[科普中国]-药芯焊丝

药芯焊丝也称粉芯焊丝、管状焊丝，它分为加气保护和不加气保护两大类。药芯焊丝表面与实芯焊丝一样，是由塑性较好的低碳钢或低合金钢等材料制成的。其制造方法是先把钢带轧制成U形断面形状，再把按剂量配好的焊粉填加到U形钢带中，用压轧机轧紧，最后经拉拔制成不同规格的药芯焊丝。1

简介早在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已有所述明，本单元仅做整体的探讨。

另据资料介绍：日本从1985年其焊条占整个焊材的比例从45%下降到20%；而药芯焊丝所占比例已达到近30%。在美国焊条比例下降到不足40%，药芯焊丝则接近40%；西欧各国焊条约占30%，药芯焊丝约占20%。由此可见，药芯焊丝与手工焊条和氩弧焊丝相比有明显的优势，主要是把断续的焊接过程变为连续的生产方式，从而减少了焊接接头的数目，提高了焊缝质量，也提高了生产效率，节约了能源1。

分类药芯焊丝按生产特点又分为有缝和无缝药芯焊丝。无缝药芯焊丝的成品丝可进行镀铜处理，焊丝保管过程中的防潮性能以及焊接过程中的导电性均优于有缝药芯焊丝。

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、埋弧以及明弧四种。

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平特性电源。

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。

常见的气体保护药芯焊丝有：AWS A5.29/5.28 E71T1-C(M), E81T1-K2, E81T1-NI1, E91T1-K2, E101-K3, E111T1-K3，E80C-G, E90C-G, E110C-G等（一般直径1.2mm-1.6mm）

常见的自保护药芯焊丝：一般直径：1.6mm-3.2mm

常见的埋弧堆焊药芯焊丝有：AWS A5.23 F71A, F8A4, F9A4, F11-A8等（一般直径：2.4mm-4.0mm）

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。

耐磨系列DUR 606M

特性与用途：

新型金属粉末包药焊线，适合于各种热锤锻模、陶瓷模具之耐热、耐磨部位制作与焊补。亦可用于中碳钢与低合金钢之表面硬度加强。焊后熔金不须硬化热处理可直接使用，可机加工。

主要成份 Cr Mo Mn Si C Ti

焊接参数：

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DUR 503M

特性与用途：

新型金属粉末包药焊线，适合于各种热作模具钢之重建堆焊与修护焊接，。对于热切模的生产，同样可以通过堆焊制作刀口。由于Cr、Mo含量高，有很优良地高温硬度与热传导率。

注意事项：

（4） 焊补接点需尽量避免于应力发生处。

（5） 焊渣薄膜可以钢刷清除。

技术参数：

硬度 HRC 52-57

主要成份 Cr Mo Mn Si C

焊接参数：

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DUR 453M

特性与用途：

基础型粉末包药焊线，适合于各种热作模具钢之填充堆焊与重建修护焊接，。焊后熔金不须硬化热处理可直接使用，无须软化退火可直接上中心加工机加工。由于Mo含量高，有很优良地热传导率与抗热磨损能力。

技术参数：

硬度 HRC 47-52

主要成份 Cr Mo Mn Si C Ti

焊接参数：

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碳钢和低合金系列1.2.1 490MPa级强度钢用

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1.2.2 620MPa级高强钢用

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1.2.3 760MPa级高强钢用

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制备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1。

特性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，低合金结构钢，耐热钢，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。

药芯焊丝是很有发展前途的新型焊接材料

（1）优点：

1）对各种钢材的焊接，适应性强 调整焊剂（通用型药芯焊丝常称添加物为药芯，焊剂的说法只在特定的药芯焊丝中出现）的成分和比例极为方便和容易，可以提供所要求的焊缝化学成分。

2）工艺性能好，焊缝成形美观 采用气渣联合保护，获得良好成形。加入稳弧剂使电弧稳定，熔滴过渡均匀。

3）熔敷速度快，生产效率高 在相同焊接电流下药芯焊丝的电流密度大，熔化速度快，其熔敷率约为85%-90%,生产率比焊条电弧焊高约3-5倍。

4）可用较大焊接电流进行全位置焊接。

（2）缺点

1）焊丝制造过程复杂

2）焊接时，送丝较实心焊丝困难

3）焊丝外表容易锈蚀，粉剂易吸潮，因此对药芯焊丝保存一管理的要求更为严格

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，焊剂中必须添加强脱氧剂如Al粉 和弱 脱氧剂锰与硅等，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、钠等硅硅酸盐类物质为焊渣（也称熔渣）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

