我國是全世界鋼材、焊材生產和消耗量最多的國家，近年來我國的鋼年產量將達5.7億t左右，超過世界鋼產量的47％；焊接材料消耗量將超過440萬t。在經過近20多年來的推廣應用，CO2氣體保護焊工藝(GMAW、FCAW-G)作為一種高效、優質、低成本的焊接技術，已經在造船、壓力容器、車輛、建筑工程、礦山機械、鋼結構、石油化學、橋梁等諸多行業中取得了廣泛的應用，獲得了良好的社會效益和經濟效益，因此，CO2氣體保護焊的焊絲使用也越來越多。
近年來我國C02氣體保護焊(GMAW、FCAWG)焊絲的產量將超過80萬t，已經成為焊接材料的主流。隨著今后焊接的自動化程度的提高，其消耗量在焊材中的比例還將持續較快增加。
在GMAW、FCAW—G焊接中，目前應用最多的焊材是CO2：氣體保護焊鍍銅實心焊絲。經過近20年的使用。其工藝、性能、價格等具有較大的優勢，采用CO2：鍍銅實心焊絲已經成為MAG焊接的標準，因此，在眾多場合下CO2氣體保護焊(GMAW)鍍銅實心焊絲還很難被替代。但是，隨著時代的進步。CO2氣體保護焊(GMAW)鍍銅實心焊絲開始面臨著無鍍銅焊絲的挑戰，這些挑戰將會對其產生重大的影響，一定程度上將影響焊接材料生產的主流和發展方向。
1 綠色制造理念將推動鋼結構焊材的變革
順應我國建筑鋼結構技術的發展軌跡，我國焊接材料必定向更加高級的方向發展；節能減排的綠色制造理念必將推動焊接鋼結構焊接工藝的變革，以無鍍銅焊絲為代表的新型焊材將應運而生。這是CO2氣體保護焊(GMAW)鍍銅實心焊絲面臨的最大外部壓力。
1.1 CO2氣體保護焊(GMAW)鍍銅實心焊絲生產中的環保問題
CO2氣體保護焊(GMAW)鍍銅實心焊絲的生產過程對環境的污染較大，其主要污染源是鍍銅液，其次是各種酸堿等化學品的使用以及各種酸堿霧氣等。在鍍銅液方面，根據其使用的丁藝方法不同，其污染程度有所不同，目前行業內一般使用三種工藝進行鍍銅生產：(1)全過程使用電鍍；(2)使用電鍍和化鍍結合的方式；(3)全程使用化鍍。
一般電鍍方式對環境污染較大，尤其是采用了氰化物的場合，對環境危害極大，而化鍍的方式相對較好。但無論化學鍍還是電鍍，其鍍液蒸氣對人
體都有極大的危害，同時廢棄的酸堿液還會迸一步污染環境。
隨著國家經濟發展方式向可持續發展模式的轉化，過去在部分行業那種以犧牲環境求發展的經營模式將被拋棄，環境、健康與安全成為未來制造業發展的重要驅動力之一。所以，相對應的環保條例也將越來越嚴格，對相關生產企業的壓力勢必將越來越大。
1.2 使用過程中的污染
由于拉絲過程中鋼絲表面產生微小凹凸不平的坑，由此增大摩擦力，造成拉絲不穩定，進而影響產品質量，為了解決拉絲穩定性的問題而采用了當時認為和其他技術相比較效果最好的鍍銅焊絲技術。因此，實心焊絲鍍銅最初的目的只是起到在拉絲過程中的潤滑作用，主觀目的不是對焊絲起防銹、導電和降低送絲導電嘴的磨損作用。鍍銅層這些作用都是后來才被逐漸發現的。
正是由于鍍銅層的存在，帶來了對焊接接頭綜合性能的影響。對焊縫而言，銅是有害元素，過多的銅元素對焊接質量是不利的；另外對焊絲本身成分而言，會對焊縫和熔敷金屬造成污染，因此人們不希望增加鍍銅層厚度。尤其在有些特殊使用場合，為了保證焊接質量需要嚴格控制焊絲鍍銅層厚度。
另一方面，銅層在焊接時大部分都形成了銅煙霧。根據德國金屬制造業健康與安全委員會編制的《在焊接及相關工藝過程中的有害物質》可知，近95％的焊接煙霧來自于填充金屬。因此焊絲表面鍍的銅不可避免的大量進人焊接煙塵中，成為煙塵中的主要有毒物質。焊工吸入過量含銅煙塵引起金屬銅煙霧熱急性綜合癥，銅鹽能引起腸胃功能紊亂，可能出現溶血和肝腎損害，直接對焊工身體造成損害。
1.3 鍍銅CO2實心焊絲本身的質量問題
鍍銅C02實心焊絲擁有眾多優點的同時，在實際使用過程中也暴露出了三個主要的不足之處。
(1)銅層易剝落問題。
這個問題是CO2氣體保護焊(GMAW)鍍銅實心焊絲在使用過程中暴露的主要問題。在焊絲的生產過程中，焊絲表面的銅層經過層繞過程中矯直輪的擠壓以及與送絲軟管的長時間摩擦后，部分鍍銅層與基體剝離，在焊接送絲的過程中，這部分鍍銅層會被刮落，大量的銅屑聚集于送絲軟管內，主要是集中在導電嘴附近，造成送絲軟管堵塞，影響送絲的穩定性，對焊縫成形產生很大影響。尤其是在精確焊接的機器人全自動焊接工序中，對焊絲的鍍銅質量要求非常高；在全自動焊接實踐中發現，焊絲銅屑會在焊接過程熔入焊縫(無法避免)，對焊縫產生不良影響，有的甚至使焊接不能正常進行；這也是鍍銅實心焊絲無法消除的品質難題。
