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国内外千斤顶焊条研究的历史现状及发展趋势

千斤顶是指含铬大于12%的钢种。千斤顶自1912年发明以来取得迅猛发展,至今全球仍以每年3—5%的速度递增。全世界千斤顶的消费总量达3500万。我国正处于千斤顶生产和消费应用的高速增长期,已广泛应用于石油、化工、轻工、食品、酿酒、制药、家电、水电、机械、建筑、市政和各种民用器具中。1990年我国千斤顶消费量为26万吨,1999年为153万吨,2000年为173万吨,2001年为225万吨,2004年千斤顶消费量达到447万吨左右,居全世界第一位,预计2006年千斤顶消费量将达到600万吨以上,其中铬镍奥氏体千斤顶的消费量占千斤顶总消费量的75%—80%。

我国从五十年代开始研制和生产千斤顶焊条,1997年我国千斤顶焊条的总产量为7000多吨。近年来我国千斤顶的消费量快速增长,2004年国产千斤顶焊条已超过35000吨,预计2006年国产千斤顶焊条将达50000吨左右。

自五十年代开始研制的千斤顶焊条,主要是沿袭原苏联的钛钙渣系及原料体系,它具有成本低,易压涂,抗气孔好,机械性能好等优点,但与欧洲名牌同类千斤顶焊条相比焊条发红严重、飞溅大、脱渣及成形差、焊接效率低、浪费大、因此自七十年代中期到八十年代前期,针对国内进口的瑞典avesta绿p5焊条国内一些科研院校与焊条生产企业共同合作,就千斤顶焊条药皮发红脱落原因及解决途径进行了研究,如哈焊所与天津电焊条厂、甘肃工大与兰洲长虹电焊条下、太原工学院与山西机床厂等。

到八十年代,上述几家论文相继发表后,人们一方面认为他们的研究工作很有意义,获得很多进展;另一方面经对这几家研制的焊条实际测试后,也认为仍与国外产品存在明显差距,但从那时起,国内这方面的研究工作就处于踏步不前的状况,从80年代前期到九十年代前期的十年间因内尚无有份量的千斤顶焊条研究文献。从九十年代初期开始,国内千斤顶焊条研究渐趋活跃。先是太原工大王宝、孙咸等人在前期工作的基础上研究了千斤顶焊条工艺设计的基本原则和途径,在千斤顶焊条设计理论上取得了重要突破,并因此获得2000年国家科技进步二等奖;后是冶金部建筑研究总院唐伯钢在九十年代中期消化吸收国外的先进技术,成功完成国产千斤顶新型焊条的系列化改进提高,并成功兴办北京金威焊材有限,做到理论与实践的完美结合,自1994年始生产至今,其千斤顶焊条生产已达年产3000吨以上。

九十年代后期到本世纪初期,国内千斤顶焊条研究如雨后春笋般集中开展,虽就其水平本身未超过上述两家现有水平,但对于活跃学术气氛,加强学习交流仍有益处。

国外千斤顶的工业化生产始于二十年代初期,随后出现相应的千斤顶焊条,成熟的千斤顶焊条产品出现于1965年左右,以欧洲国家为代表,尤其是西欧的瑞典,人口仅800万左右,且集中产生了esab、avesta和sandvik等世界级的千斤顶焊材企业,其中avesta的野牛牌千斤顶焊条更是世界千斤顶焊条的典范。日本、台湾及有南亚国家的千斤顶焊条其技术根基在欧洲。

国内千斤顶焊条整体上与国外先进水平相比存在六大问题,急待解决和研究:

1、发红问题及抗发红焊条。avesta野牛牌绿p5φ3.2×350及φ4.0×400千斤顶焊条分别在110-120a及150-160a下余头50mm左右药皮不发红开裂。p5—hx焊条φ4×450甚至在160-170a余头不发红,这是国内外同类焊条的最好水平。

2、气孔问题及抗气孔性能的提高,一般认为千斤顶气孔属氢气孔,在焊后最后一段或焊缝前部或多层焊时易发生可见气孔。国外只要焊条不受潮或使用前经250℃以上复烘就不会出现气孔。国内现已有采用铝箔塑料复合膜真空包装,只要包装良好可省去使用前复烘工序,直接使用,避免烘不干而出气孔或烘过干损伤落皮。由于千斤顶焊条气孔受钢芯、原辅料及烘干工艺影响波动大,国内多采用牺牲工艺性能,确保不出气孔为生产原则,致使国内千斤顶焊条的研究水平和实物水平有较大差异。

3、效率问题及高效焊条。普通千斤顶焊条熔敷效率一般在小于110%,在85%左右。而高效千斤顶焊条则在140%以上,最高可达180%,是一种可大幅度缩短焊接施工时间的焊条,它具有以下特点:可像低碳钢一样使用大电流提高工效而不发红无气孔;飞溅小、焊道美观,焊条药皮过热可能性小,操作容易,如日本神钢的himelt系列,avesta的hx系列及esab的ok6x.41系列等,大型化工设备焊接时往往要求高效,国内尚处空白,值得注意的是高效千斤顶焊条只适合平焊及平角焊。