锰 、硅、钼、铬、碳、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工艺性非常好，焊接过程中电弧平顺稳定，多以喷射过渡，飞溅量少，作业上广为焊接人员所喜欢，熔覆金属机械性普通可达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。

历史沿革药芯焊丝起源于50年代，发展于60－70年代，药芯焊丝主要以粗直径为主（Φ3.2mm, Φ2.4mm)使用交流电源，气体保护药芯焊丝用于钢管的焊接，自保护药芯焊丝用于建筑结构。80年代发展了细直径药芯焊丝（Φ1.2～1.6mm)使用直流电源，其中直径为Φ1.2～1.6mm的全位置药芯焊丝大量用于船舶的制造并得到飞速发展，大大提高了造船焊接的半自动化程度。在这期间开发了不锈钢、低温钢、590N/mm2强度级别钢种使用的多种药芯焊丝，Φ1.2～1.6mm的细直径自保护药芯焊丝可以使用于钢管桩的焊接。80年代后期以来，Φ1.2～1.6mm气保护药芯焊丝多品种的制造与使用范围得到迅速推广，在非造船行业使用和扩大。随后发展了金属粉芯药芯焊丝和无缝药芯焊丝。

从药芯焊丝的总产量与占焊接材料总产量比例来看，1983年美国药芯焊丝的产量占焊接材料总产量的15%，药芯焊丝的总产量为4.2万吨左右，到1979年药芯焊丝的年产量达到7.6万吨。主要用于平焊和平角焊，用来焊接建筑机械、重型机械、钢架、桥梁等。1995年英国药芯焊丝年产量首次超过电焊条。日本主要生产细直径药芯焊丝，1983年药芯焊丝占焊接材料总产量的3.8%，1988年为焊接材料总产量的13%，1992年为焊接材料总产量的20%，1994年为焊接材料总产量的23%。在日本药芯焊丝的生产比例逐年提高，而实芯焊丝在1984年生产量占焊接材料总生产量的32%，逐步提高到1991年的50%。从1992年起实芯焊丝逐年下降，到1994年实芯焊丝的比例为42%。据最新资料报道，日本1997年药芯焊丝生产总量在10万吨左右，为焊接材料总产量的27%。由此看来，日本是药芯焊丝发展速度最快的国家。在中国药芯焊丝的发展正处于原始的发展阶段：大量引进外国生产线又得不到充分的应用，希望提高生产能力和技术水平又不能相互交流，重视硬件投资又忽视软件开发，同时受到资金不足的限制。

可喜的事，经过我国科研人员的不懈努力，在九十年代中期完成了第一条拥有自主知识产权药芯焊丝生产线的制备，药芯焊丝的整体水平也有了质的飞跃，如今中国民族品牌药芯焊丝已占中国市场半壁以上江山，不仅已基本将进口产品挤出国门，并在和外资品牌的竞争中逐渐占据了上风。以一批药芯焊丝高新技术企业通过关键设备转让，扶植了一大批药芯焊丝企业，带动了国内药芯焊丝企业的发展，药芯焊丝的内在品质已相差不大，其产量已经居世界第一位1。

其它相关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。

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。

碱性药芯焊丝药粉填充系数为24～28%，主要选用CaF、CaCO3、部分SiO2或另加适量TiO2为基本渣系。该渣系碱度高，氧化性小，脱S、P能力强，具有优良的冶金性能。这样的渣系为研制高韧性药芯焊丝创造了条件，要求较好的工艺性能和焊缝具有优良的低温韧性，以用于重要钢结构的焊接。该类药芯焊丝的开发前景良好，适合研制焊接不同强度级别、不同韧性要求的高强度钢的药芯焊丝。全位置碱性药芯焊丝将拓宽新的焊接领域，拥有广阔的开发前景1。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学