《基于高强度与高韧性特种焊接材料的技术开发与产业化》

随着海洋装备、煤矿机械、工程机械、载重车辆以及长输高压管线等高端装备制造逐步向高性能、高强度方向发展,高强度钢代替普通低合金钢已经成为行业发展趋势。所述领域采用高强度钢焊丝焊接,一方面可以增加结构的强度,减轻自重,另一方面能够显著降低总造价。国内与高强度钢配套的焊材,虽然焊缝金属的强度能够满足母材的要求,但焊缝金属塑性、韧性难与母材匹配,抗裂性能较差,对气孔比较敏感,且在成分设计上基本没有考虑焊缝的耐蚀性能。气体保护焊接作为高强度钢焊接的重要加工技术,每年消耗550MPa级别以上的焊丝约为50万吨,产值接近35亿元,因此,中国已将绿色、高端焊材列入国家“十二五”发展规划,促进高端焊材发展已成为时代的需要。

国内生产企业由于未能掌握高强度焊丝组分优化与匹配关系、杂质元素的纯净化处理以及微合金化调控等核心关键技术,所生产焊丝存有共性技术问题:

1、合金系统选择以及成分优化不合理,导致焊缝金属的塑性、低温韧性难与母材匹配,抗裂性能较差;加入沉淀强化元素Nb、V等,使焊缝金属在焊后热处理时强度显著增加,冲击韧性明显下降。

2、焊丝成分中S、P、O、N等杂质元素控制不严,导致焊缝中形成非金属夹杂物,降低了焊缝的低温韧性和抗裂性能。

3、生产过程中满足高强度焊接材料的镀铜工艺质量难以满足要求,同时生产效率较低。

针对上述技术问题,在国家中小企业技术改造项目的支持下,完成了系列高强度、高韧性特种气体保护焊丝的技术开发与产业化,主要技术创新如下:

1、基于高强钢焊缝金属相变原理,根据合金元素和微合金元素对焊缝微观组织的影响机制,设计了可分别应用于E40、Q550、Q690、Q890高强度结构钢焊接使用的Mn-V-Ti-B合金系、Cr-Mo-Ni-Ti合金系以及Mn-Ni-Cr-Mo合金系等系列高强度焊丝,成功解决了焊缝金属强度低、韧性差的技术难题。

2、通过焊丝成分的优化设计,Ti、Zr、B等微合金元素的合理调控以及杂质元素的纯净化处理等核心关键技术,得到了以针状铁素体、粒状贝氏体和低碳马氏体为主的焊缝组织,解决了焊缝金属韧性低、抗裂性差、不适合于较大热输入焊接的技术难题。

3、开发了专用于高强度焊丝的退火工艺与镀铜声光通讯系统,解决了生产过程中焊丝的加工硬化以及镀层结合力差与致密、均匀性难题。

依据上述成果,开发的适用于E40、Q550、Q690和Q890等高强度结构钢焊接使用的系列气体保护焊丝,产品主要技术指标达到或超过代表国际最高水平的瑞典伊萨公司,满足了国内特殊行业对高强度焊接材料的需求。

该项目获国家发明专利5项,拥有完全自主知识产权,整体技术指标达到国际先进水平。近三年新增销售额53353万元,直接经济效益15722万元。产品应用于郑州机械研究所、徐工集团等多家知名企业,满足了特殊用户的迫切需求。

该项目的实施,打破了西方发达国家对中国高强度焊接材料的技术封锁和市场垄断,满足了中国机械行业对高强度、高韧性特种气体保护焊丝的需求,对促进中国焊接材料技术跨越式发展起到了积极的推动作用。

成果说明

系列气体保护焊丝在经过成分设计→小炉加工→原料检验→粗拉→退火→精拉→镀铜→层绕直至成品后,公司先后进行了焊丝的工艺性能对比测试,焊丝的对接焊接试验、角焊接试验、熔敷金属焊接试验、焊缝探伤检测、金相分析以及全套焊接工艺评定,全部技术参数合格后,又把小试样品送到国家焊接材料监督检验中心检测,各项技术指标合格后,把样品送到相关企业进行小试,满足用户使用与设计要求。之后公司对系列焊丝进行了推广:郑州市机械研究所使用SLD-90、SLD-80、SLD-70G-2高强度焊丝,在使用过程中气孔、裂纹等缺陷明显降低,低

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