6.1 造船行业的需求

由于船舶的结构特点和建造工期的要求，对于高效全位置型焊接材料需求迫切。20世纪90年代，我国的造船工业学习日本、韩国先进的造船技术，开始使用能够实现高效全位置焊的药芯焊丝。起初相关产品全部依赖进口，价格高昂，国内船厂只能限制工位使用，因此迫切希望能够尽快实现产品的国产化。为响应这一市场需求，国内多家高校、研究机构和焊接材料生产厂家开始投入大量人力、物力进行研究攻关，较有代表性的单位是天津大学、北京钢铁研究总院、北京焊条厂和武汉铁锚焊接材料公司（简称武汉铁锚）等，以自主研发和引进设备等不同方式研制出了自己的药芯焊丝产品，并通过了国内外多家船级社认证，开启了国产药芯焊丝发展的进程，对国内造船业的进步起到了极大的推动作用。我国药芯焊丝产业随着国内造船量的激增而迅速壮大，产品从无到有，到2011年达到产量峰值的50万t只用了15年左右时间。产品的技术和质量也得到了明显提升，基本满足了国内造船行业的需求。目前国产药芯焊丝在造船行业的使用比例接近90%。

近年来，受需求端低迷和供给端过剩双重因素影响，船运市场严重不景气，船东订船、接船意愿下降，要求延迟交船现象日趋增多，我国船舶制造企业普遍面临接单难、交船难的困境。建造过程中的产品质量争议，往往成为船东弃船或延期付款的理由。在这种情况下，船舶制造企业更加重视严把原材料进货关，提高产品的一次合格率，尽量减少因产品质量争议而带来的损失。药芯焊丝在船舶建造中应用广泛，它的质量水平成为关注焦点，一些骨干船厂全面提高了药芯焊丝的进货质量标准。在产品满足国标和船规的基础上，进一步提出了控制熔敷金属抗拉强度的波动范围、设定屈强比上限、提高焊缝冲击吸收能量和断后伸长率的下限值、限制焊丝的扩散氢含量等一系列更严格的指标。另一方面，高效焊接技术以及高效焊接材料的应用，对提高船舶的建造效率、降低船舶建造成本以及提高船舶建造质量的作用不容忽视，同时也是船舶制造企业提高经济效益的有效途径之一。为此，随着船东对船舶的要求越来越苛刻，船舶建造企业对焊接材料的要求也越来越高，只有高效、质优、价廉的焊接材料产品，才能满足用户要求。

在众多焊接材料企业中，日本神钢生产的船用焊接材料在我国造船业走向国际市场的初期一直是国内船厂的首选。目前，虽然日本神钢在通用型焊接材料方面的优势已经不再明显，但在气电立焊专用焊丝、高速自动角焊用金属芯焊丝等方面日本神钢仍然具有很强的竞争力。韩国现代、高丽焊接材料公司进入我国市场虽然较日本神钢晚，但凭借自身产品的高性价比，在船用焊接材料市场的高端领域仍占有相当大的份额。在船用焊材市场中美国ITW集团所属的天泰焊接材料公司，其标志性产品全位置型药芯焊丝TWE711，因焊接工艺性能优异，颇受好评，在市场中占据较大份额。国内焊接材料企业的船用焊接材料，产品技术水平虽与国外知名产品尚有一定差距，但在使用量上仍占有绝对多数的份额。为应对外部市场环境的重大变化，加强自身竞争力，扩大产品市场占有率，国内外焊接材料企业都加大了新产品的开发与推广力度，将药芯焊丝的质量改进聚焦在提高焊丝抗冷裂纹、陶瓷衬垫抗热裂纹以及焊丝与造船自动化、智能化相适应的高效性上。

