專利名稱：一種適合于大線能量焊接用的埋弧焊藥芯焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接材料領(lǐng)域，尤其涉及一種適合于大線能量焊接用的埋弧焊藥芯焊絲。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，大型化、高層化的焊接結(jié)構(gòu)的使用日益增多要求鋼板的厚度不斷增加。由于埋弧焊具有焊接效率高，容易實現(xiàn)自動焊接、減輕焊工勞動強度等優(yōu)點，在這些鋼結(jié)構(gòu)的焊接過程中埋弧焊成為很重要的工藝之一。但是目前埋弧焊焊接線能量一般都低于50kJ/cm，多數(shù)在30 40kJ/cm之間。為了進一步提高焊接生產(chǎn)效率，提高焊接線能量是一個行之有效的手段。但是一旦提高焊接線能量，焊縫金屬的韌性下降。其原因是隨著焊接線能量的增加，焊接區(qū)的冷卻速度下降，焊縫金屬組織容易粗化。開發(fā)高效化、性能優(yōu)良的焊接材料是進一步提高埋弧焊效率，降低成本、提高焊縫金屬性能的重要途徑。藥芯焊絲與實芯焊絲相比具有生產(chǎn)效率高、成分調(diào)節(jié)靈活、節(jié)能、成型美觀、低污染和易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，使其逐漸成為具有良好發(fā)展前途的焊接材料?，F(xiàn)在關(guān)于適合于大線能量焊接用埋弧焊藥芯焊絲的報道并不是很多。專利申請?zhí)枮?00910014391. 1公開了 “一種中厚板用大直徑埋弧焊藥芯焊絲”，焊絲直徑為4. 2mm 6. 0mm，粉末化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計C :0. 05 0. 12%、Si :0. 2 1. 20%、Mn :0. 80 1. 80%,Mo 0 2. 50%,Ni 0 0. 80%,Ti 0 0. 010%、B 禾口 S 的含量不超過 0. 035%, P的含量不超過0.035%，余量為狗。中國專利97. 104393.0公開了一種低合金高強度高韌性埋弧焊絲，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計C 0. 06 0. 12%,Mn :1. 20 1. 80%,Si :0. 02 0. 06%, Ni 0. 20 0. 50%, Ti :0. 10 0. 16%, B :0. 006 0. 01%，余量為 Fe 和不可避免的S和P組成的焊絲。上述兩種焊絲均未提及在大線能量焊接條件下，其熔敷金屬的性能。中國專利200410097804. 4公開了一種大線能量埋弧焊用焊絲，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計 C 0. 03 0. 10%, N 0. 0035% 以下、Si :0. 40% 以下、Mn :1. 00 2. 50%、還含 Ti 在 0. 030%以上且滿足Ti/N 15 50，剩余部分由Fe及不可避免的雜質(zhì)組成的焊絲。該專利雖然給出了 Ti與N元素之間的配比關(guān)系，但是并未提及Ti與B元素的配比比例。因為在大線能量焊接條件下，Ti與B元素的配比關(guān)系對焊縫金屬的韌性影響較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在大線能量焊接條件下，具有高熔敷效率、高韌性的埋弧焊藥芯焊絲，主要適用于屈服強度在450MI^級別的橋梁、船舶、建筑等大型焊接結(jié)構(gòu)件的制造。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種適合于大線能量焊接用的埋弧焊藥芯焊絲，包括向軟鋼外皮中填充合金粉末，其特征在于所述的合金粉末的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C :0. 06% 0. 10%, Si 0. 10 % 0. 50 %、Mn 1. 20 % 2. 0 %、Mo :0 % 0. 50 %、Ni :0. 20 % 1. 20 %、Ti 0. 03 % 0. 10 %、B :0. 005 % 0. 010 %、S的含量不超過0. 010 %、P的含量不超過 0. 020%、余量為Fe和不可避免的對藥芯焊絲性能沒有影響的雜質(zhì)，同時控制Ti與B元素的比例在7.0 10. 