声明：本文转载自日本新日铁网页相关内容资料，原文为日文，我们在此翻译成中文，分享给大家！
近些年、由于首都圏的再度开发、奥林匹克相关设施的建造、酒店、交通配套设施的逐年增多等等、各种大型建筑物的需求也有逐年增加的倾向。 这种情况下，建筑类钢铁结构在工程施工中有35％是焊接工程，而且，此项工程中人员紧缺，因此，焊接专业技能人员的欠缺越来越成为了一个非常严峻的趋势。
搭建建筑钢铁构架时，搭建梁、柱等，焊接常用的方法是气体保护电弧焊,该焊接方法更容易使柱、梁、V形坡口等结构与焊接母材完全熔合，从而使接头达到良好的强度和韧性。应用于上述工况条件下的焊接材料，同时，满足熔渣量少、多层焊接性优、焊缝熔合性好的高品质焊接材料中，YGW11、YGW18系列焊丝（实芯焊丝）已成为主流。
但是，实心焊丝采用二氧化碳气体保护电弧焊时，焊接电流如果太大，容易产生大颗粒飞溅，如图1， 焊接飞溅附着在焊缝表面及坡口内，焊缝表面不美观且会造成焊接不良、导致超声波探伤实验及涂装受影响。清除附着飞溅的作业时间将约占焊接全部作业时间22％，这也是造成生产量低下的主要原因。其次，适用于实芯焊丝的电弧电压范围很小，对焊丝干伸长的变化有很大的影响。为了防止出现以上现象的焊接缺陷，对焊接技能人员的焊接技术水平有很高的要求。
另一方面，一直以来，药芯焊丝飞溅少、焊接性能好，但在钢铁结构领域使用时，有可能会发生焊接熔深浅、熔合不良现象。此外，与实芯焊丝相比较，药芯焊丝熔渣量较多、在多层焊接时极易引起夹渣，造成扩散性氢含量增多，导致延迟裂纹发生。
本公司为了解决上述钢铁结构应用中的焊接问题，焊丝中的药粉填充量比传统药芯焊丝少（以下叫做低填充），增加了金属粉末，为了确保与实芯焊丝有同样的熔深，于是有了二氧化碳气体保护电弧焊接专用低填充金属粉芯型药芯焊丝，焊丝在销售、客户使用中获得了非常高的评价。表1 表示适用于钢结构用的低填充率焊丝。
表1 表示适用于钢结构用的低填充率焊丝
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品名 |
JIS |
用途 |
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SX-26 |
JIS Z 3313 T49J0T15-0CA-UH5 |
软钢及490MPa级高高强钢用，CO2气体保护焊接 |
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SX-55 |
JIS Z 3313 T550T15-0CA-UH5 |
软钢及490～550MPa级高强钢用，CO2气体保护焊接， |
图1、实心焊丝焊接飞溅情况图
由于近年来焊接工程的高效率化，有望在490MPa级钢板大热输入、高层间温度条件下实现机器人焊接， 随着建筑物的高层化，520～550MPa级钢板也被广泛使用。接下来介绍无缝药芯焊丝在软钢以及490～550MPa级高强度钢在钢铁构架中应用的特点和各种性能、自动化的研究。
图2 表示的是低填充金属粉芯型焊丝的各种结构构成。
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图2 各种焊丝的断面形状 |
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实芯焊丝是一种稳定的、高品质的焊接材料，而且焊丝表面镀铜，使其具有良好的防锈性、导电性、送丝性。通常，药芯焊丝内部含助溶剂（药粉）成分、是全位置焊接用焊丝。由于低填充金属粉芯型药芯焊丝由铁粉、合金成份等构成，不含熔渣成分，通过减少粉芯内部药粉的填充量，能与实芯焊丝有同样的熔深。另外，本公司的无缝药芯焊丝能镀铜， 防锈性、导电性、耐断裂性更好。
根据SX-55低填充金属粉芯型无缝药芯焊丝生产技术，能实现与实芯焊丝同样深度的熔合和良好的多层焊接性，获得低含氢量的焊缝金属及优质的耐断裂性。即该药芯焊丝的特点：有效减少熔渣、飞溅，提高电弧的柔和性，从而减轻焊接作业人员的疲劳感。表2 表示的是SX-55的焊接指导参数。
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表2 SX-55 焊接指导参数 |
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铭柄 |
焊丝径 |
推荐焊接电流范围 （A） |
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下向姿勢 |
水平角焊姿势 |
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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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接下来介绍依据JIS Z 3111焊缝金属的拉伸及冲击试验方法做的评定试验。 表3表示焊接条件，表4 表示性能指标。
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表3 焊接条件 |
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表4 性能指标 |
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焊丝直径 |
拉伸试验 |
冲击试验 |
拡散氢含量 |
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屈服强度 |
拉伸强度 |
伸长率 |
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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〈参考SW〉 JIS Z 3312 YGW18 |
≧460 |
550 ～ 740 |
≧17 |
≧70 |
─ |
SX-55能获得像550MPa级的实芯焊丝同样的焊接金属性能。
