气体保护焊焊丝的选用分析

杨志强

摘要：目前，随着市场竞争的日益激烈，各生产厂家为增强市场竞争力，越发强烈地追求提高生产效率、降低生产成本，气体保护焊的出现适应了这一社会需要，以高效、节能、操作简单、便于实现机械化和自动化等特点，现在已经在各行各业的生产制造中得到逐步的应用和推广[1]。而焊材的选择作为焊接工艺的重要组成部分，与产品的质量有着直接的关系，本文主要对使用气体保护焊制造产品时，对较为典型的碳素结构钢、合金结构钢以及不锈钢的气体保焊丝的选用进行相应的分析和叙述，希望能够对相关单位有所帮助。

关键词：气体保护焊;焊丝选用分析;代用

1  气体保护焊的基本情况

近些年来，随着时代的不断发展和进步，气体保护焊在各类中小型产品中得到了越来越广泛的应用，制造效率大幅提升，这种焊接方式通常用于黑色金属和不锈钢材料中。与此同时，由于气保焊容易产生气孔、未熔合等焊接缺陷，所以一定要对焊接工艺进行严格的控制，对焊接材料进行全面仔细的选择，尽最大可能降低焊接质量问题发生的概率。

2  气体保护焊丝的选用方法

用气体保护焊焊丝主要分为实芯焊丝和药芯焊丝两类。焊接时分别为气体保护以及气渣联合保护。以下为两种焊丝的选用原则：

2.1 實心气体保护焊丝的选用

焊接中普遍使用的是实芯焊丝，药芯焊丝由于成本更高，焊接工艺更复杂，所以一般只在某些特殊场合使用。焊丝的品种依据焊接母材的不同，可以综合依据GB/T14957《熔化焊用焊丝》、GB/T4241《焊接用不锈钢盘条》进行选用。

实心焊丝牌号最前列的字母“H”表示实心焊丝，“H”后面的数字表示碳的质量分数，有些结构钢焊丝牌号尾部标有“A”或“E”字母，“A”表示优质品，即要求焊丝中的有害元素硫、磷含量比普通焊丝低，“E”表示高级优质品，即硫、磷含量更低。

实心焊丝的直径选择一般按用途决定，包括了焊丝尺寸的选择和焊丝成分的选择。焊丝尺寸的选择主要考虑到被焊工件厚度和焊接位置等因数，对于一定直径的焊丝，其使用的电流有一定范围，使用电流越大，熔敷率越高。而同一电流使用小直径焊丝，可以获得较大熔深、较小熔宽的效果，当工件装配不良时，宜选用较粗的焊丝。焊丝成分的选择主要考虑到冶金焊接性。也就是焊缝金属须具备以下特点：①焊缝金属应与母材的力学和物理性能良好匹配，或者具有更好的性能，如耐腐蚀性或耐磨性。②焊缝应是致密和无缺陷的。

2.2 药芯气体保护焊丝的选用

通过文献查阅，药芯气体保护焊丝是继焊条、实心焊丝之后广泛应用的一类新型焊接材料，源自于美国和德国[2]，现在在我国已进入快速发展的阶段，随着国内技术的逐渐成熟，药芯焊丝焊接工艺性能好、熔敷速度快、生产效率高、合金系统调整方便、能耗低、环保、综合成本低等优点逐步显现，药芯焊丝作为一种高效节能的新型焊接材料也逐步被工程界所接受。

药芯气体保护焊丝根据保护气体不同可分为：CO2气体保护药芯焊丝、熔化极惰性气体保护药芯焊丝、混合气体保护药芯焊丝和钨极氩弧焊用药芯焊丝。原则上，尽管被焊金属相同，不同种类气体保护焊用药芯焊丝原则上是不能相互代用的。在药芯气体保护焊丝的选用上须综合考虑药芯成分，保护气体成分，被焊金属类别厚度以及焊丝直径等方面的因素。可以综合参考我国的药芯焊丝标准GB/T10045《碳钢药芯焊丝》、GB/T17853《不锈钢药芯焊丝》、GB/T17493《低合金钢药芯焊丝》以及美国AWS标准AWS A5.20《碳钢药芯焊丝》、AWS A5.22《不锈钢药芯焊丝》和AWS A5.29《合金钢药芯焊丝》等标准。

由于药芯气体保护焊丝在焊接过程中会产生大量的烟尘，在室内及室外应用时应特别注意通风。由于在防潮性能方面，药芯焊丝不如实心焊丝抗潮性好，且烘烤不方便，使用单位须特别注意防潮包装和防潮保存，使用单位应根据生产实际情况组织进货，减少库存，不要长期大量保存药芯焊丝。

3  常用焊接材料的选用以及代用

3.1 碳钢用气体保护焊丝的选择

对于产品一般选用的是低碳钢，对于低碳钢的气保焊丝，一般根据强度和结构的重要性选用，即首先保证焊接强度的最小强度不低于母材最小抗拉强度，应先根据熔敷金属的最低强度级别与母材最小抗拉强度相匹配。须注意到焊后焊缝金属的实际强度与母材强度的关系，与熔敷金属和母材金属中C、Mn、Si元素含量差异有关。熔敷金属的合金元素最终进入焊缝中的数量和参与脱氧的合金元素数量有关，在焊接熔滴、熔池的脱氧冶金过程中，参与脱氧的合金元素越多，则焊缝金属中所含合金元素的量就越少，从而可能造成焊缝金属的强度降低，使其低于母材强度。同时，还应考虑熔敷金属的塑性和冲击韧性，应是这两个指标尽量达到或接近母材的塑性、冲击韧性最低要求。低碳钢的可焊性非常好，焊接时一般不需要预热、控制层间温度和后热，焊后通常不必采取热处理措施盖上接头热影响区焊缝组织。可以依据以上的原则进行焊丝的选用。

