第3講 焊接材料

1、焊接材料主講人：黃須強 教授單 位：東北大學 焊接研究所 時 間：2008年11月21日目 錄 中國鋼材及焊材的發(fā)展態(tài)勢中國鋼材及焊材的發(fā)展態(tài)勢 中國鋼材及焊接材料的分類消費態(tài)勢中國鋼材及焊接材料的分類消費態(tài)勢 中國中國鋼鐵工業(yè)發(fā)展趨勢鋼鐵工業(yè)發(fā)展趨勢 今后今后15年鋼材的發(fā)展目標年鋼材的發(fā)展目標 鋼材焊接性的發(fā)展及評定方法鋼材焊接性的發(fā)展及評定方法 中國焊接材料的發(fā)展態(tài)勢中國焊接材料的發(fā)展態(tài)勢 中國鋼材及焊材的發(fā)展態(tài)勢中國鋼材及焊材的發(fā)展態(tài)勢 1.中國鋼材及焊材的發(fā)展態(tài)勢中國鋼材及焊材的發(fā)展態(tài)勢 鋼產量是衡量一個國家綜合經濟實力的重鋼產量是衡量一個國家綜合經濟實力的重要指標之一要指標之一,

2、,也是中國工業(yè)化進程中的支柱產業(yè)。也是中國工業(yè)化進程中的支柱產業(yè)。由于中國經濟持續(xù)高速增長由于中國經濟持續(xù)高速增長, ,拉動了鋼鐵工業(yè)的拉動了鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展。鋼材產量的快速升高又拉動了中國快速發(fā)展。鋼材產量的快速升高又拉動了中國焊接材料產業(yè)的強勁發(fā)展。這不僅使中國成為焊接材料產業(yè)的強勁發(fā)展。這不僅使中國成為世界上頭號鋼鐵和焊接材料生產大國世界上頭號鋼鐵和焊接材料生產大國, ,也成為頭也成為頭號鋼鐵和焊接材料消費大國號鋼鐵和焊接材料消費大國, ,見表見表1 1。 年份 鋼材表觀 焊接材料 其中/萬噸 消費量/億噸 總產量/萬噸 焊條 焊條所占 氣體保護焊 埋弧焊 焊劑 藥芯 比例（%） 焊絲

3、 焊絲 焊絲1996 1 約77 60 78 7 5 5 0.12000 1.4 約114 90 80 12 5.5 6 0.52003 2.7 200 150 75 30 10 12 42004 3.1 230240 160 67 40 11 14 5 2005 3.5 270280 170180 63 6065 16 19 782006 4.2 約320 180 56 90 18 20 12 注：焊材產量由于缺乏精確統(tǒng)計，表列焊材產量的誤差在5%左右。表表1 中國鋼材消費量與焊接材料產量中國鋼材消費量與焊接材料產量 中國鋼材及焊材的發(fā)展態(tài)勢中國鋼材及焊材的發(fā)展態(tài)勢 鋼材的產量、品質及其發(fā)展

4、態(tài)勢直接決定鋼材的產量、品質及其發(fā)展態(tài)勢直接決定了焊接行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及焊接技術的發(fā)展方了焊接行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及焊接技術的發(fā)展方向。自向。自19961996年以來年以來, ,中國鋼產量已突破中國鋼產量已突破1 1億噸億噸, ,焊焊接材料總產量接材料總產量7777萬噸萬噸; ;尤其是自尤其是自20012001年以來年以來, ,中中國的鋼產量出現(xiàn)了跳躍式發(fā)展國的鋼產量出現(xiàn)了跳躍式發(fā)展, ,每年鋼產量均增每年鋼產量均增加加4 0004 0006 0006 000萬噸萬噸, ,焊材產量每年增加焊材產量每年增加30304040萬噸。到萬噸。到20062006年年, ,中國鋼材表觀消費量達到中國鋼材表觀消

