專利名稱：：一種二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用低合金鋼藥芯焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及金屬焊接用的焊材，具體地是指一種二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用低合金鋼藥芯焊絲。
背景技術(shù)：
：二氧化碳?xì)怏w保護(hù)藥芯焊絲焊接兼容了焊條和氣體保護(hù)實(shí)芯焊絲焊接的優(yōu)點(diǎn)，其生產(chǎn)效率高，焊接工藝性能好。因此該焊接方式在船舶、橋梁等鋼結(jié)構(gòu)加工制造過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。正因?yàn)槿绱耍壳皩?duì)藥芯焊絲的功能性要求也越來(lái)越高，要求藥芯焊絲不僅可以適應(yīng)更快的焊接速度，而且具有良好的電弧穩(wěn)定性和焊接操作性能；中國(guó)專利公告號(hào)CN1775452C，公告日2006年5月24日，發(fā)明名稱為《氣體保護(hù)焊用碳鋼藥芯焊絲》，提出了含有TiO"Si，Mn，Si02，Zr02，F(xiàn)e，Al、Mg，堿金屬K、Na、Li的氧化物或氟化物，稀土金屬等原料的全位置藥芯焊絲，該焊絲電弧穩(wěn)定性好，焊縫平滑，在-2(TC條件下具有較好的低溫沖擊韌性，適于焊接強(qiáng)度在500MPa以下的普通強(qiáng)度碳鋼材料。目前，在強(qiáng)度上500MPa，550MPa，600MPa，650MPa，700MPa級(jí)的低合金高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用越來(lái)越多，特別是在北方寒冷地帶的橋梁、工程機(jī)械等要求在-4(TC下具有良好的低溫沖擊韌性。上述的藥芯焊絲顯然不適于低合金高強(qiáng)度鋼的全位置焊接，且無(wú)法保證在-4(TC以下的低溫沖擊韌性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有焊絲無(wú)法適用于低合金高強(qiáng)度鋼的焊接，其連接強(qiáng)度、低溫沖擊韌性、抗裂性能方面難以達(dá)到要求而提供一種電弧穩(wěn)定性好、低溫沖擊韌性好、抗裂性優(yōu)良、焊縫平滑及綜合工藝性能良好的二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用低合金鋼藥芯焊絲。它可適用于500MPa，550MPa，600MPa，650MPa，700MPa等級(jí)別低合金高強(qiáng)度鋼的悍接。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用低合金鋼藥芯焊絲，包括碳鋼外皮和藥芯，重量％為低碳鋼外皮80-90，藥芯10-20，所述藥芯的成份及含量占焊絲總重量％如下Ti023-6，Si0.3-0.5，Mn1.5-3.2，Si020.1-0.8，Zr020.1-0.5，F(xiàn)e2-7，Al+Mg0.5-1.2，Ni0.5-5，B0.002-0.015，Ti0.1-0.3，堿金屬K、Na、Li的氧化物或氟化物折合K、Na、Li的含量0.1-0.35，其中K0.03-0.07，Na或Li或兩者之和為0.06-0.28，氟化物F為0.05-0.2，稀土金屬的氟化物或氧化物折合稀土金屬占焊絲總重量％為0.005-0.2，所述焊絲中C、Si、Mn三者含量的乘積占焊絲總重量。/o為0.058-0.11。本發(fā)明所述藥芯中還加入有Cr和Mo中的一種或兩種，其含量占焊絲總重量％均為0.2-0.8。本發(fā)明所述藥芯和碳鋼外皮中C的含量占焊絲總重量％為0.06-0.15。本發(fā)明所述藥芯中氧化物Ti02+Si02+Zr02的含量之和占焊絲總重量％為4.0-7.5。