環(huán)保型無鍍銅CO2氣體保護焊實心焊絲(GMAW生產(chǎn)及應(yīng)用)

1、環(huán)保型無鍍銅CO2氣體保護焊實心焊絲（GMAW）生產(chǎn)及應(yīng)用賈 軍1，梁貽謀2(1.昆山中冶寶鋼焊絲廠，江蘇 昆山 215333；2.上海洗霸科技有限公司，上海，200437)摘要：本文介紹了無鍍銅焊絲和鍍銅焊絲的比較、生產(chǎn)實踐環(huán)節(jié)方面的主要技術(shù)難點和性能，同時介紹了GMAW無鍍銅焊絲的相關(guān)特點、同行以及其現(xiàn)場使用方面的情況，并對今后的發(fā)展做了一些預(yù)測。文章中的觀點鮮明，對焊絲鍍銅和防銹的觀點作了理論和實踐的分析，有說服力，所涉及的工藝、新材料介紹詳細，數(shù)據(jù)準確可靠，可作為同行業(yè)研制、生產(chǎn)無鍍銅焊絲的技術(shù)支持；同時文章的主要觀點代表了我國焊材研究和發(fā)展的方向，值得發(fā)揚光大。無鍍銅焊絲的生產(chǎn)應(yīng)用是

2、大勢所趨，將是我國焊絲生產(chǎn)應(yīng)用的主流；應(yīng)大力宣傳、推廣應(yīng)用無鍍銅焊絲，造福了焊接界和全國人民。關(guān)鍵詞：環(huán)保；無鍍銅；焊絲； 焊接；存在的問題Production and Application of Envi-protection Non-Copper Coated Solid Welding Wire for CO2 Shielded WeldingJIA Jun，LIANG Yi-mou(1. Kunshan MCC Baosteel Welding Wire Factory，Kunshan 215333，China；2.Shanghai Emperor of Cleaning Tech

3、Co.,Ltd，Shanghai 200437，China)Abstract The paper introduces the comparison between non-copper coated and copper coated welding wires including the major technical difficulties and property in production and practical application. Meanwhile, the paper also introduces the relevant characteristics and

4、field application of GMAW non-copper coated welding wires. Furthermore, some predictation is made for future development. The viewpoint is quite obvious by analyzing the copper-coated wires and the anti-corrosion function from theoretical and practical perspectives which is convincing. The concerned

5、 process, new materials based on accurate datum can be referenced by welding wire manufacturer and also functioned as technical supporting for production. Meanwhile, the main viewpoint stands for the developing trend of Chinese welding material research.The production and application of non-copper c

6、oated welding wires will be the mainstream for future welding wire production. Therefore, it is worthwhile to promote using non-copper coated wires.Keywords Environmental Protection, Non-copper Coated; Wire; Welding; Existing Problems賈軍一、 單位名稱中文名稱：昆山中冶寶鋼焊絲廠英文名稱：Kunshan MCC Baosteel Welding Wire Fact

7、ory 二、個人簡歷出生日期：1977年7月 籍 貫：山西省大同市 職 稱：主任工程師/生產(chǎn)制造部副部長學(xué) 歷： 大學(xué)本科 性 別： 男 主要從事工作： 主持公司的生產(chǎn)制造部相關(guān)工作。日常工作側(cè)重于生產(chǎn)、技術(shù)、質(zhì)量和新品新工藝的開發(fā)工作。一、引言我國是全世界鋼材、焊材生產(chǎn)和消耗量最多的國家，2010年我國的鋼產(chǎn)量將達5.7億噸左右，占世界鋼產(chǎn)量將超過47%；焊接材料消耗量將超過440萬噸。 在經(jīng)過近二十多年來的推廣應(yīng)用，CO2氣體保護焊工藝（GMAW、FCAW-G）作為一種高效、優(yōu)質(zhì)、低成本的焊接技術(shù)，已經(jīng)在造船、壓力容器、車輛、建筑工程、礦山機械、鋼結(jié)構(gòu)、石油化學(xué)、橋梁等諸多行業(yè)取得了廣泛的

