药芯焊丝

　　早在1950年代初气保护药芯焊丝便已开始开发问市，但至1957年才开始广为商业上使用。此种方法可说是取自埋弧焊与CO2焊接（指实心）的优点组合而成，焊剂包在焊丝内并藉外围CO2气体的保护可使焊接时产生较柔和且稳定的电弧以及低飞溅为其特点。开发之初只有大丝径焊丝（2.0—4.0mm），用于重大工件的平焊与横焊。直至1972年小丝径焊丝开始发展才大大的扩展了药芯焊丝使用的领域。

　　自保护药芯焊丝是在气保护药芯焊丝问市不久便被发展出来而且也很快的被工业界广为认同于特定的用途上。

　　两者最大的不同点在第二单元便已有所述明，本单元将做整体的探讨。

　　2、 药芯焊丝^[1]的制造

　　药芯焊丝的制造过程控制非常严谨，由于熔填金属来自钢片皮材及焊剂所含的成份，制造前尺寸与化学成份均需详细核对以确保品质。

　　由于焊材内部空间受到限制，焊剂颗粒的大小愈显得重要，颗粒间形成类似鸟巢般结合在一起，焊剂成份元素不均匀。

　　绝大部分的药芯焊丝均由一扁平金属薄片长条逐段经过滚卷成U型断面，粒状焊剂填充于U型金属槽中然后再经最后的密封滚卷步骤，将焊剂紧紧的滚压在管形焊丝内

　　卷成管形的焊丝再经过一连串抽拉动作成为最后需要的丝径，此抽拉的动作也可以使填充的焊剂均匀的固定在焊丝皮材内。

　　制造/生产过程中如何不使焊丝内因管制不良而造成部分线材形成中空（没有焊剂）是药芯焊丝生产品质的关键。另外线材表面亦需光滑平顺且清洁否则将影响送丝的顺畅及焊接电流的传迅。焊丝包装成卷或成桶以避免线材相互纠缠或折损，通常成卷丝材均以塑胶套包封后并放置干燥剂使避免材料受潮，包封后的材料再放入硬纸盒内送出。

　　在皮材较厚时断面多为对接（BUTT）方式且焊剂量较少，绝大多数的碳钢及低合金钢，丝径在2.8mm及以下均为此种形状断面，类如不锈钢等高合金且丝径较大时，丝材内需较大的空间包容焊剂与合金元素断面形状则多成叠接或心形（LAP及HEART SHAPED）接头。

　　3、 药芯焊丝的特征：

　　前已述及药芯焊丝突显了许多焊接方法的有利特性，例如焊剂部分扮演了与被覆焊条能改善熔填金属化学成分与机械性之功能。生产效率上又有气体保护金属电弧焊及埋弧焊的特点。

　　药芯焊丝可用于碳钢，低合金高张力钢，高强度淬火回火钢，不锈钢以及硬面耐磨钢材等的焊接。

　　3.1、焊剂成份所扮演的功能：

　　与被覆焊条相同，药芯焊丝的制造商对焊剂成份均为其特有的配方，随着焊材适用的功能不同，焊剂成份组成亦各不同。

　　焊剂成份的基本功能略述如下：

　　（1）除氧剂与除氮剂

　　由于氮与氧可使焊道金属造成气孔或脆化，焊剂中必须添加锰与硅等除氧剂，至于自保护药芯焊丝，焊剂中另需添加AL为除氮剂。以上添加除氧剂及除氮剂目的均在于净化熔填金属。

　　（2）焊渣形成剂

　　钙、钾、钠或硅等均为焊渣形成剂，添加在焊剂中可以有效保护熔池不受大气污染，焊渣可使焊道具较佳的外观而且快速冷却后又可以支撑全姿势焊接时的熔池。焊渣的覆盖更可缓和熔填金属冷却速率，此功能对低合金钢的焊接尤其重要。

　　（3）电弧稳定剂

　　钠及钾可以使电弧保持柔和顺畅而且降低飞溅。

　　（4）合金元素

　　钼、铬、碳、锰、镍及钒等合金元素的添加，可以提高（改善）熔填金属的强度、延性、硬度及韧性等。

　　（5）气体形成剂

　　氟石、石灰石等需添加在自保护药芯焊丝中使燃烧产生保护气体。

　　3.2 焊渣的类别

　　焊剂的成份决定焊材的焊接作业性与熔填金属的机械性，焊剂成份中若以酸性为主，焊接后便生成酸性焊渣，同样的以碱性（石灰质）焊剂为主将产生碱性焊渣。酸性系统的焊材焊接性非常好，焊接过程中电弧平顺稳定，形态类似射流弧，飞溅量少，作业上广为焊接人员所喜欢，熔填金属机械性普通但可达AWS规范的要求。