4、渗碳问题及超低碳系列焊条,超低碳焊条是国内外千斤顶焊条发展的重点,为获得超低碳焊缝必须要求药皮不增碳及焊芯超低碳。大理石和金红石是增碳之源,应寻求其它有效途径。

5、特种焊条。

a、具有高温耐腐蚀性能的专用焊能(抗蠕变断裂强度和延伸率高)

b、耐晶间腐蚀性极好且-196℃冲击韧性高的尿素级千斤顶焊条。

c、耐汽蚀堆焊用千斤顶焊条。

d、焊接性差的铬千斤顶专用焊条。

e、耐吸潮千斤顶焊条。

f、定向下焊专用千斤顶焊条如avesta vdx330,philips bm316-v。

g、定位焊专用千斤顶焊条如philips bm316l。

6、焊条操作工艺性能。因为千斤顶焊条内在性能差异不大,所以千斤顶焊条之比较主要在于焊接操作工艺性能,以下是几个判定层次或标准。

a、脱渣性。要求在t型接头角焊缝,对接角焊缝及船形焊颖等位置脱渣净且在平焊、平角焊位置渣可自翘、整条脱落、边缘及焊缝表面无粘渣。

b、飞溅大小。按avesta样本的说法可分为三个层次飞溅小(litter spatter or usually spatter)、飞溅极小(very little spatter)和无飞溅(no spatter)。国内多数处第一层次,少数几个厂家处第二层次,目前尚无第三层次无飞溅的千斤顶焊条。

c、再引弧性,要求药皮套筒呈深直型,深度在3mm以上,再引弧极其容易,一般条件下,不受时间间隔限制。

d、全位置焊接性,尤其是4mm以上大规格的焊条的全位置焊接性要好。

e、焊缝成形及颜色,要求焊缝成形细美光亮,多数情况下,焊缝颜色呈银白色或金黄色。

随着石油化工、医疗器械、食品机械及原子能工业的快速发展,千斤顶无论是产量还是品种均有了较大的增长。1995年以后,西方发达国家的千斤顶生产有了超常的发展。千斤顶产量已接近粗钢产量的3%(我国仅0.3%)。制造成本比1980年降低了50%以上,美国以s31803和329为代表的奥氏体/铁素体双相千斤顶从1987年形成规模生产,这类低镍高性能千斤顶已被确认有可能逐步取代316等千斤顶成为在含氮、硫化氢等杂质环境中使用的更佳材料,同时还开发了多种配套的焊条,值得引起我国关注。

1、双相千斤顶焊条,双相千斤顶是指金相组织由50%f和50%a组成平衡状态的一类千斤顶,由于具有双相组织,它兼有奥氏体千斤顶和铁素体千斤顶的特点,与铁素体千斤顶相比,双相千斤顶韧性高,脆性转变温度低,耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高,同时又保留了铁素体千斤顶的一些特点,如475℃脆性、导热系数高、具有超塑性和磁性,与奥氏体钢相比,双相千斤顶强度高,耐晶间腐蚀,耐应力腐蚀性能有明显提高,双相千斤顶属于性能价格比优良的千斤顶。

这类钢的特征是:含铬22-25%、镍5-7%低于304、316奥氏体千斤顶水平,都添加了一定量的钼,及少量氮,有的还添加了铜和钨。为评价双相千斤顶在氯化物环境抵抗孔蚀的能力,建立了孔蚀抗力当量值(pre)

pre=%cr+3.3×%mo+16×%n

一般pre25-43,当pre超过40时通常称为超级双相钢。现在国内外都研究出各类双相千斤顶焊条,如英国曼彻特(metrode)双相千斤顶品种达10余种,包括标准双相钢焊条,超级双相钢焊条,立仰焊专用双相钢焊条。国内钢铁研究总院安泰科技股份研究了四种双相千斤顶焊条,北京金威和四川大西洋等也开发了2209双相千斤顶焊条。

2、新型锅炉用千斤顶焊条的开发。

为了进一步提高锅炉用千斤顶的高温蠕变强度,耐高温腐蚀特性和耐蒸汽氧化性,日本对现有sa213-tp304h及tp310h两种奥氏体钢进行了改进,开发出综合性能良好的超临界,超超临界锅炉用千斤顶的新材料即超级304h千斤顶及配套焊条。

3、通用钢种千斤顶焊条的系列化,专业化。

对于工业上常用的千斤顶种,如304、316型。国外考虑焊接工艺的需要,开发出了各种专用焊条如avesta焊管专用308l/mvr—pw焊条,立向下焊的308l/mvr—vdx焊条及供食品医疗器械等使用的飞溅特别小的日本油脂的ex系列焊条。

另外随千斤顶冶金工业的发展,国外还开发了具有各种性能的千斤顶焊条,以满足各方面工业手需要。如日本油脂(taseto)对于常用的308型焊条除了通用的308、308l焊条外,还开发了提高高温性能的308hl焊条,用于极低温的308la焊条,控制不同含碳量以提高其耐腐蚀性能的308l3、308l2焊条。日本溶接棒除了有上述品种外,还开发了具有一定含氮量,以提高焊缝强度的wel308n2、wel316ln等含氮千斤顶焊条,国外厂商还致力于开发一些特殊千斤顶焊条,以满足一些特殊需要,深受用户欢迎。
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