5、費量達到4.24.2億噸億噸, ,焊接材料總產量達到焊接材料總產量達到320320萬噸。與萬噸。與19961996年年相比相比, ,同步增長了同步增長了4 4倍多。倍多。 中國鋼材及焊材的發(fā)展態(tài)勢中國鋼材及焊材的發(fā)展態(tài)勢 過去過去1010年中國鋼材和焊接材料實現(xiàn)了快速增年中國鋼材和焊接材料實現(xiàn)了快速增長長, ,今后今后1010年將持續(xù)平穩(wěn)增長年將持續(xù)平穩(wěn)增長, ,鋼產量的大幅度增鋼產量的大幅度增加牽動著焊接行業(yè)的快速發(fā)展。不僅焊接材料用加牽動著焊接行業(yè)的快速發(fā)展。不僅焊接材料用量增大量增大, ,而且焊接設備的需求增多而且焊接設備的需求增多, ,增加了焊接產增加了焊接產業(yè)就業(yè)機會業(yè)就業(yè)機會, ,

6、壯大了焊接產業(yè)隊伍壯大了焊接產業(yè)隊伍, ,同時也促進了同時也促進了焊接技術向著優(yōu)質、高效、低成本、自動化方向焊接技術向著優(yōu)質、高效、低成本、自動化方向發(fā)展。發(fā)展。 中國鋼材及焊接材料的分類消費態(tài)勢中國鋼材及焊接材料的分類消費態(tài)勢 2.中國鋼材及焊接材料的分類消費態(tài)勢中國鋼材及焊接材料的分類消費態(tài)勢 中國作為鋼材及焊接材料消費大國中國作為鋼材及焊接材料消費大國,與國外發(fā)達國家的最與國外發(fā)達國家的最大差異為大差異為:近年來中國建設用鋼占近年來中國建設用鋼占55%左右左右,工業(yè)制造業(yè)用鋼不工業(yè)制造業(yè)用鋼不到到45%,而目前美國、歐洲和日本的建設用鋼僅占而目前美國、歐洲和日本的建設用鋼僅占22%30%

7、,工業(yè)制造業(yè)用鋼占工業(yè)制造業(yè)用鋼占60%66%。 這種差異這種差異,說明中國生產的鋼材及焊接材料一半以上用于說明中國生產的鋼材及焊接材料一半以上用于各種基礎設施和城鎮(zhèn)化建設上面各種基礎設施和城鎮(zhèn)化建設上面,這種快速發(fā)展受工業(yè)化進程這種快速發(fā)展受工業(yè)化進程中基礎建設的拉動較大。在中基礎建設的拉動較大。在2006年生產的鋼材中年生產的鋼材中,據(jù)統(tǒng)計據(jù)統(tǒng)計,目前目前中國焊接結構用鋼占鋼材消費總量的比例為中國焊接結構用鋼占鋼材消費總量的比例為40%45%。 此外用于鋼筋混凝土結構的各種鋼筋和線材此外用于鋼筋混凝土結構的各種鋼筋和線材,其中三分之其中三分之二左右是需進行焊接的二左右是需進行焊接的,總數(shù)約

8、為總數(shù)約為6 000萬噸萬噸,而經焊接的鋼材總而經焊接的鋼材總量共計量共計2.02.4億噸億噸,因此因此,現(xiàn)階段焊接用鋼總量已占鋼材表觀現(xiàn)階段焊接用鋼總量已占鋼材表觀消費量的消費量的50%以上以上,總量為世界第一?，F(xiàn)按有關重點行業(yè)對鋼總量為世界第一?，F(xiàn)按有關重點行業(yè)對鋼材及焊接材料的消費狀況分述如表材及焊接材料的消費狀況分述如表2。 重點行業(yè)重點行業(yè) 鋼材及焊接材料消費態(tài)勢鋼材及焊接材料消費態(tài)勢 消費鋼材消費鋼材 相應消費焊接材料相應消費焊接材料鋼筋混凝士結構 1億多噸， 熔煉焊劑10 13萬噸， 焊條50萬噸以上 。建筑用鋼 2006年約為1 600萬噸； 2535萬噸； 預測2010年約為