焊缝金属的扩散氢是引发焊接接头冷裂纹的主要因素。在抗焊缝冷裂纹方面，尽量降低有缝药芯焊丝的扩散氢含量，达到船规H5级的标准，已经成为业内衡量焊接材料企业产品质量的标志。针对测氢数据与温度、湿度和工艺规范之间的相关性，一些焊接材料企业不再满足焊丝在特定环境和工艺条件下的超低氢水平，而是将测氢条件设定在更加苛刻的高温、高湿和高规范条件下，保证焊丝扩散氢水平在更加苛刻的条件下也能满足H5等级，产品适用性更广，同时配合对焊缝金属成分的控制，实现焊丝的高抗裂性。国外知名品牌的焊接材料厂家基本都有自己的超低氢系列药芯焊丝产品。国内厂家以天津三英焊业股份有限公司（简称天津三英）的SQJ501L为代表，已有多家企业推出了各自的超低氢系列产品。虽然通过增加原材料预处理、配方改进、减少表面润滑剂残留等措施，有效降低了有缝药芯焊丝的扩散氢含量，但是较高的制造成本限制了低氢焊丝的应用。低氢焊丝不能只停留在概念层面，焊接材料企业应进一步提高低氢焊丝的生产工艺，在提高质量的同时，降低制造成本，让低氢焊丝真正走向市场，更好地满足用户需求。

药芯焊丝在带陶瓷衬垫打底焊道上的热裂纹是困扰造船企业的一个难题。以往降低裂纹率的传统做法是通过制订严格的工艺文件，要求焊工将底层焊接电流控制在200A以下，焊速控制在150mm/min以下，甚至人为设定焊机的电流上限，这些措施虽然可在一定程度上起到减少裂纹的作用，但终究要付出降低焊接效率的代价。近些年的研究成果从焊接冶金理论上基本明确了热裂纹产生的机理，但由于影响因素较多，包括结构刚度、焊接规范、板面状况、药芯焊丝和陶瓷衬垫的质量等，要实现全方位控制难度较大。目前，对药芯焊丝的持续改进，使之适应高刚度、大规范的焊接仍是各厂家研究的热点。美国天泰、韩国现代、天津三英、武汉铁锚都推出了相关产品。武汉铁锚的改进型YCJ501-1产品通过配方和生产工艺优化，明显降低了热裂纹的出现比例，并已在工程中推广应用。这些产品的推广应用对于减少打底焊道裂纹的产生，提高产品的一次合格率和焊接效率有着重要作用。

为适应造船业正在兴起的对高效、自动化机器人焊接的需求，国内外多家厂商推出可在大电流条件下进行立焊的药芯焊丝品种。日本神钢的DW-110EV可满足电流250A不摆动条件下立上角焊，电流300A摆动条件下立上角焊。一些国内厂家，如武汉铁锚、天津金桥、四川大西洋等也紧跟用户需求，纷纷推出各自的相关产品，能够满足电流220～240A、电压26～28V条件下全位置焊接。角焊专用金属芯药芯焊丝因熔敷效率高、成形好、扩散氢含量低、抗气孔和抗裂纹性能好等优点，在船舶平直分段纵骨焊接中的应用越来越广。该类型产品已不再是日、韩企业专有，国内的武汉铁锚、天津金桥和中国昆山京群也推出相应产品。气电立焊焊缝可一次成形，焊接效率高，广泛用于船舶舷侧等垂直合拢缝的焊接。国内的气电立焊专用药芯焊丝市场一直被日本焊接材料企业垄断，至今它们仍有优势，且不断有新产品问世。日本神钢的气电立焊专用焊丝在保持良好的工艺性能和力学性能的基础上，适用板厚的范围在进一步扩大。国内焊接材料企业武汉铁锚、天津金桥的垂直气电立焊药芯焊丝经过几年推广，也已在部分船厂应用，并取得了良好效果。

船舶制造业焊接方法的多样化和自动化程度的不断提高，对焊接材料工艺要求也进一步提高。自动化焊接的使用提高了焊接热输入量，能保证焊接接头的综合力学性能，特别是焊缝强度、韧性等指标，船舶焊接生产中需要大量高性能焊接材料。船舶企业越来越重视提高船舶焊接生产效率，减少造船成本，也促使焊接材料企业加大新型高效、质优、价廉焊接材料的研发及推广力度，促进船用焊接材料产品升级换代。