8、應(yīng)用，贏得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，因此、CO2氣體保護焊的焊絲使用也愈來愈多。2010年我國的CO2氣體保護焊（GMAW、FCAW-G）焊絲的產(chǎn)量將超過80萬噸，已經(jīng)成為焊接材料的主流。隨著今后焊接的自動化程度越來越高，其消耗量和在焊材中的比例還將持續(xù)較快增加。在GMAW、FCAW-G焊接中，目前應(yīng)用最多的焊材是CO2氣體保護焊鍍銅實心焊絲。經(jīng)過近二十年來的使用，其工藝、性能、價格等具有較大的優(yōu)勢，采用CO2鍍銅實心焊絲已經(jīng)成為MAG焊接的標(biāo)準，因此、在眾多場合下CO2氣體保護焊（GMAW）鍍銅實心焊絲還很難被替代。但是，隨著時代的進步，CO2氣體保護焊（GMAW）鍍銅實心焊絲開始面臨著無

9、鍍銅焊絲新的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)將會對其產(chǎn)生重大的影響、一定程度上將影響焊接材料生產(chǎn)的方向和主流。二、綠色制造理念將推動鋼結(jié)構(gòu)焊材的變革順應(yīng)我國建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展軌跡，我國焊接材料必定向更加高級的方向發(fā)展；節(jié)能減排的綠色制造理念必將推動焊接鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝的變革、以無鍍銅焊絲為代表的新型焊材將應(yīng)運而生。這是CO2氣體保護焊（GMAW）鍍銅實心焊絲面臨的最大外部壓力：（一）、CO2氣體保護焊（GMAW）鍍銅實心焊絲的生產(chǎn)的環(huán)保問題。CO2氣體保護焊（GMAW）鍍銅實心焊絲的生產(chǎn)過程對環(huán)境的污染較大，對環(huán)境的主要污染源是鍍銅液，其次是各種酸堿等化學(xué)品的使用及各種酸堿霧氣等。在鍍銅液方面，根據(jù)其使用的工藝

10、方法不同，其污染程度有所不同，目前行業(yè)內(nèi)一般使用三種工藝進行鍍銅生產(chǎn)：1、是全過程使用電鍍；2、是使用電鍍和化鍍結(jié)合的方式；3、是全程使用化鍍。一般而言，電鍍方式對環(huán)境污染較大，尤其是采用了氰化物的場合，對環(huán)境危害極大；化鍍的方式相對較好。但無論化學(xué)鍍還是電鍍，其鍍液及其蒸氣對人體都有極大的危害，同時廢棄的酸堿液還會進一步污染環(huán)境。隨著國家經(jīng)濟發(fā)展方式向可持續(xù)發(fā)展模式的轉(zhuǎn)化，過去在部分行業(yè)那種以犧牲環(huán)境求發(fā)展的經(jīng)營模式將被拋棄；環(huán)境、健康與安全成為未來制造業(yè)發(fā)展的重要驅(qū)動力之一。所以、相對應(yīng)的環(huán)保政策也將越來越嚴厲，對相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)的壓力勢必將越來越大。（二）、使用過程中的污染。我們的認識與行業(yè)

11、內(nèi)通行的一般看法不同：由于拉絲過程中鋼絲表面產(chǎn)生微小凹凸不平，由此增大摩擦力、造成拉絲不穩(wěn)定、進而影響產(chǎn)品質(zhì)量；人們?yōu)榱私鉀Q拉絲穩(wěn)定性的問題、而采用的當(dāng)時認為和其他技術(shù)相比較效果最好的焊絲鍍銅技術(shù)；因此、實心焊絲鍍銅最初的目的只是起到在拉絲過程中的潤滑作用，主觀目的不是對焊絲起防銹、導(dǎo)電和降低送絲導(dǎo)電嘴的磨損作用；鍍銅層這些作用都是后來才被人們逐漸發(fā)現(xiàn)的。正是由于鍍銅層的存在，帶來了對焊接接頭綜合性能的影響：眾所周知：對焊縫而言，銅是有害元素，過多的銅元素對焊接質(zhì)量是不利的；另外對焊絲本身成分而言，會對焊縫和熔敷金屬造成污染，因此人們不希望增加鍍銅層厚度；尤其在有些特殊使用場合，為了保證焊接質(zhì)

