海洋管道焊接材料之焊丝
Oct 14,2026
焊丝是焊接时作为填充金属或同时作为导电的金属丝，它是埋弧焊、气体保护焊、自保护焊、电渣焊等各种工艺方法的焊接材料。随着焊接工艺方法的迅速发展，焊丝的生产增长很快。本节仅就埋弧焊、气体保护焊及自保护焊工艺，重点介绍气体保护焊焊丝和药芯焊丝。
（1）焊丝的分类
焊丝的分类方法有许多种，通常分为以下几种。
①按照适用的焊接方法可分为埋弧焊焊丝、CO2焊焊丝、钨极氩弧焊焊丝、熔化极氩弧焊焊丝、自保护焊焊丝及电渣焊焊丝等。
②按照焊丝的形状结构可分为实心焊丝、药芯焊丝及活性焊丝等。
③按照适用的金属材料可分为低碳钢、低合金钢用焊丝、硬质合金堆焊焊丝以及铝、铜与铸铁焊丝等。
（2）焊丝的标准
焊丝的型号是以国家标准为依据进行划分的。有关焊丝的现行国家标准有：
•GB/T 10044《铸铁焊条及焊丝》；
•GB/T 14957《熔化焊用钢丝》；
•GB/T 14958《气体保护焊用钢丝》；
•GB/T 8110《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》；
•YB/T 5092《焊接用不锈钢丝》；
•GB/T 10045《碳钢药芯焊丝》；
•GB/T 17493《低合金钢药芯焊丝》；
•GB/T 17853《不锈钢药芯焊丝》。
（3）药芯焊丝
药芯焊丝是将含有脱氧剂、稳弧剂和其他成分的粉末放到钢带上，经包卷后冷拔而成。
①药芯焊丝分类
a.按保护情况可分为CO2气体保护和无气体保护（又称自保护）两种。
b.按焊丝直径可分细丝（1.2mm，1.4mm，1.6mm，和2.0mm）和粗丝（2.4mm和3.2mm）；细丝断面形状简单，又称管状焊丝，而粗丝又称为折叠焊丝。由于加入药量较多，所以有的需要CO2气体保护，有的不需要保护。前者一般使用直流反极性，而后者除了可以用直流电源外，还可使用交流陡降特性电源。
c.按渣系可分为二氧化铁型和碱性型两种。细丝以二氧化铁为主，飞溅少，焊道美观，操作性能良好；而碱性药芯焊丝的操作性能略差，但可以得到较纯净的焊缝，且抗热裂能力较强，冲击性能较高。总之，药芯焊丝可以使用较大电流（常用500A以下），焊接飞溅少，焊缝成形良好，熔敷速率高于实心焊丝，并可以通过药芯成分来调整焊缝性能，所以它可用于焊接低碳钢和50～60kgf/mm2级的低合金钢。 根据药芯类型、是否采用外部保护气体、焊接电流种类以及单道焊和多道焊的适用性，药芯焊丝分类见下表。
药芯焊丝分类
②药芯焊丝型号。焊丝型号由焊丝类型代号和焊缝金属的力学性能标注两部分组成。第一部分以英文字母EF表示药芯焊丝代号，代号后面的第一位数字表示主要适用的焊接位置：0表示用于平焊和横焊；1表示用于全位置焊。代号后面的第二位数字或英文字母为分类代号。 第二部分在短横后用四位数字表示焊缝金属的力学性能。前面两位数字表示最小抗拉强度值。后面两位数字表示夏比（V形缺口）冲击吸收功的温度代号，其中第一位数为夏比冲击吸收功不小于27J所对应的试验温度代号，第二位数为夏比冲击吸收功不小于47J所对应的试验温度代号，见下表。
焊缝金属夏比（V形缺口）冲击吸收功
例如：
目前国内管线焊接中的半自动焊接工艺主要使用的为自保护药芯焊丝AWS A5.29：1998 E71T8-K6、E71T8-Ni1、E81T8-G等。药芯焊丝主要是把断续的焊接过程变为连续的生产方式，从而减少了接头的数目，提高了生产效率，节约了能源，因而在管线建设中广泛使用。
（4）实心焊丝
实心焊丝是目前最常用的焊丝，它是由热轧线材经拉拔加工而制成的，广泛用于各种自动和半自动焊接工艺中，根据GB/T 14957《熔化焊用钢丝》、GB/T 14958《气体保护焊用钢丝》和YB/T5092《焊接用不锈钢丝》的规定，可分为碳素结构钢焊丝、合金结构钢焊丝和不锈钢焊丝三类。
①埋弧焊用实心焊丝。
a.低锰焊丝：含Mn量为0.2％～0.8％，如H08A，配合高锰焊剂用于低碳钢及强度级别较低的低合金钢焊接。
b.中锰焊丝：含Mn量为0.8％～1.5％，如H08MnA、H08Mn2Si，主要用于低合金钢焊接。
c.高锰焊丝：含Mn量为1.5％～2.2％，如H10Mn2、H10MnSi，主要用于低合金钢焊接，并可配合低锰焊剂用于低碳钢焊接。