9、2 600萬噸。 4050萬噸；造船 2006年約用鋼材560萬噸； 1416噸萬； 預測2010年用鋼將達1 035萬噸。 2328萬噸；汽車制造 2005年消費鋼材1 098萬噸； 預測2010年將消費鋼材1 5001 840萬噸。集裝箱制造 每年消費鋼材400500萬噸。 每年用CO2焊絲56萬噸油氣長輸管道 2006年僅中石化、中石油系統(tǒng)焊 接制管用鋼量達到165萬噸以上； 2007年每年用管線鋼350400萬噸, 10萬噸 表2 重點行業(yè)對鋼材及焊接材料的消費狀況重點行業(yè)對鋼材及焊接材料的消費狀況 重點行業(yè)重點行業(yè) 鋼材及焊接材料消費態(tài)勢鋼材及焊接材料消費態(tài)勢 消費鋼材消費鋼材 相應

10、消費焊接材料相應消費焊接材料塔架鋼結構 每年150萬噸 鐵路車輛 年均為100萬噸左右 年需焊接材料1萬噸以上 造船 2006年約用鋼材560萬噸； 1416噸萬； 預測2010年用鋼將達1 035萬噸。 2328萬噸；壓力容器 2006年用鋼材129.3萬噸 45萬噸 預計今后將每年增長10%以上 重型機械行業(yè) 2005年約消費鋼材542萬噸 預計2010年將消費約700萬噸 34萬噸 工程機械行業(yè) 每年用鋼量在450萬噸左右 1萬噸以上 接表2中國中國鋼鐵工業(yè)發(fā)展趨勢鋼鐵工業(yè)發(fā)展趨勢 3.3.中國中國鋼鐵工業(yè)發(fā)展趨勢鋼鐵工業(yè)發(fā)展趨勢 鋼鐵工業(yè)發(fā)展中存在的主要問題：鋼鐵工業(yè)發(fā)展中存在的主要問

11、題： （1 1）中國雖已成為世界上頭號鋼鐵大國）中國雖已成為世界上頭號鋼鐵大國, ,但并非屬于鋼鐵強國；但并非屬于鋼鐵強國； （2 2）中國生產的鋼種多屬于）中國生產的鋼種多屬于低層次低層次普通鋼普通鋼, ,高效優(yōu)質鋼材生產量較少或不能生產高效優(yōu)質鋼材生產量較少或不能生產, ,中國鋼鐵中國鋼鐵工業(yè)主體上屬于高消耗、高能耗、高污染、低工業(yè)主體上屬于高消耗、高能耗、高污染、低質量的狀態(tài)。質量的狀態(tài)。 中國中國鋼鐵工業(yè)發(fā)展趨勢鋼鐵工業(yè)發(fā)展趨勢 鋼鐵工業(yè)屬于流程工業(yè)。從20世紀90年代以來,中國鋼鐵工業(yè)的裝備水平和工藝技術有了長足進步,從整體上推進了流程優(yōu)化進程,為提高鋼材品質和發(fā)展鋼材品種,打下了堅

12、實基礎。例如: (1)成分、組織的均勻性控制更好。 建立了現(xiàn)代化的煉鋼生產流程。大、中型鋼鐵生產企業(yè)已實現(xiàn)了包括鐵水脫硫預處理、轉爐復合吹煉、爐外精煉、連鑄連軋等現(xiàn)代化的煉鋼生產流程。 (2)大幅度提高了鋼的純凈度。 現(xiàn)代化的煉鋼生產流程,使中國鋼水的純凈度,即鋼中雜質元素質量分數(shù)的總量(S+P+0+N+H)從傳統(tǒng)流程550600ppm直接跨越到200250ppm,寶鋼、武鋼等先進企業(yè)已經達到小于100ppm的國際先進水平,W(S)0.003%。 中國中國鋼鐵工業(yè)發(fā)展趨勢鋼鐵工業(yè)發(fā)展趨勢 (3)控軋控冷工藝將成為大、中型鋼鐵企業(yè)軋制技術的主流。 控軋指在更低的溫度下停軋,抑制高溫奧氏體晶粒長大