(2)焊接飛濺大，焊縫成形差。
鍍銅C02實心焊絲在焊接過程中飛濺大、焊縫成形差是一個“老大難”問題。尤其是在鍍銅層與鐵基層結合力不好及表面質量不好時，尤為突出。從焊接的表觀現象看是焊接過程飛濺大而導致的焊縫成形不好，實際上是由于焊絲質量問題造成的焊接參數不穩定從而產生飛濺，影響成形。與無鍍銅焊絲相比，鍍銅焊絲不僅飛濺較大而且焊縫凸起，顏色偏暗。
(3)防銹問題。
鍍銅焊絲的生銹從表面的理解一般是包裝問題、車間濕度問題等，但從本質上講，鍍銅焊絲易生銹的根本原因是電化學腐蝕造成的。
從電化學的原理出發，銅對鐵的防蝕是陰極防護，必須致密無孔才能達到防蝕的目的。但鍍銅C02實心焊絲的焊縫中銅含量較高，對焊縫的力學性能不利，所以各標準中都對銅含量有嚴格規定。經檢測Φ1.2 mm焊絲鍍銅層厚度為0.20～0.50 μm遠小于達到致密要求的5μm，而且采用通常的化學鍍方法鍍銅層和鐵基焊絲結合的緊密性難以得到良好控制。因此這種不很致密的鍍銅層，不但不能
保護內部鐵基焊絲，反而加速了鐵基焊絲在腐蝕介質中的腐蝕。因此，采用鍍銅層作為氣體保護焊絲的防蝕層是不合理的。
基于上述原因，河北鑫宇焊業從2015年開始進行無鍍銅CO2實心焊絲生產的相關工作，在相關輔料廠家的大力支持下，現已取得階段性成果，并且實現了一定的批量供貨。
2 C02氣體保護焊無鍍銅實心焊絲的生產實踐
鍍銅焊絲的生產存在三個技術難點：一是導電性，二是防銹性能，三是送絲性能。因此無鍍銅焊絲的生產要圍繞克服這三個問題綜合考慮。
國內目前普遍的一種對無鍍銅焊絲的理解為特種涂層焊絲，各個廠家的涂層的成分和表面處理方式各有不同，因此影響到最終的焊絲使用性能不同，優良的涂層和表面處理方式不但可以起到防銹和潤滑的作用，還可以起到穩定電弧和減少焊接飛濺的作用。但實際上，通過對國外無鍍銅焊絲的分析，應該還有一種理解，即通過適當處理方式使表面暗化或表面增加其他的保護層，同時保證其表面的光潔性，以達到最終的無鍍銅要求。
不論采用上述何種思路進行，對半成品的前處理和后處理要求都是很高的。有資料表明，日本廠家采用了極復雜的清洗技術和涂布方式來處理焊絲，這造成了成本的居高不下，也造成了推廣應用上的困難。但這些方式也是可以改進的，在經過多次的試驗研究后，我公司采取了結合上述兩種方法的工藝流程。
3 CO2氣體保護焊無鍍銅實心焊絲性能測試與應用
3.1焊接工藝測試
(1)不同焊接參數下的工藝性能試驗如表1、表2所示。
表1不同焊接參數下的工藝性能試驗比較
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焊接方法
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氣體流量Q/L*min-1
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電流I/A
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電壓U/V
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工藝性能
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GMAW
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15~20
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110
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19
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導電性良好。工藝性好
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GMAW
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15~20
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270
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31
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導電性良好。工藝性好
