥芯焊絲的特點：有效減少熔渣、飛濺，提高電弧的柔和性，從而減輕焊接作業人員的疲勞感。表2 表示的是SX-55的焊接指導參數。
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表2 SX-55 焊接指導參數 |
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銘柄 |
焊絲徑 |
推薦焊接電流范圍?。ˋ） |
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下向姿勢 |
水平角焊姿勢 |
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SX-55 |
1.2 |
200 ～ 360 |
200 ～ 320 |
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1.4 |
220 ～ 450 |
220 ～ 400 |
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接下來介紹依據JIS Z 3111焊縫金屬的拉伸及沖擊試驗方法做的評定試驗。 表3表示焊接條件，表4 表示性能指標。
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表3 焊接條件 |
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表4 性能指標 |
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焊絲直徑 |
拉伸試驗 |
沖擊試驗 |
拡散氫含量 |
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屈服強度 |
拉伸強度 |
伸長率 |
吸収能量 |
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1.2 |
570 |
639 |
25 |
121 |
0.7 |
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1.4 |
489 |
620 |
28 |
122 |
1.0 |
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JIS Z 3313 T550T15-0CA-UH5 |
≧460 |
550 ～ 740 |
≧17 |
≧47 |
≦5 |
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〈參考SW〉 JIS Z 3312 YGW18 |
≧460 |
550 ～ 740 |
≧17 |
≧70 |
─ |
SX-55能獲得像550MPa級的實芯焊絲同樣的焊接金屬性能。
建筑鋼鐵構架領域的焊材、JASS 6（（一社）日本建築學會）要求在（熱輸入30, 40kJ/cm、對應層間溫度250, 350℃以下）焊接條件下做評定。表5 表示焊接條件、 表6表示焊縫金屬性能。
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表5 焊接條件（焊絲直徑1.4mm） |
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表6 焊接金屬性能（焊絲直徑1.4mm） |
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入熱path間溫度 |
焊縫金屬拉伸試驗 |
板拉試驗 |
沖擊試驗 |
超音波探傷試驗 |
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屈服強度 |
拉伸強度 |
拉伸強度 |
斷裂位置 |
吸収能力 |
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40kJ/cm-350℃ |
407 |
530 |
544 |
母材 |
106 |
合格 |
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SN490 規格值 |
325 ～ 445 |
490 ～ 610 |
─ |
─ |
≧27 |
─ |
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30kJ/cm-250℃ |
444 |
535 |
─ |
─ |
90 |
合格 |
|
SM520 規格值 |
355 ～ 475 |
520 ～ 640 |
─ |
─ |
≧27 |
─ |
即使是在SX-55 大熱輸入、高層間溫度的焊接條件下、焊縫金屬性能也充分滿足鋼板規格。
接下來介紹SX-55焊絲的機器人焊接應用。使用鋼材BCP325（板厚19mm, 邊長400mm）的圓柱型材和SN490B（板厚 36mm）的隔板。坡口形狀為V形35度、間隙 6mm，在此情況下進行自動化焊接。圖2表示試驗體的形狀。在高焊接速度條件下，采取與實芯焊絲YGW18同一焊接條件進行焊接。焊接條件如表7 、焊縫外觀見圖3、焊縫截面的微觀組織見圖4。另外，焊縫金屬的機械性能以及超聲波探傷試驗結果見表8 。
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表7 機器人焊接試驗條件 |
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溶接條件 |
項目 |
Path（路徑） |
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1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
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高效率 |
電流A |
345 |
344 |
343 |
341 |
354 |
358 |
315 |
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電壓V |
37 |
37 |
37 |
37 |
38 |
38 |
35 |
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|
速度cm/min |
40 |
37 |
35 |
32 |
42 |
42 |
42 |
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焊接熱輸入kJ/cm |
19.2 |
20.7 |
21.8 |
23.7 |
19.1 |
19.3 |
15.9 |
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YGW18 |
電流A |
322 |
333 |
334 |
335 |
301 |
301 |
297 |
|
電壓V |
37 |
37 |
37 |
37 |
35 |
35 |
35 |
|
|
速度cm/min |
33 |
32 |
30 |
28 |
36 |
36 |
34 |
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|
焊接熱輸入kJ/cm |
21.6 |
23.2 |
24.8 |
26.7 |
17.8 |
17.8 |
18.1 |