本發(fā)明所述藥芯中B的含量占焊絲總重量％為0.001-0.012。本發(fā)明所述藥芯中B/Ti為0.05-0.2。本發(fā)明所述藥芯和碳鋼外皮中其他成份S、P、Sn和Bi的含量之和占焊絲總重量％應(yīng)小于0.035，其中S小于0.015，P小于0.020，Sn小于0.001，Bi小于0.001。本發(fā)明藥芯及碳鋼外皮化學(xué)成分的設(shè)計(jì)思路如下Ti02是主要造渣劑，電弧穩(wěn)定劑，改善焊縫的成型和脫渣，是全位置焊接不可缺少的材料。鈦鐵礦中的鈦折合Ti02加入量少于3。/。時(shí)不能體現(xiàn)上述特性，大于6%時(shí)由于氧含量高，低溫沖擊韌性降低，渣層變厚，影響氣體從熔池逸出易產(chǎn)生氣孔。因此限定在3—6。但在Ti02原料金紅石中往往會(huì)含有Sn元素，Sn的含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生裂紋，故應(yīng)對(duì)Sn的含量進(jìn)行控制。C包括鋼制外皮中的C和藥芯中的C，從降低飛濺和煙塵來(lái)看，C越低越好，希望在0.02%以下，但從保證焊縫金屬力學(xué)性能和鐵水流動(dòng)性來(lái)看含量在0.06%—0.15%為好。大于0.15%時(shí)焊縫金屬?gòu)?qiáng)度過(guò)高，低溫沖擊韌性降低，煙塵和飛濺增大。裂紋敏感性增加。Si是主要脫氧劑，降低焊縫金屬的氧含量，提高低溫沖擊韌性，調(diào)節(jié)鐵水的流動(dòng)性，加入量少于0.3%時(shí)不能體現(xiàn)上述特性，大于0.5%時(shí)鐵水變粘，焊縫強(qiáng)度過(guò)高，低溫沖擊韌性降低。因此限定在0.3%—0.5%。Mn是主要脫氧劑，降低焊縫金屬的氧含量，增加焊縫金屬?gòu)?qiáng)度和抗裂性,提高低溫沖擊韌性，調(diào)節(jié)鐵水的流動(dòng)性，加入量少于1.5%時(shí)體現(xiàn)上述特性不足，大于3.1%時(shí)焊縫強(qiáng)度過(guò)高，低溫沖擊韌性降低。因此限定在1.5%—3.1%。B細(xì)化晶粒，可以提高低溫沖擊韌性，在和C、Si、Mn、Ti同時(shí)加入時(shí)具有顯著的提高沖擊韌性作用。經(jīng)試驗(yàn)，當(dāng)B/Ti為0.05-0.2時(shí)，提高沖擊韌性的作用比較明顯。而且當(dāng)C、Si、Mn三者含量的乘積為0.058-0.11時(shí)，能夠滿足-4(TC的沖擊韌性。Si02是造渣劑，起調(diào)節(jié)熔渣熔點(diǎn)和粘度，改善焊縫成型，有利焊縫向母材圓滑過(guò)渡。加入量少于O.l不能體現(xiàn)上述特性，大于1%時(shí)由于氧含量高，低溫沖擊韌性降低，而且容易造成焊縫上的焊渣燒結(jié)，因此限定在0.1—0.8%。Zr02是全位置焊接不可缺少的材料，能有效地提高熔渣的熔點(diǎn)，使之良好的覆蓋于焊縫，防止立焊鐵水下墜，減少熔渣厚度，有利于焊縫氣體的排除。加入量少于0.1%時(shí)不能體現(xiàn)上述特性，大于0.6%時(shí)焊縫金屬?gòu)?qiáng)度過(guò)高，低溫沖擊韌性降低。因此限定在0.1%—0.5%。Al、Mg是強(qiáng)脫氧劑，(其中含有鋁和鎂氧化物折合成A1和Mg計(jì)算)，提高低溫沖擊韌性，加入量少于0.3%時(shí)提高低溫沖擊韌性能力不足，大于1.3%時(shí)由于脫氧產(chǎn)物含有鋁和鎂氧化物使熔渣的熔點(diǎn)上升凝固速度加快不利于焊縫氣體的排除和焊縫成型，立悍時(shí)焊道凸出，易產(chǎn)生氣槽。因此限定在0.5%—1.2%。Fe即鐵粉，能改善電弧狀態(tài)，調(diào)節(jié)鐵水熔點(diǎn)和粘度。加入量少于2%時(shí)體現(xiàn)上述特性不足，大于7%時(shí)立焊性能變差，煙塵變大。因此限定在2%—7%。Na20、K20、Li20是電弧穩(wěn)定劑，折合其中的K、Na或Li或兩者之和的含量占焊絲總重量的0.06%—0.28%。