d.Mn-Mo焊丝：含Mn量在1％以上，含Mo量为0.3％～0.7％，如H08MnMoA、H08Mn2MoA，主要应用于强度级别较高的低合金钢焊接。 埋弧焊用实心焊丝的直径一般在1.6～6.4mm范围以内，常用的焊丝直径有1.6mm、2mm、3mm、4mm、5mm和6mm六种。
②CO2焊用实心焊丝。焊接过程中，采用CO2作为保护气体可以有效地防止空气侵入焊接区。但是，由于CO2具有氧化性，可使焊丝中的各种元素在焊接过程中被剧烈氧化，同时产生一氧化碳气体。此外，CO2在高温下分解出的原子氧也会使合金元素氧化。由于合金元素被氧化烧损，必然影响焊缝金属的化学成分与力学性能。如果焊丝中的Mn、Si含量不足，其脱氧作用较差，致使熔池结晶后期容易产生CO气孔。因此，CO2气体保护焊用焊丝必须含有较高的Mn、Si等脱氧元素，最常用的焊丝有H08Mn2SiA等，它具有良好的焊接工艺性能及力学性能，适用于焊接低碳钢和σs≤500MPa（50kgf/mm2）的低合金钢。对于焊接强度级别较高的钢种，则应选用含Mo的焊丝，例如H10MnSiMo等。
为解决CO2飞溅问题，研制了活性焊丝。这是焊丝表面或内部添加K、Cs等易电离物质的焊丝。易电离物质称为电弧活化剂，加入活化剂的焊丝称为活性焊丝。由于加入了易电离物质，使得电弧弧柱横向尺寸增大，从而减小阻碍熔滴脱落的电磁力。由于电弧稳定，电弧活性斑点稳定在电极的端部，使得熔滴温度升高、表面张力减小而易于脱落。从而改善了CO2焊的熔滴过渡特性——以小滴形式从焊丝末端不断脱落，而呈细滴喷射过渡，这样就大大减少了飞溅。
CO2焊丝既是填充金属又是电极，所以焊丝既应保证一定的化学成分和力学性能，又要保证具有良好的导电性和工艺性能。 焊丝的供应状态按有关标准分为三种形式：焊丝盘、焊丝卷和焊丝捆。（见下图）
焊丝盘尺寸
焊丝盘绕丝质量
焊丝卷规格质量有12kg、13kg、14kg、15kg、16kg五种。 为防锈和导电，焊丝表面最好镀铜，但镀铜焊丝的总含铜量不得大于0.35％。还可以采用光面焊丝，为防止生锈，这种焊丝出厂时都应油封。为保证顺利送丝，要求焊丝表面光滑平整，不得有折弯和波浪形。在焊丝盘上的焊丝必须一层一层地密排缠绕，以保证送丝平稳。通常焊丝以冷拔状态供应。
CO2焊主要用于焊接低碳钢和普通低合金钢，焊丝应符合GB/T 8110《气体保护焊用碳钢、低合金钢钢丝》的有关规定。目前我国CO2焊用的主要焊丝品种是H08Mn2Si类，根据其杂质含量（S和P）和检查项目（镀铜层附着力和焊丝松弛直径及挠距）又将其分成四种。H08Mn2SiA为优质焊丝，与H08Mn2Si相比，其冲击吸收功值较高。 H04Mn2SiTiA焊丝由于含有较多Ti，不但脱氧能力增强，而且脱氮能力也增强。所以这种焊丝抗气孔能力强，适合于200A以上的大电流焊接。
H04MnSiAlTiA焊丝与H04Mn2SiAITiA类似，具有更强的脱氧和脱氮能力，抗气孔性也更强，特别适合于大电流填充水平角焊缝。该焊丝也适合于CO2-O2混合气体保护焊。
对于Ar-CO2混合气体保护的MAG焊来说，由于该气体的氧化性较弱，不宜使用含Si和Mn较高的H08Mn2Si焊丝，而应该选用H08MnSi焊丝。
光面焊丝在供应状态下，为防锈经常在它的表面上涂一层工艺油或防腐物质等。使用这种焊丝所得到的焊缝中扩散氢含量为7mL/100g，使焊缝的冲击韧性降低，甚至形成气孔。此外，还能使电弧稳定性变坏和增加飞溅，因此必须除去焊丝表面的油污。常用的除油方法是机械法和化学法两种，机械法清理焊丝表面只能稍微改善电弧稳定性和减少焊缝中的含氢量。如果在100～150℃条件下焙烤焊丝，将大大降低焊缝中的含氢量（小于1mL/100g）并能明显改善焊接过程稳定性。化学清除油污是将焊丝放在70～80℃的脱脂剂中保持30min，然后用热水洗和冷水洗，以去掉涂层。脱脂剂的成分为30～40g/L无水碳酸钠的3～5g/L水玻璃溶液。如果焊丝表面有油污、铁锈时，需要先用硫酸或盐酸洗，然后经钝化处理和烘干。
目前我国管道建设中采用的半自动及自动焊气保护工艺焊丝主要为AWS A5.28 ER80S-G和AWS A5.18ER70S-G。
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