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表2熔敷金屬力學性能測試
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焊接
方法
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電流
I/A
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層間溫度
T/oC
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抗拉強度
σb/MPa
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電壓
U/V
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屈服強度
σs/MPa
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延伸率
δ/%
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沖擊功
（-30 oC）Akv/J
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GMAW
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255
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135~165
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575
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31
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475
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29
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87
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另外，與鍍銅焊絲相比，在焊接方面，無鍍銅焊絲的飛濺更小，同時在焊縫外觀上最直接的表現是其焊縫的潤濕性更好，焊縫更加平滑，不像鍍銅焊絲那樣焊縫金屬凸起。因此無鍍銅焊絲焊接后的成形更加美觀，光潔性好的無鍍銅焊絲焊接出來的焊縫更加白亮。
(2)熔敷金屬性能測試。
通過與鍍銅焊絲熔敷金屬性能的比較，發現兩種焊絲的力學性能和化學成分基本相近(個別指標有所區別，無鍍銅焊絲較好)，均符合國家有關標準要求。
(3)下藝評定試驗(PQR)。
通過現場工藝評定試驗。所焊試件焊縫表面成形良好，且通過無損檢測、力學性能、理化試驗和金相分析，檢測結果表明，焊縫區域的相關要求均滿足國家相關標準的技術要求。
(4)防銹性試驗。
在69％的相對濕度下，沒有采用任何包裝的焊絲在竄內10天后開始出現銹點。室外6天后開始出現銹點。通過適當的技術處理還可以進一步延長保質期。
3.2 現場使用
通過焊接實踐證實：無鍍銅焊絲的最大優點是成功的解決了鍍銅焊絲在全自頸是煙塵，故主要用于室外焊接。目前致力于降低自動焊接過程中焊絲的掉銅屑引起的送絲不穩定的問題。具體解決了因鍍銅焊絲的掉銅屑對送絲管尤其對與導電嘴相連的部分產生阻塞的嚴重影響；使焊接得以正常進行，提高了焊接效率和減少了操作工作量，同時現場焊接飛濺、煙霧大大減少，焊縫成形良好；無鍍銅焊絲得到了一定范圍的推廣應用，得到好評，獲得了成功。
4 結論
焊接作為對國家發展貢獻很大的行業，其快速發展的同時必須增強對環境保護的意識，今后環保型焊材的開發必將會對焊接產業的環保和可持續發展產生重要的推動作用。
在發達國家，無鍍銅焊絲的使用已經有了很大的發展。隨著在我國焊接自動化的快速推進和國家環保的需求，傳統的鍍銅工序必將面對越來越大的挑戰，無鍍銅焊絲的大發展只是一個時間問題。
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