　　焊剂为碱性系统的焊材可使熔填金属获得非常优良的延性与韧性，但作业性远较酸性系为差。熔滴的过渡多以球滴过渡为主，飞溅较多。

　　近年来，低合金钢焊材的焊剂系统的开发融合了酸性系的作业性与碱性系的优良机械性。

　　药芯焊丝按不同的情况有不同的分类方法。

　　按保护情况可分为气体保护（CO2、富Ar混合气体）和自保护两种。

　　按焊丝直径可分为细直径（2.0mm以下）和粗直径（2.0mm以上）。

　　按焊丝断面可分为简单断面和复杂断面。

　　按使用电源可分为交流陡降特性电源和直流电源。

　　按填充材料可分为造渣型药芯焊丝（氧化钛型、钛钙型、氟钙型）和金属粉芯药芯焊丝。

　　从药芯焊丝的开发及应用角度来看可作如下分类： 　　

造渣型气保护药芯焊丝可分为CO2气体保护药芯焊丝，主要品种用于碳钢、50公斤级低合金结构钢（全位置焊接）、高强度钢（60－70公斤级）、低温钢（－45℃、－60℃冲击韧性）、耐热钢（1.25Cr-0.5Mo系，2.25Cr-1Mo系）、耐候钢（涂装与非涂装）、不锈钢（焊接SUS304、304L、316、316L、317、317L、321、347、309S不锈钢）、耐磨堆焊（Hv250、Hv350、Hv450、Hv600）。

　　造渣型气保护药芯焊丝可分为富Ar混合气体保护药芯焊丝，主要品种用于碳钢、50公斤级低合金结构钢（全位置焊接）、高强度钢（60－70公斤级）、低温钢（－45℃、－60℃冲击韧性）、耐磨堆焊（13Cr-2Ni系）。

　　金属粉芯药芯焊丝可分为CO2气体保护药芯焊丝，主要品种用于碳钢、50公斤级低合金结构钢、高强度钢（60公斤级）、耐磨堆焊（高Cr-Fe系，Hv800）。

　　金属粉芯药芯焊丝可分为富Ar混合气体保护药芯焊丝, 主要品种用于碳钢、50公斤级低合金结构钢、、低温钢（－60℃冲击韧性）、不锈钢（13Cr-5Ni系，13Cr-4Ni-Mo系，17Cr系）、耐磨堆焊（13Mn系、16Mn-16Cr系）。自保护药芯焊丝主要品种用于碳钢、50公斤级低合金结构钢和耐磨堆焊。

　　总体看来药芯焊丝主要分为自保护药芯焊丝和气保护药芯焊丝，气保护药芯焊丝通常分为两种渣系，即酸性和碱性（T1和T5）。酸性渣系药芯焊丝工艺性能很好，可进行全位置焊接，该类型渣系药芯焊丝是造船工业最广泛使用的典型高效焊接材料。碱性药芯焊丝的焊缝金属有较好的净化作用，通过适当的配方调整可以获得优良的工艺性能，适合于平焊、平角焊位置。

　　药芯焊丝主要渣系特点介绍如下。 　　

全位置药芯焊丝药粉填充系数为13～16%，主要选用TiO2含量为92%以上的金红石，占药粉重量的35～55%，铁粉占药粉重量的15～30%。另加适量的SiO2、 ZrO2 、Al2O3、MgO组成适当的熔渣，适合于全位置焊接的基本条件，添加适量的含K、Na元素稳弧剂提高电弧的稳定性，最好是预先处理的烧结粉料。添加适量铝粉、铝镁粉提高焊缝抗气孔的能力，添加适量Si、Mn铁合金获得相应的化学成分和力学性能。该渣系焊丝的主要特点，电弧稳定、飞溅小、脱渣容易，细直径药芯焊丝适合全位置焊接。但熔渣本身氧化性较大，焊缝金属的低温韧性较低，一般用于碳钢和某些低合金钢的焊接。造船业大量采用这类药芯焊丝，也是产量最大的品种。