加入量少于0.06%時(shí)電弧穩(wěn)定性不足，電弧過(guò)于集中，立焊熔池鐵水外翻，電弧不穩(wěn)定。加入量大于0.28%時(shí)電弧變長(zhǎng)，煙塵和飛濺增大，立焊鐵水下墜。折合其中的K含量占焊絲總重量的0.04%—0.07%。K含量在0.04%以下時(shí)電弧不穩(wěn)定，立焊熔池鐵水外翻，K含量在0.07。/。以上時(shí)，焊縫低溫沖擊韌性降低。氟化物NaF、KF、LiF是電弧穩(wěn)定劑，去氫劑，折合F含量占焊絲總重量的0.05。/。一0.2%。加入量少于0.05%時(shí)電弧穩(wěn)定性不足，去氫能力不足，易產(chǎn)生焊縫氣孔壓坑。加入量大于0.2%時(shí)煙塵和飛濺增大。當(dāng)以氟化物NaF、KF、LiF作為電弧穩(wěn)定劑，去氫劑時(shí)，仍應(yīng)保證焊絲中Na或Li或兩者之和的含量占焊絲總重量的0.06%_0.28%,并應(yīng)保證焊絲中K的含量占焊絲總重量的0.04%—0.07%。氧化物Ti02+Si02+Zr02=4%—7.5%，氧化物Ti02+Si02+Zr02小于4%時(shí)全位置焊接工藝不好。氧化物Ti02+Si02+Zr02大于7.5。/。時(shí)含氧量過(guò)高，低溫沖擊韌性降低，易產(chǎn)生焊縫氣孔壓坑。稀土金屬的氟化物或氧化物有固定氫、氮，提高低溫沖擊韌性的作用，折合稀土金屬氟化物或氧化物含量占焊絲總重量的0.005%—0.2%。小于0.005%時(shí)對(duì)固定氫、氮的作用很小，大于0.2%時(shí)對(duì)熔渣的稀釋過(guò)大造成電弧不穩(wěn)飛濺增多，影響焊縫成型。稀土金屬的氟化物或氧化物可以在市場(chǎng)上購(gòu)得。Ni對(duì)提高低溫沖擊韌性有利，加入范圍為0.5-5%。Cr有提高強(qiáng)度和淬透性的作用，提高焊縫耐大氣和海水腐蝕的能力。但有降低低溫沖擊韌性和延伸率的作用，Cr含量為0.2-0.8。Mo有提高強(qiáng)度的作用，在一定范圍可以提高低溫沖擊韌性的作用，超過(guò)0.5強(qiáng)度增加過(guò)多，低溫沖擊韌性下降，含量可控制在0.2-0.8。殘留在焊絲藥芯和碳鋼外皮中的S、P、Sn和Bi元素有增加焊縫的裂紋傾向，必需進(jìn)行嚴(yán)格的控制。S<0.015，P<0.020，Sn<0.001，Bi<0.001，S、P、Sn、Bi之和不大于0.035。本發(fā)明的有益效果是1，針對(duì)低合金鋼即低合金高強(qiáng)度鋼的使用要求，增加了B、Ni和Ti原料，在保證焊接強(qiáng)度的前提下，并研究了B和C、Si、Mn、Ti同時(shí)加入對(duì)提高沖擊韌性的作用，明確地限定了B/Ti比以及C、Si、Mn三者在加入時(shí)的相互關(guān)系，有效地改善了焊縫的-4(TC低溫沖擊韌性，使之可以滿足低合金高強(qiáng)度鋼全位置焊接的使用工況。2，加入稀土金屬的氧化物或氟化物，提高其固定氫、氮的效果，有效地提高了焊縫的低溫沖擊韌性。加入強(qiáng)脫氧劑A1、Mg，提高了焊縫的低溫沖擊韌性，有利于焊縫氣體的排出和焊縫成型。3，可以根據(jù)使用的需要加入一定含量的Cr、Mo元素，可以在保證低溫沖擊韌性的前提下，增加焊縫耐腐蝕能力和焊縫強(qiáng)度。4，控制氧化物Ti02+Si02+Zr02的加入量，確保了藥芯焊絲全位置焊接的工藝性能。5，嚴(yán)格控制焊絲中S、P、Sn、Bi的含量，減少焊縫產(chǎn)生裂紋的傾向。6從整體上控制焊絲中C的含量，保證了焊縫金屬的力學(xué)性能；可在大電流、快速焊接的條件下保持良好的電弧穩(wěn)定性和焊接操作性能，其焊縫平滑，焊縫金屬具有良好的低溫沖擊靭性和優(yōu)良的抗裂性。圖1是本發(fā)明中C、Si、Mn三者含量的乘積值與沖擊功關(guān)系的示意圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:藥芯焊絲的鋼制外皮采用低碳鋼，其化學(xué)成分見(jiàn)表l。