国内外690MPa高强钢实芯焊丝的研究及应用

万斌 赵钰 刘红军 樊志勤 杨晓东 杨国华 赵凯 杜奇峰

国内外690MPa高强钢实芯焊丝的研究及应用

万斌 赵钰 刘红军 樊志勤 杨晓东 杨国华 赵凯 杜奇峰

概述了国内外高强钢实芯焊丝的发展情况，介绍了690MPa高强钢实芯焊丝特点及应用状况。通过对国内外690MPa高强钢品牌焊丝的对比试验分析表明，国外高强钢焊丝在化学成分控制、焊接工艺性能及熔敷金属综合力学性能等方面，均优于国产焊丝，我国高强钢实芯焊丝还处在研制开发、推广应用阶段。

1. 概述

屈服强度大于500MPa的钢统称为高强钢，一般由两种工艺制成：控轧控冷工艺（TMCP）和调质（淬火＋回火）工艺。高强钢以其高强度、较好的焊接性及优良的综合力学性能，已成为大型焊接结构中最主要的结构材料之一。

随着国内外工程机械、煤矿机械、海工装备、水电装备及承压设备等向着优质、高强、大型化、轻型化的方向发展，焊接金属材料由传统的碳素钢、低合金钢、合金结构钢向高强度细晶粒钢（Q690、Q890、Q960等）等领域拓展。随着高强钢实芯焊丝的需求量的逐年增加，在世界各工业发达国家金属结构行业中得到广泛的应用，使得这些国家的高强钢实芯焊丝制造技术处于世界领先地位。如瑞士奥利康公司（G694Mn3Ni1CrMo、G894Mn4Ni2CrMo等）、瑞典伊萨公司（OK.AristoRod69、 OK.AristoRod89等）、奥钢联伯乐公司（Tunion GM100 、Tunion GM120等）及意大利飞乐公司（ER/S、FILEUR ERM等）。上述国际知名品牌公司的产品，目前几乎垄断全球的焊接材料市场。

我国焊接金属材料大量采用抗拉强度为50kg级以内的碳素钢、低合金钢，占我国钢产量的60%以上。近年来，随着产品结构的调整，高强钢金属材料的需求量持续增长，高强钢焊接材料市场异常活跃。国内已有超过30家焊材企业推出了高强钢气体保护实芯焊丝，但因国产焊丝质量不稳定、供货周期长、批量小、价格高，国外知名品牌公司的产品垄断中国市场的局面仍未打破。国内焊丝质量相对稳定的焊材生产企业有：林肯电气锦泰公司（JM—110、JM120等）、四川大西洋公司（CHW—80CFI、C H W—95C等）、威尔公司（GQA—1、HS—90等）、河北鑫宇焊业公司（GHS—80、GHS—90等）、天津金桥焊材集团（LJQMG70－G）等。我国高强钢实芯焊丝产品尚处在研制开发、推广应用阶段，与国外差距甚远。

2. 690MPa高强钢实芯焊丝特点

高强钢焊丝一般采用Mn-Si-Cr-Ni-Mo合金体系进行强化，并加入适当的微量元素以净化焊缝组织，细化晶粒，提高焊缝韧性，获得优良的综合力学性能。

一般国外品牌6 9 0 M P a高强钢焊丝分为镀铜和特殊涂层两种，执行I S O16834—2 0 0 6国际标准，常表述为G694Mn3Ni1CrMo，它相当于AWSA、528—2005标准的E R100S—G焊丝，符合G B/ T8110—2008标准的ER69—G焊丝。