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SX-55用機器人焊接時、熔渣很少、無飛濺殘留，焊縫外觀整潔（為了能看清楚母材表面黒皮的殘存、沒有使用防飛濺劑及打磨）。能很好從斷面微觀組織中看到良好的焊縫熔深情況，符合超音波探傷試驗JIS的標準、建筑基準的評價。滿足與實心絲YGW18相當的規格性能值，適用于機器人焊接。
本文全面介紹了針對軟鋼以及490～550MPa級高強度鋼用的無縫金屬粉芯焊絲。本公司研制的低填充率用金屬粉芯焊絲擁有與 YGW11實心焊絲同等級的性能，同時，公司將加快向更高強度化焊材的研發進度，為創造適應社會發展需求的高品質焊接材料的開發和改進努力。
現在，在鋼鐵構架領域，焊接柱狀結構時，常用到埋弧焊、電渣焊等的大熱輸入焊接方法，梁、柱等的焊接大多用氣體保護電弧焊。藥芯焊絲在梁、柱的角焊縫焊接時，脫渣性好、焊縫成形美觀，接頭的多層焊接時熔渣量少、熔深好、適用于機器人焊接的實芯焊絲在施工中已成主流。作為鋼材以屈服325MPa 、拉伸強度490MPa級鋼為主，隨著近些年拉伸強度520 ～ 550MPa級鋼的高層化廣泛使用，本公司主要開發了490MPa級鋼的氣體保護電弧焊用無縫藥芯焊絲。
本文主要介紹SX 焊絲系列中 SX-26 的特點和各種性能。
氣體保護電弧焊法被廣泛使用于鋼構管件的焊接、一般用Ar+CO2 MAG 焊接及100％CO2的焊接。尤其是成本低的CO2氣體焊接保護氣被普遍使用。
表1表示的是本公司針對鋼鐵構架適用于CO2焊接用的焊絲。
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表1 針對建筑鋼鐵構架適用于CO2焊接用焊絲 |
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圖1 表示 藥芯焊絲的構成與實芯焊絲作比較。
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實芯焊絲 |
鈦型藥芯焊絲 |
金屬型藥芯焊絲 |
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圖1 各種焊絲的構成圖 |
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本文介紹的SX焊絲是熔渣量少的金屬粉芯型藥芯焊絲，本公司擁有無縫藥芯焊絲及制造技術，該焊絲兼具實芯焊絲及藥芯焊絲的優點，是全新類型的無縫藥芯焊絲。
實芯焊絲是由脫氧金屬構成，是容易大批量生產的低成本焊接材料。
藥芯焊絲具有穩定的電弧、飛濺小等優點，是能夠滿足高品質化、高效率焊接要求的焊接材料。藥芯焊絲按填充粉芯類別，可分為鈦型和金屬粉型。
ＳＸ焊絲的制造過程中，焊絲中的粉芯含量通常比其它藥芯焊絲低，即擁有低的填充率。
表2 表示SX-26的焊接指導參數。
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表2 SX-26的焊接指導參數 |
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SX-26 是屬于低填充率的無縫金屬粉芯型焊絲、無縫結構可有效阻止焊絲吸潮，減少氫的來源，從而使焊接金屬中的擴散氫量減少，可以得到抗裂性良好的焊縫金屬。
圖2、圖3 表示焊絲送絲速度和熔深的關系。
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圖2 焊絲送絲速度和熔深 |
圖3 焊絲送絲速度和熔深 |
通常，鈦型藥芯焊絲與實芯焊絲相比，熔深較淺。SX-26焊絲外皮斷面積大、若與實芯焊絲設定同等的焊絲送絲速度（＝熔接電源的電流設定值）時、就可以獲得與實芯焊絲同等的溶進深度。
圖1 表示焊縫外觀及焊接飛濺情況。
實芯焊絲CO2焊接時，在300A左右溶滴過渡形態由噴射過渡轉變為小球過渡、由于電弧反作用力增加，產生大量大顆粒的飛濺。大顆粒飛濺附著在鋼板表面，不僅影響外觀、還影響后續的涂裝性、耐腐蝕性能。因此實心焊絲不宜采用大電流焊接，難以提高焊接效率。但是SX-26在大電流焊接時的溶滴細小，溶滴依然能夠保證噴射過渡，大顆粒飛濺與實芯焊絲相比較有很大幅度的減少。其次、SX-26含造渣劑很少，焊接過程渣量很少，幾乎與實芯焊絲同等，不需要焊后清渣。
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圖1 焊縫外觀及焊接飛濺情況 |
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圖4、圖5 表示 焊接電流和1mm 以上的大顆粒飛濺產生量。
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圖4 焊接電流和飛濺產生量 |
圖5 焊接電流和飛濺產生量 |
SX-26跟原來實芯焊絲相比較，1mm 以上的大顆粒飛濺減少了70～90％。
依據JIS Z 3111 焊接金屬的拉伸及沖擊試驗方法檢測 SX-26的焊縫金屬性能。表3表示焊接條件、表4表示焊接金屬性能。
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表3 試驗焊接條件 |
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※保護氣體：100％CO2（ 流量 25L/min） |
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表4 焊縫金屬性能 |
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SX-26 能夠充分滿足490MPa級藥芯焊絲、實芯焊絲的性能。 |
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根據JISS 6（日本建築學會）的焊接要求（焊接熱輸入30kJ/cm、層間溫度250℃以下）在此焊接條件進行工藝評定。 表5表示焊接條件、 表6表示焊縫金屬性能。
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表5 焊接條件（產品直徑：1.4mmφ） |
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※首層條件：250A 26V 25cpm Ext.25mm ，熱輸入15.6kJ/cm |
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※保護氣體：CO2（流量 25Ｌ/min） |
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表6 焊縫金屬性能（產品直徑1.4mmφ） |
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＊建筑構造用壓鋼材 |
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SX-26即使是30kJ/cm的焊接條件下也能充分獲取490MPa級鋼板的性能。 |
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· ※如果焊接電源上有設置焊絲類型項目的場合、SX焊絲系列的特性接近于實芯焊絲、電源設定請選擇為實芯焊絲。
· ※如果是正在使用實芯焊絲的您、焊接電流上調了20A、使用時請不要更改電流設置。
· ※如果焊接飛濺沒有減少的情況下，請將電壓值設置到比實芯焊絲高2～3V。
本文全面介紹了適用于鋼鐵構架的新焊絲SX-26。本公司為了應對高強度化的需求、SX焊絲系列為基礎、也配備550MPa級鋼板用焊絲SX-55的生產線 。為適應社會需求的高品質焊接材料的開發和改進努力。