表l:藥芯焊絲鋼制外皮的化學(xué)成分％<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>將藥芯各成^^含量改變后按不同直徑，不同填充率制成焊絲進(jìn)行試驗(yàn)。其藥芯焊絲的直徑，填充率及藥芯各組份見(jiàn)表3。當(dāng)B/Ti為0.05-0.2時(shí)，提高沖擊韌性的作用比較明顯。而且當(dāng)C、Si、Mn三者含量的乘積為0.058-0.11時(shí)，能夠滿足-40'C的沖擊韌性。表3:焊絲及藥芯組份配比試驗(yàn)表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>續(xù)表3:焊絲及藥芯組份配比試驗(yàn)表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>注其他欄內(nèi)含稀土金屬等而且，殘留在焊絲藥芯和碳鋼外皮中的S、P、Sn和Bi元素有增加焊縫的裂紋傾向，必需進(jìn)行嚴(yán)格的控制。S<0.015，P<0.020，Sn<0.001，Bi<0.001，S、P、Sn、Bi之和不大于0.035。力學(xué)性能焊接試驗(yàn)，一般焊接條件焊絲伸出長(zhǎng)度20毫米，CO2氣體流量20升/分。1.熔敷金屬焊接條件參見(jiàn)表4。表4:熔敷金屬力學(xué)性能測(cè)試焊接條件<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>3.立對(duì)接接頭焊接條件參見(jiàn)表6。表6:立對(duì)接接頭力學(xué)力學(xué)性能測(cè)試焊接條件<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>4.平角焊焊接條件參照表5，立角焊焊接條件參照表6?？沽研院附釉囼?yàn)抗裂性試驗(yàn)一.斜Y抗裂性試驗(yàn)參照GB4675.1進(jìn)行。斜Y抗裂性試驗(yàn)焊接電流參數(shù)參照表8二.焊接工藝性抗裂性試驗(yàn)l)角焊縫抗裂性試驗(yàn)角焊縫試板尺寸12X150X500毫米，間隙3.5毫米。角焊縫試板材質(zhì)EH36、角焊縫抗裂試驗(yàn)焊接條件參照表7:表7:角焊縫抗裂試驗(yàn)焊接條件<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>2).對(duì)接接頭抗裂性試驗(yàn)對(duì)接接頭試板尺寸25X150X300毫米，坡口30度，間隙6毫米，反面加襯墊。試板材質(zhì)EH36或650MPa級(jí)低合金高強(qiáng)度鋼板。對(duì)接接頭抗裂試驗(yàn)焊接條件參照表8:表8:對(duì)接接頭抗裂試驗(yàn)焊接條件<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>以上二項(xiàng)抗裂性試驗(yàn)均無(wú)裂紋。試驗(yàn)焊絲工藝性能的綜合評(píng)價(jià)經(jīng)試驗(yàn)序號(hào)D1—D16的焊絲中的成分均滿足本發(fā)明所述的范圍，電弧穩(wěn)定，脫渣及焊縫成型良好，無(wú)氣孔氣槽，力學(xué)性能良好，焊縫強(qiáng)度及低溫沖擊韌性均滿足低合金高強(qiáng)度鋼的要求，適應(yīng)于全位置焊接。D17,D19.-D22，D24-D26焊絲工藝性能良好，但是CXMnXSi的乘積<0.058低溫沖擊韌性不足。D18K〉0.07電弧較長(zhǎng)，CXMnXSi的乘積<0.058低溫沖擊韌性不足。D23焊絲工藝性能良好，但是CXMnXSi的乘積〉0.11低溫沖擊韌性不足，并且裂紋傾向增大。