13、;控冷即軋后立即加快冷卻速度,既避免晶粒長大,又提高形核率。通過細化晶粒顯著改善鋼的強韌性。傳統(tǒng)的細晶粒鋼其晶粒直徑600 MPa)的微合金鋼及超低碳貝氏體鋼的微合金鋼及超低碳貝氏體鋼,可通過降碳并優(yōu)可通過降碳并優(yōu)化合金元素及微合金元素加入量化合金元素及微合金元素加入量,使焊縫金屬成為超低碳貝氏體組織。但使焊縫金屬成為超低碳貝氏體組織。但如何按這一思路研制出新型焊條、焊絲和焊劑等不同類型焊接材料如何按這一思路研制出新型焊條、焊絲和焊劑等不同類型焊接材料,還有還有些問題需要進一步研究解決。些問題需要進一步研究解決。 (7) (7)對實心焊絲對實心焊絲CO2CO2氣體保護焊氣體保護焊, ,如何降低

14、焊縫金屬含如何降低焊縫金屬含硫量是一個難題硫量是一個難題, ,目前國內外用于目前國內外用于CO2CO2氣體保護焊的實心焊氣體保護焊的實心焊絲絲, ,一般一般W(S)0.01%W(S)0.01%。這是因為硫是表面活性元素。這是因為硫是表面活性元素, ,微量的微量的硫可以降低焊接飛濺和改善焊縫成形。如果焊絲中硫可以降低焊接飛濺和改善焊縫成形。如果焊絲中W(S)0.005%,W(S)0.005%,發(fā)現(xiàn)焊接飛濺明顯增大發(fā)現(xiàn)焊接飛濺明顯增大, ,焊縫成形不良。要焊縫成形不良。要解決這個問題解決這個問題, ,除在焊絲中增加其它表面活性元素、或采除在焊絲中增加其它表面活性元素、或采用含有表面活性元素的特種涂

15、層焊絲用含有表面活性元素的特種涂層焊絲( (不鍍銅焊絲不鍍銅焊絲) )外外, ,還還可采用新型數(shù)字化逆變焊機可采用新型數(shù)字化逆變焊機, ,也可使含硫量極低的焊絲在也可使含硫量極低的焊絲在焊接時降低飛濺、改善成形。從而有效地解決這一問題。焊接時降低飛濺、改善成形。從而有效地解決這一問題?？傊傊? ,隨著鋼材品質的提高隨著鋼材品質的提高, ,改善了鋼材的焊接性能改善了鋼材的焊接性能, ,使不使不少品種的鋼材從少品種的鋼材從“可焊可焊”變?yōu)樽優(yōu)椤耙缀敢缀浮薄Ｔ谶@方面。在這方面, ,中國中國是從是從2020世紀世紀9090年代開始有大的進步年代開始有大的進步, ,預計在預計在20102010年左右年

16、左右, ,將將接近國外的先進水平。接近國外的先進水平。 鋼材焊接性的評定方法鋼材焊接性的評定方法5.3 鋼材焊接性的評定方法鋼材焊接性的評定方法1.評定標準評定標準 （1）碳當量）碳當量(Ce)公式；（小于公式；（小于0.18） （2）焊接冷裂紋敏感指數(shù)）焊接冷裂紋敏感指數(shù)Pcm； （0.070.22）2.試驗方法試驗方法 Y Y形坡口焊接裂紋試驗方法、搭接接頭形坡口焊接裂紋試驗方法、搭接接頭(CTS)(CTS)焊接裂紋試驗方法、焊接裂紋試驗方法、T T形接頭焊接裂紋試驗方形接頭焊接裂紋試驗方 法、法、壓板對接壓板對接(FISCO)(FISCO)焊接裂紋試驗方法、插銷冷裂焊接裂紋試驗方法、插銷