3.2 低合金钢用气体保护焊丝的选择

低合金钢气保焊丝的选择应根据刚才的化学成分、接头的力学性能要求、板厚、接头形式、焊后热处理要求、焊接位置和施焊条件、焊接设备条件等多方面综合考虑。对于产品用的气体保护焊丝，应根据产品工艺规程进行工艺评定、检测焊缝金属的力学性能、抗裂性、耐腐蚀性等方面要求。选择低合金钢用产品气保焊丝，应注意如下几个方面：

①对于低合金高强度钢，在保证焊接接头强度的前提下，重点考虑焊丝的抗裂性和焊缝金属的塑韧性，优先选择低氢及超低氢的焊丝及塑韧性优良的焊丝。

②对于两种强度级别不同的母材之间的焊接，应按强度级别低的母材进行焊丝选择。

③应考虑工艺条件的影响。如对于焊后经受热卷或热处理的焊件，须考虑焊缝金属经受高温热处理后对其性能的影响，保证焊缝热处理后仍具有所要求的强度、塑性和韧性。

④对于厚板、拘束度大及冷裂倾向大的焊接结构，应选用超低氢焊丝，以提高抗裂性能，降低预热温度。厚板的第一层打底焊缝最容易产生裂纹，此时可选择强度稍低、韧性良好的低氢或超低氢焊丝。

⑤熔敷金属抗拉强度不超过550MPa的低合金钢焊丝一般采用Mn-Si焊丝，如目前市场上大量使用的ER50-6。随着焊丝熔敷金属抗拉强度的提高或为满足焊丝的其他特殊使用性能，焊丝须采用Mn-Mo、Mn-Ni、Mn-Ni-Mo等系列焊丝。通过在低合金钢气体保护焊丝中，添加有益微量元素可以提高焊接金属的韧性及改善焊丝的使用工艺性。

3.3 不锈钢用气体保护焊丝的选择

不锈钢按其主要组成元素，可分为Cr不锈钢、Cr-Ni不锈钢、Cr-Ni-Mo不锈钢以及无Ni、节Ni不锈钢等类型;按空冷后的室温组织，可分为铁素体、马氏体、奥氏体不锈钢，铁素体-奥氏体双相不锈钢和析出硬化型不锈钢。不同类型的不锈钢，因其组织性能存在较大差异，焊接性能也各不相同，在各类型不锈钢中，以奥氏体不锈钢应用最为广泛，品种也最多。本文仅以奥氏体不锈钢为例，就奥氏体不锈钢的气保焊丝选择进行分析。

奥氏体不锈钢焊接通常选用同材质的焊丝，即按等化学成分匹配原则进行焊丝选用。有时为了满足焊缝金属的某些性能（如耐蚀性），也采用超合金化的焊丝材料，也采用超低碳奥氏体不锈钢焊丝，如采用00Cr18Ni12Mo2（316L）类型的焊丝焊接00Cr19Ni10钢板，采用w（Mo）达9%的镍基合金焊丝焊接Mo6型超级奥氏体不锈钢等，以确保焊缝金属具有高的耐腐蚀性。采用气保焊焊接方式进行不锈钢产品焊接时，如条件允许，尽量使用纯氩气进行焊缝背面气体保护，以及正面焊接托罩的延迟保护，减少焊缝氧化和焊接缺陷产生。

近年来，不锈钢药芯焊丝的应用越来越广泛，使用不锈钢药芯焊丝气保焊进行气渣联合保护的效果比较理想，焊接工艺简化，生产效率高，焊接缺陷减少，焊缝质量好。選用不锈钢药芯焊丝应注意选择超低碳以及添加Ti、Nb等稳定元素的焊丝，尽量使焊缝金属中的耐腐蚀合金元素（Cr、Mo、Ni等）含量高于母材含量。由于奥氏体不锈钢具有较高的热裂纹敏感性，还应注意选择抗裂性好的焊丝，减少焊缝金属中Ni、C、P、S含量，增加Cr、Mo、Si、Mn元素含量可以减少热裂纹产生。焊接时应注意控制焊接工艺参数，采用小电流、快速焊、减少熔池过热，避免形成粗大柱状晶。采用快冷，减少偏析，提高抗裂性。

4  结束语

总而言之，使用气体保护焊方式进行时，对气体保护焊丝的选择以及在焊接技术和工艺上的控制在很大程度上决定了产品的焊接质量以及使用寿命的长短，使用气体保护焊的方式可以提升生产效率和节省生产成本。基于此，首先作为工作人员要对该方面提起高度的重视，其次在使用这种焊接方法制造产品时要对气体保护焊丝进行严格的选择，并且对焊接技术进行不断的探索，通过这种方式为产品的焊接质量提供相应的保障。

参考文献：

[1]石江涛.混合气体保护焊在制造产业中的研究与推广应用[D].厦门大学，2009.

[2]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册.第2卷 材料的焊接（第3版）第8章8.1.

[3]邹敏.二氧化碳气体保护焊在核岛支架焊接中的推广和应用[J].内燃机与配件，2017（16）：48-49.