表9焊絲力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>參見(jiàn)圖1，可以看出在試驗(yàn)序號(hào)D1—D26中，當(dāng)C、Si、Mn三者含量的乘積為焊絲總重量％的0.058%-0.11%時(shí)，其沖擊功均在47J以上；當(dāng)C、Si、Mn三者含量的乘積小于焊絲總重量％的0.058%或大于0.11%時(shí)，其沖擊功均不高于47J。權(quán)利要求1.一種二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用低合金鋼藥芯焊絲，包括碳鋼外皮和藥芯，重量％為低碳鋼外皮80-90，藥芯10-20，其特征在于所述藥芯的成份及含量占焊絲總重量％如下TiO23-6，Si0.3-0.5，Mn1.5-3.2，SiO20.1-0.8，ZrO20.1-0.5，F(xiàn)e2-7，Al+Mg0.5-1.2，Ni0.5-5，B0.002-0.015，Ti0.1-0.3，堿金屬K、Na、Li的氧化物或氟化物折合K、Na、Li的含量0.1-0.35，其中K0.03-0.07，Na或Li或兩者之和為0.06-0.28，氟化物F為0.05-0.2，稀土金屬的氟化物或氧化物折合稀土金屬占焊絲總重量％為0.005-0.2，所述焊絲中C、Si、Mn三者含量的乘積占焊絲總重量％為0.058-0.11。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用低合金鋼藥芯焊絲，其特征在于所述藥芯中還加入有Cr和Mo中的一種或兩種，其含量占焊絲總重量％均為0.2-0.8。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用低合金鋼藥芯焊絲，其特征在于所述藥芯和碳鋼外皮中C的含量占焊絲總重量％為0.06-0.15。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用低合金鋼藥芯焊絲，其特征在于所述藥芯中氧化物Ti02+Si02+Zr02的含量之和占焊絲總重量。/。為4.0-7.5。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用低合金鋼藥芯焊絲，其特征在于所述藥芯中B的含量占焊絲總重量％為0.001-0.012。6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用低合金鋼藥芯焊絲，其特征在于所述藥芯中B/Ti為0.05-0.2。7.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用低合金鋼藥芯焊絲，其特征在于所述藥芯和碳鋼外皮中其他成份S、P、Sn和Bi的含量之和占焊絲總重量。/。小于0.035，其中S小于0.015，P小于0.020，Sn小于0.001，Bi小于0.001。全文摘要一種二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊用低合金鋼藥芯焊絲，所述藥芯的成份及含量占焊絲總重量％如下TiO₂3-6，Si0.3-0.5，Mn1.5-3.2，SiO₂0.1-0.8，ZrO₂0.1-0.5，F(xiàn)e2-7，Al+Mg0.5-1.2，Ni0.5-5，B0.002-0.015，Ti0.1-0.3，堿金屬K、Na、Li的氧化物或氟化物折合K、Na、Li的含量0.1-0.35，氟化物F為0.05-0.2，稀土金屬的氟化物或氧化物折合稀土金屬0.005-0.2，所述焊絲中C、Si、Mn三者含量的乘積是0.058-0.11。對(duì)于高強(qiáng)低合金鋼的全位置焊接工藝性能好，可在大電流、快速焊接的條件下保持良好的電弧穩(wěn)定性和焊接操作性能，其焊縫平滑，連接強(qiáng)度高且具有良好的-40℃低溫沖擊韌性和優(yōu)良的抗裂性。文檔編號(hào)B23K9/16GK101104232SQ20071005292公開(kāi)日2008年1月16日申請(qǐng)日期2007年8月9日優(yōu)先權(quán)日2007年8月9日發(fā)明者盧濟(jì)培,杜曉琪申請(qǐng)人:武漢鐵錨焊接材料股份有限公司