高效-高韧-低氢埋弧焊剂TMF105的开发

■ 张 智，齐书梅，李 磊，孟宪群

1.概述

埋弧焊作为高效自动化焊接技术，在装备制造业中应用广泛，产量已过40万t，占焊材总量10%～12%。近年来埋弧焊材的发展方向是适应母材的高强、高韧、大板厚以及高效自动化焊接。伊萨公司在2013年和2017年连续两届德国焊接展上，都将高碱度的烧结焊剂 OK 10.62作为焊材类的核心产品，技术改进方向从注重焊缝金属的高韧性、低氢到提高根部焊道的脱渣性。美国林肯公司用于螺旋焊管的SPX80TM焊剂吸潮率极低，可将焊缝金属扩散氢含量控制在3mL/100g以内。日本神钢公司着力发展粘接焊剂，在焊剂中采用碳酸盐降氢技术，使扩散氢[H]≤2mL/100g，在C-Si-Mn系焊缝金属中运用Ti-B微合金韧化技术，提高材料的低温韧性，使KV(-60℃)≥160J。关于国产焊剂方面的技术进步鲜有报道，在高端行业领域国产焊剂的相关应用也相对较少，主要依赖进口。因此，高效高强低氢埋弧焊剂的成功开发将打破国外垄断，实现高端焊材国产化。

2.高效高韧低氢埋弧焊剂的开发

埋弧焊施工中的主要缺陷是多层焊焊缝中的冷裂纹以及焊缝热裂纹。其他焊接缺陷还包括：焊缝成形不良、气孔、大热输入焊接接头韧性不稳定等。因此，在正确选择合金系的基础上，要严格控制原辅料的杂质含量使焊缝金属洁净化，同时通过对焊剂碱度的最优调整，实现最佳的强韧性配合。

表1 焊剂化学成分（质量分数） （%）

开发的氟碱性高碱度烧结焊剂TMF105的主要成分如表1所示，焊剂碱度为2.7，产品特点：① 焊道成形美观，抗气孔性强，脱渣性良好。②可用于DC+和AC焊接。③可用于单丝和多丝焊接。④可配合不同级别的焊丝，焊接多种高强度结构钢。

使用焊剂TMF105配合EH14、EM12K埋弧焊丝进行焊接（见附图），焊接工艺性能良好。测得的熔敷金属化学成分和力学性能如表2和表3所示，熔敷金属化学成分满足要求，力学性能优异，尤其是低温（-60℃）冲击值高。

使用焊剂TMF105配合无缝埋弧药芯焊丝TMF690SF（符合标准：AWS A5.23 F11A8-EC-G）进行焊接。测得的熔敷金属化学成分和力学性能如表4和表5所示，扩散氢含量为3.80mL/100g，满足海工自升式平台齿条钢焊接对焊材高强、高韧、低氢的要求。

3.高效高韧低氢埋弧焊剂的应用

开发的TMF105焊剂的典型应用是风电塔筒的焊接，塔筒作为海上风电的重要装备，要承受盐雾腐蚀、海浪和海冰冲撞、台风破坏的恶劣环境影响。塔筒结构的安全性至关重要，目前，塔筒材料多采用S355NL，板厚达80mm，要求焊接接头具有高韧性KV（-50℃）≥47J，这对于埋弧焊材的选择提出了严峻的挑战，要求满足高韧性和高抗裂性。国外公司已推出适用于海上风电塔筒的埋弧焊材，国产埋弧焊材尚难以满足结构要求。

选用TM12K（EM12K）埋弧焊丝配TMF105焊剂进行单丝和双丝埋弧焊接，试验母材为S355NL，板厚25mm，试板开V形坡口。焊接参数和试验结果如表6和表7所示。由试验结果可以看出，本产品的技术条件完全满足海上风电塔筒的焊接要求，同时采用双丝埋弧焊可大大提高焊接效率，产品推向市场将助力我国海上风电产业的发展。

表2 熔敷金属化学成分（质量分数） （%）

表3 熔敷金属力学性能

表4 熔敷金属化学成分（质量分数） （%）

表5 熔敷金属力学性能

表6 焊接参数

表7 对接接头力学性能

4.结语

开发了一种氟碱性高碱度烧结焊剂TMF105，焊接工艺性能好，焊道成形美观，抗气孔性强，脱渣性良好，可用于单丝和多丝焊接，配合不同级别的焊丝，可焊接多种高强度结构钢。高效高强低氢埋弧焊剂TMF105的成功开发有助于我国摆脱高端焊材产品长期依赖外国的不利局面，实现高端焊材国产化。