12、量需要嚴格控制焊絲鍍銅層厚度。另一方面，銅層在焊接的時候大部分都形成了銅煙霧；根據(jù)德國金屬制造業(yè)健康與安全委員會編制的在焊接及相關(guān)工藝過程中的有害物質(zhì)一文描述：近95的焊接煙霧來自于填充金屬。因此焊絲表面鍍的銅不可避免的大量進入焊接煙塵中，成為煙塵中的主要有毒物質(zhì)。焊工吸入過量含銅煙塵可引起金屬銅煙霧熱急性綜合癥，銅鹽能引起腸胃功能紊亂，可出現(xiàn)溶血和肝、腎損害，直接對焊工身體造成了損害。（三）、鍍銅CO2實心焊絲本身的質(zhì)量問題鍍銅CO2實心焊絲在擁有眾多優(yōu)點的同時，在實際使用過程中也暴露出了其三個主要的不足之處：1、銅層易剝落問題。這個問題是CO2氣體保護焊（GMAW）鍍銅實心焊絲在使用過程中

13、暴露的主要問題。在焊絲的生產(chǎn)過程中：焊絲表面的銅層經(jīng)過層繞過程中矯直輪的擠壓以及與送絲軟管的長時間摩擦后，部分鍍銅層與基體剝離，在焊接迭絲的過程中，這部分鍍銅層會被刮落，大量的銅屑聚集于送絲軟管內(nèi)，主要是集中在導(dǎo)電嘴附近，造成送絲軟管堵塞，影響送絲的穩(wěn)定性，對焊縫成型產(chǎn)生很大影響；尤其是在精確焊接的機器人全自動焊接工序中，對焊絲的鍍銅質(zhì)量要求非常高；在寶鋼機器人全自動焊接實踐中，我們發(fā)現(xiàn)：焊絲銅屑會在焊接過程熔入焊道中而無法避免，對焊縫產(chǎn)生不良影響，甚至有的往往使焊接不能正常進行；這也是鍍銅實心焊絲無法消除的品質(zhì)難題。2、焊接飛濺大，焊縫成型差。鍍銅CO2實心焊絲在焊接過程中飛濺大，焊縫成型差

14、是一個“老、大、難”問題；尤其是在鍍銅層與鐵基層結(jié)合力不好及表面質(zhì)量不好的時候，反映的尤為明顯；從焊接的表觀現(xiàn)象看是焊接過程飛濺大、導(dǎo)致的焊縫成型不好，實際上是由于焊絲質(zhì)量問題造成的焊接參數(shù)不穩(wěn)定造成飛濺而影響成型。與無鍍銅焊絲相比，鍍銅焊絲不僅飛濺較大而且焊縫凸起，顏色偏暗。3、防銹問題。鍍銅焊絲的生銹從表面的理解一般是包裝問題、車間濕度問題等，但從本質(zhì)上講，鍍銅焊絲易生銹的根本原因是電化學(xué)腐蝕造成的：從電化學(xué)的原理出發(fā)，銅對鐵的防蝕是陰極防護，必須致密無孔才能達到防蝕的目的。但鍍銅CO2實心焊絲，焊縫中銅含量較高對焊縫的力學(xué)性能不利，各國標(biāo)準中都有嚴格的規(guī)定。經(jīng)檢測，m，遠遠小于達到致密要

15、求的5m，而且采用通常的化學(xué)鍍方法鍍銅層和鐵基焊絲結(jié)合的緊密性難以得到良好控制。因此這種不很致密的鍍銅層，不但不能保護內(nèi)部鐵基焊絲，反而加速了鐵基焊絲在腐蝕介質(zhì)中的腐蝕。因此采用鍍銅層作為氣體保護焊絲的防蝕層是不合理的。 基于上述原因，我們從2007年開始進行了無鍍銅CO2實心焊絲生產(chǎn)的相關(guān)工作，在江蘇昆山焊絲廠、浙江精工、上海洗霸、寶鋼及相關(guān)輔料廠家的大力支持下，現(xiàn)已取得階段性成果，并且已經(jīng)實現(xiàn)了一定的批量供貨?，F(xiàn)對無鍍銅焊絲生產(chǎn)做一個階段性總結(jié)，并于同行做一個交流，希望能對無鍍銅焊絲的開發(fā)和推廣起到一定的作用。三、CO2氣體保護焊無鍍銅實心焊絲的生產(chǎn)實踐鍍銅焊絲的生產(chǎn)存在三個最大的技術(shù)難點

