摘要：本文作者介绍了国产高纤维素焊条的研制情况，包括该焊条的药皮渣系设计，制造过程中主要原材料的筛选、预处理以及焊条性能等，最后简要介绍了该系列焊条在长距离输油管线上的工程应用情况。
关键词：高纤维素焊条管线焊接
0引言
在油气输送管线焊接施工中，大量采用了高纤维素焊条，该类焊条具有许多优点，例如：可进行立向下焊接、效率高、熔深大、能够单面焊双面成型等。从上世纪六十年代起，国外已在管道焊接中采用了高纤维素焊条，我国从八十年代起开始研制高纤维素焊条，取得了一定的技术进展，但由于该焊条的技术难度较大，国产的高纤维素焊条仍未能在工程中获得实用，致使我国长期依赖进口焊条满足工程需要。
近年来，随着各种输油、输气等长距离管线工程的增加，我国对高纤维素型焊条的用量不断增长，高纤维素焊条的国产化研究也成为人们关注的主要课题，1999年起，中船重工七二五所组织有关技术人员，开展了高纤维素旱田的研究工作。在查阅国内外技术文献的基础上，吸收了国内有关研制单位的经验和教训，分析总结高纤维素焊条的技术特点，在药皮渣系设计、原材料处理、压涂生产工艺控制方面进行了深入研究，较好地解决了高纤维素焊条各项性能的平衡问题，研制出优质的高纤维素焊条。有关权威单位检测认为，我们研制的高纤维素焊条综合性能良好，可以替代进口焊条用于长输管线的焊接施工。从2004年起，我所研制的高纤维素焊条已在新疆、河南、山西、江苏等地的饿油气管道施工中获得成功应用。
1高纤维素型焊条的研制技术指标和研制难点
1.1技术指标
研制的高纤维素焊条采用AWS5.1和AWS5.5中规定的E6010和E7010-G焊条的技术指标，即：力学性能：E6010Rp0.2≥330MPaRm≥420MPaA≥22%Akv-30C≥27J
E7010-GRp0.2≥390MPaRm≥490MPaA≥22%
化学成分：熔敷金属的化学成分符合AWS的有关要求。
工艺性能：具有优良的操作性能，满足管线焊接施工要求。
1.2研制难点
众所周知，高纤维素焊条的主要特点是其药皮中含有大量的纤维素、木粉、石棉等有机物，在焊接时有机物燃烧产生CO、H2等还原性气体，所以纤维素焊条属于气体保护为主的焊接材料。为保证焊缝的冶金性能，必须考虑焊接冶金反应过程综合平衡，同时，高纤维素焊条主要用于立向下焊接，要保证其工艺性能良好，必须使药皮具有合适的熔点和粘度，同时对药皮渣系作出适当的选择。
高纤维素焊条的研制难点主要在于如何使焊条的冶金性能和工艺性能平衡起来。
2高纤维素焊条的药皮渣系设计
2.1药皮渣系的选择
根据国内外研究经验，高纤维素焊条的渣系设计在很大程度上决定了高纤维素焊条研究工作的水平，一般认为，高纤维素焊条渣系应采用短渣才能保证焊条的立向下焊操作性能。在具体渣系设计中，一部分研究者采用高钛型渣系（TiO≥30%）；一部分人采用了非高钛型渣系（TiO≤20%）。在本研究中，我们综合了国内外钎维素焊条的渣系优点，创新设计采用了Tio2-Sio2-Mgo-MnO2-FeO多元复合渣系。研究工作表明，该药皮渣系具有“超短渣”的特点，焊接时高温粘度、熔点和表面张力适中。既保证焊接时电弧具有足够的吹力，又使得各个焊接位置（特别是立向下焊时的3点或9点位置）熔池清晰不淌渣，容易焊接操作。
2.2高纤维素焊条焊接冶金反应的综合平衡
针对高纤维素焊条药皮在焊接时产生大量的还原性气体的特点，我们采用强氧化—强还原的冶金方式，使得高纤维素焊条各个反应阶段实施平衡。一方面，我们在药皮中加入适量的纤维素等有机物质；同时加入较多的氧化性物质如磁铁矿、镁砂等；为了防止焊条产生飞溅、气孔等，在药皮中还加入了微量的碳酸盐和复合碳化物。