17、冷裂紋試驗方法紋試驗方法 （2005年已廢除）中國焊接材料的發(fā)展態(tài)勢中國焊接材料的發(fā)展態(tài)勢 6. 6.中國焊接材料的發(fā)展態(tài)勢中國焊接材料的發(fā)展態(tài)勢 6.16.1焊接自動化進展推動焊接材料品種結構的調整焊接自動化進展推動焊接材料品種結構的調整 2020世紀世紀8080年代中期年代中期, ,國外發(fā)達國家焊條占焊接材料的比國外發(fā)達國家焊條占焊接材料的比例為例為50%50%左右。到左右。到20042004年歐洲、北美年歐洲、北美( (美國和加拿大美國和加拿大) )、日本、日本在消耗的焊接材料中在消耗的焊接材料中, ,焊條的比例均已小于焊條的比例均已小于20%,20%,見表見表3 3。 近年來近年來,

18、,中國少數(shù)行業(yè)及部分企業(yè)的焊接自動化和半自中國少數(shù)行業(yè)及部分企業(yè)的焊接自動化和半自動化率已到動化率已到70%70%以上以上, ,但就全國而言但就全國而言,2006,2006年全國消耗的焊接年全國消耗的焊接材料中材料中, ,手工焊條仍占手工焊條仍占56%56%左右左右, ,也就是說也就是說, ,焊接自動化和半自焊接自動化和半自動化率尚不到動化率尚不到50%50%。但當前焊接自動化進展明顯加快。但當前焊接自動化進展明顯加快, ,預測預測5 5年后年后, ,中國焊接自動化和半自動化率可以達到中國焊接自動化和半自動化率可以達到70%70%左右左右, ,見表見表4. 4. 國家或地區(qū) 需求量/萬噸 產品

19、結構比例（%） 焊條 氣體保護焊絲 埋弧焊接材料 藥芯焊絲 歐洲 50 17 65 7 11 北美 45 18 58 5 19 日本 32.5 14 48 11 27表表3 2004年發(fā)達國家的焊接材料需求量和使用比例年發(fā)達國家的焊接材料需求量和使用比例表表4 中國焊接材料的產量和結構比例中國焊接材料的產量和結構比例 國家或地區(qū) 產量/萬噸 產品結構比例（%） 焊條 氣體保護焊絲 埋弧焊接材料 藥芯焊絲 2000年 約114 80 9.5 12.2 0.5 2006年 約320 56 28 10 3.8預測5年以后 390420 2532 4555 1114 510 國家或地區(qū) 需求量/萬噸

20、產品結構比例（%） 焊條 氣體保護焊絲 埋弧焊接材料 藥芯焊絲 歐洲 50 17 65 7 11 北美 45 18 58 5 19 日本 32.5 14 48 11 276.2焊接材料發(fā)展中值得關注的若干問題焊接材料發(fā)展中值得關注的若干問題（1 1）關于藥芯焊絲的發(fā)展前景）關于藥芯焊絲的發(fā)展前景 進入進入2121世紀以來世紀以來, ,中國藥芯焊絲的發(fā)展極為迅速。據(jù)測算中國藥芯焊絲的發(fā)展極為迅速。據(jù)測算, ,目前全世界藥芯焊絲產量為目前全世界藥芯焊絲產量為45455050萬噸萬噸, ,國外以日本的產量國外以日本的產量最多最多,2006,2006年產量為年產量為11.7811.78萬噸。而中國萬噸

21、。而中國20062006年產量為年產量為1212萬噸萬噸( (其中出口外銷約其中出口外銷約2 2萬多噸萬多噸, ,國內消費國內消費9 9萬多噸萬多噸),),已超過日本已超過日本, ,成為全世界藥芯焊絲產量最高的國家。成為全世界藥芯焊絲產量最高的國家。 而且目前發(fā)展勢頭極為高漲而且目前發(fā)展勢頭極為高漲, ,中國的民族焊接材料企業(yè)中國的民族焊接材料企業(yè), ,包括安泰公司、大橋集團、金橋集團、大西洋、三英公司和包括安泰公司、大橋集團、金橋集團、大西洋、三英公司和鐵錨公司等公布的藥芯焊絲規(guī)劃產能達鐵錨公司等公布的藥芯焊絲規(guī)劃產能達3535萬噸萬噸, ,在中國設廠在中國設廠的的7 7家外商企業(yè)宣傳的藥芯