16、：一是導(dǎo)電性；二是防銹性能；三是送絲性能。因此無鍍銅焊絲的生產(chǎn)要圍繞克服這三個問題綜合考慮工藝。國內(nèi)目前普遍的一種對無鍍銅焊絲的理解為特種涂層焊絲，各個廠家的涂層的成分和表面處理方式各有不同，因此影響到最終的焊絲使用性能不同，優(yōu)良的涂層和表面處理方式不但可以起到防銹及潤滑的作用，還可以起到穩(wěn)定電弧和減少焊接飛濺的作用。但實際上，通過對國外無鍍銅焊絲的分析，應(yīng)該還有一種理解，即通過適當(dāng)處理方式使表面暗化或表面增加其他的保護層，同時保證其表面的光潔性，以達到最終的無鍍銅要求。不論采用上述何種思路進行，對半成品的前處理和后處理要求都是很高的，有資料稱：日本廠家采用了極復(fù)雜的清洗技術(shù)、極復(fù)雜涂布方式來

17、處理焊絲，這造成了成本的居高不下。也造成了推廣應(yīng)用上的困難。而這些方式也是可以改進的。我們經(jīng)過多次的試驗研究，最終采取了結(jié)合上述兩種方法的工藝流程。（一）、總的工藝流程 用ECH-GZJ清洗和預(yù)成膜拉拔脫脂和GZJ成膜拋光及后處理層繞包裝在一些生產(chǎn)廠家中，采用鹽酸酸洗工藝作為鋼絲的前置處理，雖然質(zhì)量能夠達標(biāo)，但仍然沒有解決好環(huán)保的問題，至少可以說沒有徹底的解決排放問題；我們采用的兩種特殊清洗液基本上解決了這一難題。在這一過程中我公司獲得了上海洗霸科技有限公司的大力支持和協(xié)助。ECH-GZJ-5清洗液是目前理想的前置處理清洗液，ECH-GZJ-5富含多種無機有機化學(xué)藥品，按一定比例進行復(fù)合反應(yīng)而

18、成，在常溫下約5分鐘左右能徹底清除線材表面的氧化物（浮銹、氧化皮）呈現(xiàn)金屬本色，為焊絲化學(xué)鍍膜提供良好的金屬基礎(chǔ)，經(jīng)前道處理焊絲拉拔達到要求后，再經(jīng)ECH-GZJ-6號焊絲專用鍍膜劑進行化學(xué)鍍膜后（約10秒內(nèi)），焊絲表面形成均勻致密的GZJ膜，在相對濕度不大于70%的環(huán)境下，90天內(nèi)不會二次返銹。ECH清洗液具有比鹽酸更強的除銹能力；PH值不變，清洗速度不變，因此、在清洗過程中可隨時補充原液保證PH值而無廢液排放。GZJ環(huán)保型多功能高效工業(yè)清洗液，也是理想的除銹成膜清洗液；它是由多種無機，有機化學(xué)藥品按一定比例和工序進行復(fù)合反應(yīng)而成；其中酸性氧化物，緩蝕劑、滲透劑、剝離劑、絡(luò)合劑、表面活性劑及

19、含H、C、P和N基的特殊雜環(huán)化合物相互作用，滲入金屬和氧化鐵垢的界面、氫離子、氧化性離子及陰離子等快速進行化學(xué)反應(yīng)，并在裸露的金屬表面不斷形成致密完整的鈍化膜，使除銹鈍化一次完成，在使用過程中可視PH的降低添加原液，因而無廢液排放；由于GZJ膜和其他清洗液形成的膜相比較，耐蝕能力最強，因此、最適合無鍍銅焊絲清洗成膜（見表1）。表1 五種鈍化劑鈍化膜成膜情況比較表序號鈍化膜名稱顏色致密性均勻性自然大氣下耐蝕能力1聯(lián)氨膜棕色稍松均勻維持2周以上不生銹2亞硝酸鈉膜鋼灰色致密均勻維持1月以上不生銹3丙酮（月虧 ）膜銀灰或灰色致密均勻維持1月以上不生銹4EDTA膜鋼灰色致密均勻維持2月以上不生銹5GZJ