在研究中我们发现，如果电弧气氛的氧化性太强，可以避免产生焊接气孔，但容易影响焊条的工艺性能，一是产生淌渣现象，二是产生焊缝粘渣，脱渣性不良。但是，如果电弧气氛中还原性强，则容易产生焊缝气孔等焊接缺陷，同时电弧吹力也不够大。
3高纤维素焊条的制造
3.1高纤维素焊条主要原材料的筛选和预处理
焊条主要原材料的筛选和预处理，关系到焊条的综合力学性能，更直接影响到高纤维素型焊条的压涂生产性能。
在本研究中，主要原材料是纤维素和氧化性物质（磁铁矿和镁砂等）。对于纤维素除考虑其物化性能（如碳化点）以外，尚需注意二点，一是纤维长度要适中，二是要进行预处理，去除其中的木质素。研究表明，纤维长度直接影响到压涂时是否会产生毛条和偏心，本质素则影响到高纤维素焊条的抗烧性。对于氧化性物质要筛选，选择含S、P较低的磁铁矿。另外，对某些铁合金必须进行碳化处理。
3.2高纤维素焊条表面质量的控制
高纤维素焊条的力学性能和化学成分的控制是比较容易的，但是焊条表面质量却难以掌握。我们采用以下措施收到了良好效果：①控制水玻璃的粘度和加入量；②药皮原材料粒度搭配；③适当的烘干制度。现在生产的纤维素焊条表面光滑、焊接工艺稳定。
4高纤维素焊条的综合性能
4.1力学性能
作者研制的E6010、E7010—G高纤维素焊条均满足AWS.A5.1和AWS.A5.5中的高纤维素焊条相关指标要求，并具有一定的裕量。
4.2化学成分
经化学分析表明，研制的高纤维素焊条熔敷金属化学成分符合AWS的相关化学成分要求。
4.3国产高纤维素焊条的抗硫化物应力破裂性能（SCC）和抗氢致开裂性能（HIC）采用E6010和E7010-G焊条焊接L360管接头，按照ASTMG39标准四点弯曲法进行SCC试验，按ISO3183标准进行HIC实验，试验结果表明，我们研制的高纤维素焊条抗硫化物应力破裂性能（SCC）和抗氢致开裂性能（HIC）均符合要求，性能可以满足酸性环境的焊接施工要求。
4.4高纤维素焊条的焊接工艺性能
研制的高纤维素焊条先后经中石油管道局焊接培训中心、四川石油管道局焊接培训中心、新疆石油管理局焊接培训中心等多个部门检测和中石油—公司，大港油田焊接培训中心等多家单位的试用，各方一致认为，中船重工七二五所研制的高纤维素焊条焊接工艺性能良好，可以替代进口焊条用于油气管道的焊接。
5国产高纤维素焊条的应用
2004年4月，新疆某成品油管道焊接采用了我所研制生产的国产高纤维素焊条，该管线长度50.5公里，采用管径φ219mm，壁厚5.2mm的X52钢管，焊接施工中全部采用了我所研制的高纤维素焊条E6010和E7010—G。
焊接工艺是用E6010型（φ3.2mm）根焊，E7010—G型（φ3.2mm）填充焊，E7010—G型（φ4.0mm）作盖面焊，焊接设备为ZX7型逆变直流焊机。
2004年8月，该管线通过甲方验收，施工单位认为，国产高纤维素焊条根焊吹力适中、电弧稳定不粘条、焊缝成型良好，填充和盖面焊缝引弧容易、电弧稳定、熔池清晰、脱渣性好、不易产生气孔咬边等焊接缺陷，使用效果良好。据焊工反映，该焊条容易操作掌握，与西欧某公司焊条性能基本相当。一般认为，在小直径薄壁管线焊接施工中，对高纤维素焊条的要求是比较苛刻的。工程实践证明，我所研制生产的高纤维素焊条可以代替进口焊进行施工。
参加本项目研究工作的还有朱丙坤、常海、毕礼宝、刘宏等。