22、焊絲規(guī)劃產能已超過家外商企業(yè)宣傳的藥芯焊絲規(guī)劃產能已超過2020萬噸。因萬噸。因此此, ,總計規(guī)劃產能達總計規(guī)劃產能達5555萬噸萬噸, ,已超過目前全世界藥芯焊絲的總已超過目前全世界藥芯焊絲的總產量。產量。 藥芯焊絲對市場的占有份額藥芯焊絲對市場的占有份額,還將受到實心焊絲氣體保護還將受到實心焊絲氣體保護焊的焊機和焊絲改進的影響。焊的焊機和焊絲改進的影響。 因為結構鋼藥芯焊絲其突出優(yōu)點因為結構鋼藥芯焊絲其突出優(yōu)點,一是可以使用大電流一是可以使用大電流施焊施焊,焊接效率高焊接效率高,二是適合于全位置焊接二是適合于全位置焊接,作業(yè)性能好。其突作業(yè)性能好。其突出缺點出缺點,一是焊接煙塵多一是焊接煙

23、塵多,對作業(yè)環(huán)境的污染大對作業(yè)環(huán)境的污染大;二是焊絲嚴重二是焊絲嚴重吸潮后吸潮后,不易復烘不易復烘,吸潮后焊絲將報廢吸潮后焊絲將報廢;三是厚板多層焊的性能三是厚板多層焊的性能易受工藝因素影響而波動。易受工藝因素影響而波動。 今后幾年今后幾年,如果隨著新型焊接電源控制技術的進步和實心如果隨著新型焊接電源控制技術的進步和實心焊絲性能的改進焊絲性能的改進(例如采用不鍍銅的特種涂層焊絲例如采用不鍍銅的特種涂層焊絲),能使實心能使實心焊絲焊絲CO2氣體保護焊的焊接效率和作業(yè)性能與藥芯焊絲基本氣體保護焊的焊接效率和作業(yè)性能與藥芯焊絲基本相當相當,一些用戶會優(yōu)先選用相對便宜的實心焊絲。這樣一些用戶會優(yōu)先選用

24、相對便宜的實心焊絲。這樣,藥芯藥芯焊絲的發(fā)展方向焊絲的發(fā)展方向,將部分轉向多品種的低合金鋼特種藥芯焊將部分轉向多品種的低合金鋼特種藥芯焊絲、不銹鋼藥芯焊絲和堆焊及噴焊藥芯焊絲。絲、不銹鋼藥芯焊絲和堆焊及噴焊藥芯焊絲。 （2）不銹鋼焊接材料）不銹鋼焊接材料 2006年中國不銹鋼的表觀消費量達到年中國不銹鋼的表觀消費量達到645萬噸萬噸,與與2000年年188萬噸相比萬噸相比,6年時間增長了三倍多。因此近年來不銹年時間增長了三倍多。因此近年來不銹鋼焊接材料也快速增長鋼焊接材料也快速增長,從從2000年的年的1.1萬噸萬噸,增長到增長到2006年年的的5萬噸左右。預計萬噸左右。預計2010年中國不銹

25、鋼的消費量將達年中國不銹鋼的消費量將達810萬萬噸噸,今后幾年不銹鋼焊接材料也將每年增長今后幾年不銹鋼焊接材料也將每年增長10%以上以上,預計預計總量將超過總量將超過7萬噸。詳見表萬噸。詳見表5。 年年 份份 表觀消費量表觀消費量 焊材消費量焊材消費量2000 188 1.12006 645 5.02010 810 7.0表表5 近年來不銹鋼及其焊接材料消費量的增長近年來不銹鋼及其焊接材料消費量的增長 萬噸萬噸 還必須關注不銹鋼品種調整對焊接材料需求還必須關注不銹鋼品種調整對焊接材料需求的變化。近年來金屬鎳的價格猛漲的變化。近年來金屬鎳的價格猛漲, ,使使300300系鎳鉻系鎳鉻奧氏體不銹鋼的價格在近一年的時間內