0之間。填充在軟鋼外皮內(nèi)的合金粉末的填充率為10 18% ；填充合金粉末粒度為80 200 目。焊絲成品直徑范圍是4. 0 5. 0mm，縱向長度可以隨意確定。本發(fā)明化學(xué)成分設(shè)計的依據(jù)是C 保證強度的元素。當(dāng)C含量低于0. 06%時，焊縫金屬的強度較低，同時焊縫金屬中鐵素體的含量較高，不利于生成針狀鐵素體。當(dāng)C含量高于0. 10%時，易引起焊縫金屬的脆化，降低韌性。Si 在焊絲成分設(shè)計中，Si主要起到脫氧的作用。當(dāng)Si含量低于0. 10%時，脫氧效果較差，使氧含量偏高，影響焊縫金屬的韌性。但是Si含量高于0. 50%時，容易促進鐵素體粗化，使焊縫金屬的韌性降低。由于焊劑中含有大量的Si，在焊接過程中焊縫中增Si現(xiàn)象嚴(yán)重，因此也應(yīng)該嚴(yán)格控制焊絲中Si含量。Mn 焊縫強化的有效元素。Mn能夠顯著降低脆性轉(zhuǎn)變溫度。當(dāng)Mn含量低于1. 20% 時，焊縫的強度無法保證。當(dāng)Mn含量高于2.0%時，焊縫中易生成馬氏體，導(dǎo)致焊縫韌性嚴(yán)重下降。Mo 固溶強化的元素。推遲先共析鐵素體轉(zhuǎn)變而有利于形成貝氏體結(jié)構(gòu)，從而提高焊縫的強度。但是Mo元素含量超過0.50%時，焊縫金屬中易產(chǎn)生上貝氏體，韌性劣化。Ni 提高焊縫金屬韌性的元素。尤其是提高焊縫低溫韌性，同時降低脆性轉(zhuǎn)變溫度。當(dāng)Ni元素的含量高于0. 20%時，上述效果能夠顯著體現(xiàn)，當(dāng)含量高于1. 20%時，容易引起低溫裂紋的產(chǎn)生。同時Ni又屬于貴金屬，應(yīng)該控制其的添加量。Ti 細(xì)化焊縫金屬組織的元素。有利于實現(xiàn)大線能量焊接。Ti元素與N元素的親和力極高，形成TiN質(zhì)點，促進針狀鐵素體的形成。同時Ti元素又降低了焊縫中固溶N的含量，降低了固溶N對韌性的損害。當(dāng)Ti元素的含量低于0.03%時，焊縫金屬的組織不能夠得到充分細(xì)化。當(dāng)Ti元素的含量超過0. 10%時，過剩的Ti元素會使焊縫韌性降低。B 抑制先共析鐵素體生成的元素。固溶的B在奧氏體晶界偏聚，降低界面能，抑制先共析鐵素體的產(chǎn)生。同時B元素還具有減低奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的溫度的作用，促進針狀鐵素體的形成。B元素的過度系數(shù)較低，添加范圍在0. 005 0. 010%。Ti元素與N元素的親和力比B元素強，所以加入Ti元素可以防止B元素被氧化和氮化，保證B元素向焊縫中過渡。因為B是重要的提高淬透性的元素，所以可以提高焊縫金屬的淬透性。擴大針狀鐵素體轉(zhuǎn)變的區(qū)域，Ti、B之間存在交互作用，當(dāng)二者之間存在一個最佳的配合范圍時，可在焊縫中可穩(wěn)定獲得大量的針狀鐵素體，相應(yīng)的焊縫金屬具有優(yōu)異的強韌性匹配。本發(fā)明將Ti/B含量的比例控制在7.0 10.0，當(dāng)Ti/B含量的比例低于 7. 0時，焊縫金屬韌性改善效果不明顯。當(dāng)Ti/B含量的比例高于10. 0時，過量的Ti元素又會使焊縫金屬的韌性下降。S和P:對焊縫金屬韌性具有危害作用，含量過高容易使焊縫產(chǎn)生裂紋，應(yīng)盡量降低其含量，尤其是P元素。因為在埋弧焊過程中，焊劑的使用會使焊縫金屬中P元素含量增高。要求S元素的含量不超過0. 010%, P元素的含量不超過0. 020%。
以上化學(xué)元素設(shè)計總結(jié)歸納為降低C含量，控制Si含量，降低S和P含量，適當(dāng)添加Mo、Ni、Ti和B元素的含量，形成Mn-Mo-Ni-Ti-B的合金體系。保證焊縫金屬強度的同時，降低晶界先共析鐵素體的含量，增加晶內(nèi)針狀鐵素體的數(shù)量，從而提高在大線能量焊接條件下焊縫金屬的低溫沖擊韌性。本發(fā)明涉及的藥芯焊絲采用Mn-Mo-Ni-Ti-B合金體系，填充在軟鋼外皮內(nèi)的合金藥粉的填充率為10 18%，配合伊薩0K10. 62焊劑，在50 lOOkJ/cm焊接線能量下，熔敷金屬性能滿足IACS中焊接材料3Y級要求。該藥芯焊絲適合于單絲和雙絲埋弧焊，焊絲焊接參數(shù)范圍調(diào)節(jié)寬，焊接工藝穩(wěn)定，焊縫成型美觀，適合全位置焊接。 1、采用本發(fā)明的焊絲熔敷金屬和焊接接頭具有優(yōu)良的綜合性能，即較高的抗拉強度和低溫沖擊韌性。2、采用本發(fā)明的焊絲可以適用于50 lOOkJ/cm的大線能量焊接。當(dāng)線能量在 100kJ/cm時，在_40°C條件下焊縫金屬的韌性仍然能夠達到130J，甚至更高。3、本發(fā)明的焊絲適合于單絲和雙絲埋弧焊，焊絲焊接參數(shù)范圍調(diào)節(jié)寬，焊接工藝穩(wěn)定，焊縫成型美觀，適合全位置焊接。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的具體實施方式
