自保护药芯焊丝在20世纪50年代末最早出现于美国和前苏联，在随后40余年的时间里，自保护药芯焊丝以其特有的优越性得到了很大的发展，尤其在高层建筑、输油管道和海洋石油平台等领域得到了广泛应用。其主要特点是焊接时无需任何保护气体，使用方便、效率高（自保护药芯焊丝的熔敷效率比焊条高2～4倍），尤其适合户外现场焊接。
近年来，我国长输管道的建设如火如荼，并向大口径、高压力的大型管道发展，对管材的强度和韧性的要求日益提高，出现了新的管线钢——X80。X80管线钢不仅强度提高了，而且还保持了良好的韧性和焊接性。与X70管线钢相比，壁厚可大幅度减少，管线的建设费用也会相应降低约7%～8%。X80管线钢的焊接材料现在主要采用焊条和实芯焊丝，自保护药芯焊丝的研制初见成效。由于中国地形比较复杂，自保护药芯焊丝操作起来比较容易，所以管线施工单位迫切要求开发出性能优良的X80管线钢焊接用自保护药芯焊丝，以满足X80管线钢半自动焊的焊接工艺需求。
本公司经过多年的研究，成功地开发出X80管线钢焊接用自保护药芯焊丝JC—30。该焊丝的特点为：熔敷金属中含少量Ni，具有良好的低温韧性，抗裂性能好，熔敷效率高，电弧穿透力大，呈喷射状，飞溅小，操作容易，适于全位置焊接。该焊丝还有另一显著特点：当干伸长度为25～30mm时，电弧稳定，熔池清晰，渣不下淌，无气孔，焊缝成形美观，脱渣容易。
一、自保护药芯焊丝的主要成分及作用
（1）配方试验中采用普通低碳和低硫磷的钢带为原材料。
（2）配方中的主要成分是氟石（CaF2），它可以降低碱性熔渣的熔点、粘度和表面张力，增大熔渣的流动性。焊接时CaF2分解产生HF，有利于降低电弧气氛中氢的分解，从而起到去氢的作用。
（3）配方中还加入多种氟化物（BaF2， NaF等），主要起到造渣和稀渣的作用，同时这些氟化物更容易气化，从而可以更好地保护焊缝金属。配方中的BaF2在焊接时可以支持很短的电弧，其优点：一是在全位置焊接时，在某一给定焊接电流下降低了电弧能量和焊丝燃烧速度，使操作者可以更好地控制熔池；二是电弧电压低、电弧短，这样就减少了自保护药芯焊丝焊接时熔滴吸收的氮。
（4）Al-Mg合金中的Al、Mg属于强脱氧剂和脱氮剂，脱氧产物为A12Ｏ3和MgO，可与氟化物形成较好的熔渣，保护焊缝金属，以利于稳定电弧和减小飞溅。
（5）铝粉是自保护药芯焊丝中最常用的一种物质，金属中加入适量的A1可以有效地脱氧；过量的A1会造成焊缝金属在冷却过程中相变推迟，焊缝金属晶粒粗大，冲击韧度大幅度下降。从焊缝气孔来看，A1含量较高时焊缝气孔的敏感性比较低；铝含量较低时，焊缝气孔敏感性比较高。
减少气孔、提高韧性是自保护药芯焊丝研制的两大难点，二者相互影响，相互制约。主要通过调整渣系的碱度，加入多种氟化物，提高脱氧、脱氮和脱氢的能力，降低药粉中A1的加入量，提高熔敷金属的含锰量，来增加熔敷金属的抗拉强度，加入少量的微量元素和镍来提高韧性，这也是研制自保护药芯焊丝的关键。
二、X80管线钢焊接用自保护药芯焊丝的性能试验
X80管线钢焊接用自保护药芯焊丝在中国石油天然气集团公司管道焊接技术中心进行了环焊缝常规力学性能试验，情况如下。
1．焊接过程描述
焊接过程如表1所示。
2．力学性能试验
力学性能试验执行的标准为：JB4708—2005，具体见表2、表3和表4。
三、试验分析
提高自保护药芯焊丝熔敷金属的韧性一直是研究人员关心的课题。尤其是高强管道（X80）焊接用自保护药芯焊丝，不仅要求工艺性能好，而且对力学性能有很高的要求。自保护药芯焊丝不同于焊条和气保护焊丝，要想获得较高的韧性，试制困难较大：一是焊丝填充的药粉量仅占焊丝的15%～25%；二是自身产生的保护效果相对较差。以上两点导致了对熔敷金属的保护作用不足，易使金属熔滴直接与空气接触、冶金反应不完全等。
在户外焊接条件下，如何提高其保护效果，完善冶金反应，提高熔敷金属的韧性是研究的重点。通过多次各种渣系配方试验，最后确定为氟化物-Al-Mg型渣系，试验证明其渣系具有很强的脱氧、脱氮和脱氢能力，能起到很好的保护作用，可获得高质量的焊缝。又通过提高熔渣的碱度以及在药粉中加入多种氟化物提高了脱氢能力。尽量降低熔敷金属中的铝含量和硅含量，通过锰含量提高熔敷金属的抗拉强度，加入微量合金元素并相应地提高镍含量，使焊缝金属保持高强度的同时，具有较高的低温韧性。
四、结语
笔者新研制的X80管线钢焊接用自保护药芯焊丝在中国石油天然气集团公司管道焊接技术中心通过多轮试验，获得成功。焊接工程师对新焊丝的焊接工艺性能给予了很高的评价。在华北油建焊接培训中心做X80环焊缝焊接试验也取得成功。并于2007年10月，顺利通过了天津市科委和中石油工程建设协会的联合鉴定。被评价为：该项研究成果具有我国自主知识产权，填补了国内空白，为X80级管线钢提供了国产自保护药芯焊丝，使工程有了更多的选择余地，总体评价为国际先进水平。
2008年1月，金桥公司作为国内焊接材料企业的惟一代表，参加了国家“十一五”重点工程“西气东输二线”天然气管道工程的招投标工作，并凭借着良好的质量、完善的服务和合理的价格，一举中标，改变了焊接材料国外企业垄断的局面。笔者愿与广大焊接同仁就自保护药芯焊丝在石油、天然气、石化等工程中的应用以及焊材的国产化而共同努力。