20、膜鋼灰色致密均勻維持3月以上不生銹（二）、各工序簡介及注意事項1、清洗和預(yù)成膜該工序的主要作用除去鋼絲表面的氧化皮同時形成一定的保護膜。與普通的鍍銅焊絲生產(chǎn)的酸洗要求不同，普通的鍍銅焊絲生產(chǎn)的酸洗只需要將氧化皮去除即可，對清除的徹底性要求不是特別高，尤其是在拉細絲的時候。但對無鍍銅焊絲而言其要求就很高，任何的清洗不徹底到最后都會直接反應(yīng)到成品中去，因此、這道工序特別重要；在清洗環(huán)節(jié)我廠也經(jīng)過一定時間的摸索而獲得成功；例：鹽酸洗和ECH-GZJ新型清洗液洗方式的比較（見表2、3）： 表2 成本方面比較清洗溶液鹽酸消耗廢酸處理費用 （元/噸）污水處理費 （元/噸）合計 （元/噸）消耗量 （kg/噸

21、）鹽酸單價 （元/kg）費用（含稅） （元）鹽酸溶液28.8 0.6 18.2 9.3128.5 ECH-GZJ新型清洗液10.0 2.5 25.0 0128.5表3 其他方面的對比清洗溶液清洗時間濃度控制方式清洗效果有無氫脆現(xiàn)象對金屬基體腐蝕情況廢酸率鹽酸溶液20分鐘（新酸）化學(xué)溶液測試良，對銹蝕嚴重和新材料清洗不徹底有較大70%ECH-GZJ新型清洗液5分鐘（新配）PH試紙測試，調(diào)整PH值優(yōu)，徹底干凈，可配合成膜工序一道進行無很小基本沒有從上可知，清洗液的不同對鋼線清洗效果影響很大，同時對環(huán)境的影響程度有很大不同。2、拉拔工序通過實踐可知，在該工序的主要技術(shù)難點是潤滑粉的選擇、表面質(zhì)量和半

22、成品尺寸的控制。在潤滑粉方面除了要考慮到拉拔工序的要求外，還有考慮到其對后工序的要求，因此在拉拔的不同環(huán)節(jié)需要做不同的綜合考慮。在半成品尺寸方面也要綜合考慮到后工序的要求。3、脫脂和成膜工序脫脂工序是實現(xiàn)焊絲表面光潔的極重要工序。目前國內(nèi)行業(yè)內(nèi)通用的方式是采用如下流程：熱水洗電解堿洗電解酸洗；該工藝的主要弊端為：工序之間的交互影響大。堿液溶液帶到酸洗中，從而使酸洗的有效作用大大降低。浪費了硫酸和堿，能耗大；因此在實際的生產(chǎn)中我們也了解了其他不同的方式，除上述方式外，目前還有如下的方式：、采用化學(xué)溶液方式，采用新型的清洗液清洗和擦拭的方式。該方式是我們目前使用的方式。、機械擦除的方式?，F(xiàn)有這方面

23、的專門設(shè)備，可以達到很好的清洗效果。4、拋光及后處理在該環(huán)節(jié)主要是拋光液的選擇，拋光液主要有水性拋光液和油性拋光液，具體的種類很多，因為無鍍銅焊絲的半成品拋光的摩擦阻力要比鍍銅焊絲大的多，同時因為無鍍銅焊絲成品對表面清潔性也有很高的要求，因此對拋光液的選擇要求很高，見表4：表4 拋光液比較拋光液種類潤滑性成本清潔性油性拋光液良好較高差水性拋光液不同的類型差異大較低不同的差別大建議使用潤滑性和清潔性好的水性拋光液，以獲得更加清潔的焊絲，降低對后處理的影響。無鍍銅焊絲的最后處理，主要目的是希望焊絲具有“光潔”的表面，以更好的滿足焊絲實際使用的高要求，該方面的工藝尤其是輔料選擇很關(guān)鍵。5、層繞包裝：可以按照鍍銅焊絲的包裝方式。四、CO2氣體保護焊無鍍銅實心焊絲性能測試與應(yīng)用無鍍銅焊絲的測試主要進行了如下項目：（一）、焊接工藝測試1、不同焊接參數(shù)下的工藝性能試驗，見表5、6:表5 不同焊接參數(shù)下的工藝性能試驗比較焊接方法氣體流量（L/min）電流（A）電壓（V）工藝性能GMAW152011019導(dǎo)電性良好，工藝性好GMAW152027031導(dǎo)電性良好，工藝性好另外，與鍍銅焊絲相比，在焊接方面，無鍍銅焊絲的飛濺更小，同