具體介紹本發(fā)明的生產(chǎn)方式為利用在市場上購買的冷軋軟鋼帶，利用藥芯焊絲成型機將軟鋼帶軋制成U型，然后向U型槽中添加合金粉末，合金粉末的填充率為13 16% (合金粉總重量占焊絲總重量的百分比)。填充合金粉末粒度為80 200目。然后將U型槽搭接封口，使合金粉末被包裹在其內(nèi)，并且不易流動。再利用藥芯焊絲拉拔機將其拉拔至成品所要求的尺寸，成品直徑尺寸為4. O 5. Omm。本發(fā)明的焊絲進行兩種焊接試驗，即熔敷金屬焊接試驗和鋼板對接試驗。焊劑均采用300°C烘干，保溫2小時的伊薩0K10. 62。熔敷金屬焊接試驗采用單絲埋弧焊焊接方法，鋼板尺寸為300mmX 125mmX 20mm，墊板尺寸為300mmX 25mmX 10mm,鋼板開V型單面15°坡口。鋼板對接試驗采用雙絲埋弧焊焊接方法，選用鞍鋼生產(chǎn)的EH32船板，尺寸為 500mmX 200mmX45mm，鋼板開X型單面30°坡口，預(yù)留3. 5mm鈍邊。具體的焊接工藝參數(shù)見表1。焊絲熔敷金屬單絲埋弧焊實施例的化學(xué)成分見表2。單絲埋弧焊實施例焊絲熔敷金屬性能見表3。鋼板對接雙絲埋弧焊實施例焊絲的化學(xué)成分見表4。鋼板對接雙絲埋弧焊實施例性能見表5。表1焊接試驗工藝參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種適合于大線能量焊接用的埋弧焊藥芯焊絲，包括向軟鋼外皮中填充合金粉末， 其特征在于所述的合金粉末的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C 0. 06% 0. 10%、Si 0. 10% 0. 50%,Mn 1. 20% 2. 0%,Mo 0. 50%,Ni :0. 20% 1. 20%,Ti :0. 03% 0. 10%, B 0. 005% 0. 010%, S的含量不超過0. 010%, P的含量不超過0. 020%、余量為!^e和不可避免的對藥芯焊絲性能沒有影響的雜質(zhì)，同時控制Ti與B元素的比例在7. 0 10. 0之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合于大線能量焊接用的埋弧焊藥芯焊絲，其特征在于所述合金粉末的填充率為10% 18%，填充合金粉末粒度為80 200目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適合于大線能量焊接用的埋弧焊藥芯焊絲，其特征在于 所述焊絲成品直徑范圍是4. 0 5. 0mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適合于大線能量焊接用的埋弧焊藥芯焊絲，包括向軟鋼外皮中填充目合金粉末，其特征在于所述的合金粉末的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C0.06％～0.10％、Si0.10％～0.50％、Mn1.20％～2.0％、Mo0％～0.50％、Ni0.20％～1.20％、Ti0.03％～0.10％、B0.005％～0.010％、S的含量不超過0.010％、P的含量不超過0.020％、余量為Fe和不可避免的對藥芯焊絲性能沒有影響的雜質(zhì)，同時控制Ti與B元素的比例在7.0～10.0之間。本發(fā)明具有高熔敷效率、高韌性的埋弧焊藥芯焊絲，主要適用于屈服強度在450MPa級別的橋梁、船舶、建筑等大型焊接結(jié)構(gòu)件的制造。
文檔編號B23K35/30GK102310299SQ20101021572
公開日2012年1月11日 申請日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者付魁軍, 劉芳芳, 及玉梅, 呂冬, 王佳驥 申請人:鞍鋼股份有限公司