建筑钢铁构架领域的焊材、JASS 6（（一社）日本建築学会）要求在（热输入30, 40kJ/cm、对应层间温度250, 350℃以下）焊接条件下做评定。表5 表示焊接条件、 表6表示焊缝金属性能。
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表5 焊接条件（焊丝直径1.4mm） |
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表6 焊接金属性能（焊丝直径1.4mm） |
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入熱path间温度 |
焊缝金属拉伸试验 |
板拉试验 |
冲击试验 |
超音波探傷试验 |
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屈服强度 |
拉伸强度 |
拉伸强度 |
断裂位置 |
吸収能力 |
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40kJ/cm-350℃ |
407 |
530 |
544 |
母材 |
106 |
合格 |
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SN490 规格值 |
325 ～ 445 |
490 ～ 610 |
─ |
─ |
≧27 |
─ |
|
30kJ/cm-250℃ |
444 |
535 |
─ |
─ |
90 |
合格 |
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SM520 规格值 |
355 ～ 475 |
520 ～ 640 |
─ |
─ |
≧27 |
─ |
即使是在SX-55 大热输入、高层间温度的焊接条件下、焊缝金属性能也充分满足钢板规格。
接下来介绍SX-55焊丝的机器人焊接应用。使用钢材BCP325（板厚19mm, 边长400mm）的圆柱型材和SN490B（板厚 36mm）的隔板。坡口形状为V形35度、间隙 6mm，在此情况下进行自动化焊接。图2表示试验体的形状。在高焊接速度条件下，采取与实芯焊丝YGW18同一焊接条件进行焊接。焊接条件如表7 、焊缝外观见图3、焊缝截面的微观组织见图4。另外，焊缝金属的机械性能以及超声波探伤试验结果见表8 。
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表7 机器人焊接试验条件 |
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溶接条件 |
項目 |
Path（路径） |
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1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
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高效率 |
电流A |
345 |
344 |
343 |
341 |
354 |
358 |
315 |
|
电压V |
37 |
37 |
37 |
37 |
38 |
38 |
35 |
|
|
速度cm/min |
40 |
37 |
35 |
32 |
42 |
42 |
42 |
|
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焊接热输入kJ/cm |
19.2 |
20.7 |
21.8 |
23.7 |
19.1 |
19.3 |
15.9 |
|
|
YGW18 |
电流A |
322 |
333 |
334 |
335 |
301 |
301 |
297 |
|
电压V |
37 |
37 |
37 |
37 |
35 |
35 |
35 |
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|
速度cm/min |
33 |
32 |
30 |
28 |
36 |
36 |
34 |
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|
焊接热输入kJ/cm |
21.6 |
23.2 |
24.8 |
26.7 |
17.8 |
17.8 |
18.1 |
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SX-55用机器人焊接时、熔渣很少、无飞溅残留，焊缝外观整洁（为了能看清楚母材表面黒皮的残存、没有使用防飞溅剂及打磨）。能很好从断面微观组织中看到良好的焊缝熔深情况，符合超音波探伤试验JIS的标准、建筑基准的评价。满足与实心丝YGW18相当的规格性能值，适用于机器人焊接。
本文全面介绍了针对软钢以及490～550MPa级高强度钢用的无缝金属粉芯焊丝。本公司研制的低填充率用金属粉芯焊丝拥有与 YGW11实心焊丝同等级的性能，同时，公司将加快向更高强度化焊材的研发进度，为创造适应社会发展需求的高品质焊接材料的开发和改进努力。
现在，在钢铁构架领域，焊接柱状结构时，常用到埋弧焊、电渣焊等的大热输入焊接方法，梁、柱等的焊接大多用气体保护电弧焊。药芯焊丝在梁、柱的角焊缝焊接时，脱渣性好、焊缝成形美观，接头的多层焊接时熔渣量少、熔深好、适用于机器人焊接的实芯焊丝在施工中已成主流。作为钢材以屈服325MPa 、拉伸强度490MPa级钢为主，随着近些年拉伸强度520 ～ 550MPa级钢的高层化广泛使用，本公司主要开发了490MPa级钢的气体保护电弧焊用无缝药芯焊丝。
本文主要介绍SX 焊丝系列中 SX-26 的特点和各种性能。
气体保护电弧焊法被广泛使用于钢构管件的焊接、一般用Ar+CO2 MAG 焊接及100％CO2的焊接。尤其是成本低的CO2气体焊接保护气被普遍使用。
表1表示的是本公司针对钢铁构架适用于CO2焊接用的焊丝。
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表1 针对建筑钢铁构架适用于CO2焊接用焊丝 |