3. G694Mn3Ni1CrMo与ER69—G焊丝对比试验。

试验选用某国外知名品牌特

殊涂层焊丝G694Mn3Ni1CrMo（φ1.2 m m）和某国内品牌ER69—G（φ1.2mm）镀铜焊丝，按ISO16834-2006国际标准进行试验。

（1）焊丝化学成分 分别对两种焊丝取样，按相关标准进行焊丝化学成分分析，试验结果如表1所示。

从表1中可以看出，G694Mn3Ni1CrMo特殊涂层焊丝的C、S、P等元素控制较严，低于ER69—G镀铜焊丝，尤其是特殊涂层焊丝铜含量仅为0.023%，比镀铜焊丝降低了一个数量级，因此特殊涂层焊丝在施焊中，不仅可以有效改善劳动条件，而且使焊丝熔敷金属力学性能大幅度提高。另外ER69—G焊丝Ni和Mo元素含量较高，这对保证焊丝熔敷金属的强度与低温冲击韧性有利。从焊丝化学成分分析来看，ER69—G焊丝按ISO16834—2006国际标准，可表述为G694Mn4Ni2CrMo焊丝。

（2）焊丝焊接工艺性能试验 按标准进行两种焊丝的焊接工艺性能试验，试验结果如表2所示。

由表2可以看出，G694Mn3Ni1CrMo焊丝的各项焊接工艺性能指标均优于ER69—G焊丝。通过对国内外高强钢焊丝的试验研究与生产应用，我们感到国产焊丝的力学性能虽然比国外同类焊丝有一定差距，但其本能满足相关标准和产品的技术要求，而焊丝的焊接工艺性能问题却比较突出，与国外的差距较大，严重制约着我国高强钢焊丝的发展。

（3）焊丝熔敷金属力学性能试验 母材选用Q690E（20mm厚）钢材，对试板进行焊接，焊接参数如表3所示，试板焊后经X射线探伤达到I级焊缝标准，焊丝熔敷金属力学性能试验结果如表4所示。

表4表明，两种焊丝力学性能均符合ISO16834—2006标准要求。G694Mn3Ni1CrMo焊丝熔敷金属强度适中，塑韧性较高（尤其是低温冲击韧性），适应于在低温下工作高强钢结构件的焊接。而ER69—G焊丝熔敷金属抗拉强度偏ISO标准上限，塑韧性相对较低，不利于高强钢的焊接。

4. 690MPa高强钢焊丝的生产应用

由于我国高强钢焊丝盘条的C、S、P等有害元素控制不严，焊丝制造技术尚未成熟，仍处在研制开发推广应用阶段。目前国内大部分企业使用国外产品，只有少数企业使用国内产品。如我公司用于吊装合成油大型反应器的6400液压复式起重机、TZC750全路面桁架臂起重机和TZC750履带起重机等工程机械大型设备，曾分别使用瑞士奥尔

康公司G694Mn3Ni1CrMo、瑞典伊萨公司OK AristoRod69、奥钢联伯乐公司Tunion GM100、意大利飞乐公司ER/S等焊丝，施焊Q690E材料，严格执行焊接工艺规程，焊缝质量完全满足以上产品技术要求，产品质量得到外方监造和用户的认可。

表1 焊丝化学成分（质量分数） （%）

表2 焊丝焊接工艺性能

表3 焊接参数

表4 焊丝熔敷金属力学性能试验结果

5. 结语

通过对国内外690MPa高强钢实芯焊丝的对比试验分析及生产应用表明，国外品牌690MPa高强钢焊丝的化学成分设计合理，有害元素控制较严，焊丝制造技术成熟，焊丝的焊接工艺性能良好，熔敷金属综合力学性能优良，适用于高强钢材料的焊接。

我国生产制造690MPa高强钢实芯焊丝起步较晚，与国外品牌焊丝相比，还有较大差距，尚处在研制开发、推广应用阶段。这就需要我国焊接材料的“产、学、研、用”各个环节共同努力，充分发挥各自优势，尽快研制开发出高质量、多品种的高强钢焊丝，打破国外知名品牌产品垄断的被动局面，促进和提高国产焊接材料制造整体技术水平，以更好地适应我国焊接生产的不断发展。

万斌等，太原重工股份有限公司。