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图1 表示 药芯焊丝的构成与实芯焊丝作比较。
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实芯焊丝 |
钛型药芯焊丝 |
金属型药芯焊丝 |
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图1 各种焊丝的构成图 |
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本文介绍的SX焊丝是熔渣量少的金属粉芯型药芯焊丝，本公司拥有无缝药芯焊丝及制造技术，该焊丝兼具实芯焊丝及药芯焊丝的优点，是全新类型的无缝药芯焊丝。
实芯焊丝是由脱氧金属构成，是容易大批量生产的低成本焊接材料。
药芯焊丝具有稳定的电弧、飞溅小等优点，是能够满足高品质化、高效率焊接要求的焊接材料。药芯焊丝按填充粉芯类别，可分为钛型和金属粉型。
ＳＸ焊丝的制造过程中，焊丝中的粉芯含量通常比其它药芯焊丝低，即拥有低的填充率。
表2 表示SX-26的焊接指导参数。
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表2 SX-26的焊接指导参数 |
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SX-26 是属于低填充率的无缝金属粉芯型焊丝、无缝结构可有效阻止焊丝吸潮，减少氢的来源，从而使焊接金属中的扩散氢量减少，可以得到抗裂性良好的焊缝金属。
图2、图3 表示焊丝送丝速度和熔深的关系。
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图2 焊丝送丝速度和熔深 |
图3 焊丝送丝速度和熔深 |
通常，钛型药芯焊丝与实芯焊丝相比，熔深较浅。SX-26焊丝外皮断面积大、若与实芯焊丝设定同等的焊丝送丝速度（＝熔接电源的电流设定值）时、就可以获得与实芯焊丝同等的溶进深度。
图1 表示焊缝外观及焊接飞溅情况。
实芯焊丝CO2焊接时，在300A左右溶滴过渡形态由喷射过渡转变为小球过渡、由于电弧反作用力增加，产生大量大颗粒的飞溅。大颗粒飞溅附着在钢板表面，不仅影响外观、还影响后续的涂装性、耐腐蚀性能。因此实心焊丝不宜采用大电流焊接，难以提高焊接效率。但是SX-26在大电流焊接时的溶滴细小，溶滴依然能够保证喷射过渡，大颗粒飞溅与实芯焊丝相比较有很大幅度的减少。其次、SX-26含造渣剂很少，焊接过程渣量很少，几乎与实芯焊丝同等，不需要焊后清渣。
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图1 焊缝外观及焊接飞溅情况 |
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图4、图5 表示 焊接电流和1mm 以上的大颗粒飞溅产生量。
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图4 焊接电流和飞溅产生量 |
图5 焊接电流和飞溅产生量 |
SX-26跟原来实芯焊丝相比较，1mm 以上的大颗粒飞溅减少了70～90％。
依据JIS Z 3111 焊接金属的拉伸及冲击试验方法检测 SX-26的焊缝金属性能。表3表示焊接条件、表4表示焊接金属性能。
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表3 试验焊接条件 |
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※保护气体：100％CO2（ 流量 25L/min） |
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表4 焊缝金属性能 |
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SX-26 能够充分满足490MPa级药芯焊丝、实芯焊丝的性能。 |
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根据JISS 6（日本建築学会）的焊接要求（焊接热输入30kJ/cm、层间温度250℃以下）在此焊接条件进行工艺评定。 表5表示焊接条件、 表6表示焊缝金属性能。
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表5 焊接条件（产品直径：1.4mmφ） |
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※首层条件：250A 26V 25cpm Ext.25mm ，热输入15.6kJ/cm |
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※保护气体：CO2（流量 25Ｌ/min） |
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表6 焊缝金属性能（产品直径1.4mmφ） |
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＊建筑构造用压钢材 |
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SX-26即使是30kJ/cm的焊接条件下也能充分获取490MPa级钢板的性能。 |
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· ※如果焊接电源上有设置焊丝类型项目的场合、SX焊丝系列的特性接近于实芯焊丝、电源设定请选择为实芯焊丝。
· ※如果是正在使用实芯焊丝的您、焊接电流上调了20A、使用时请不要更改电流设置。
· ※如果焊接飞溅没有减少的情况下，请将电压值设置到比实芯焊丝高2～3V。
本文全面介绍了适用于钢铁构架的新焊丝SX-26。本公司为了应对高强度化的需求、SX焊丝系列为基础、也配备550MPa级钢板用焊丝SX-55的生产线 。为适应社会需求的高品质焊接材料的开发和改进努力。
