專利名稱：填充有焊劑的焊絲的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于低碳鋼或高強度鋼構成的鋼板的氣體保護電弧焊中的填充 有焊劑的焊絲。
背景技術：
以往，在鋼板的焊接，特別是在單面對接焊中，期望能夠抑制初層焊接部(焊接金 屬)上產(chǎn)生的熱裂。作為抑制這種熱裂的方法，提出有如下技術。例如，專利文獻1中，作為改善耐熱裂性的方法，提出有降低焊接速度、降低焊接 電流等犧牲焊接效率的焊接施工。另外，專利文獻1中，作為改善耐熱裂性的方法。還提出 有，降低焊接金屬中的B量，或者降低焊接用金屬絲中的雜質中的S含量。在專利文獻2中，作為改善耐熱裂性的方法，提出有以下的方法通過使焊接用焊 絲中包含CaO并在焊接中產(chǎn)生的熔渣中添加CaO，消除背面焊道形狀的凹凸。而且在專利文 獻2中，作為改善耐熱裂性的方法，提出有通過提高作為焊絲成分的C量，使背面焊道形成 穩(wěn)定化的方案。專利文獻3中，作為改善耐熱裂性的方法，提出有為了使鐵素體系不銹鋼的焊接 部的焊接金屬的結晶粒徑微細，作為焊絲成分含有Al、Ti以及N，并使焊接金屬中存在Al及 Ti的氮化物。專利文獻1 (日本)特開昭54-130452號公報專利文獻2 (日本)特開2006-289404號公報專利文獻3 (日本)特開2002-336990號公報但是，專利文獻1的改善方法中，存在如下問題，S卩，由于近年來提高了焊接效率 的焊接施工條件越來越適用于更大的范圍，并且作為焊絲成分的雜質元素S的含量的降低 也有一定的限度，所以不能抑制在焊接金屬上產(chǎn)生的熱裂。另外，專利文獻1中提出的降低 作為焊絲成分的B的含量這一方法，存在如下問題，即，雖然有改善耐熱裂性的效果，但會 導致其低溫韌性降低。專利文獻2的改善方法中，存在如下問題，S卩，向熔渣中添加CaO這一方法，導致熔 渣的粘性和熔點降低，流動性過剩，立姿的焊接中發(fā)生焊道滴流等，作業(yè)性降低。另外，在最 大問題是產(chǎn)生熱裂的單面對接焊的初層路徑中，由于受到母材稀釋的很大影響，專利文獻2 中提出的較高地限定C量的焊絲中，沒有得到穩(wěn)定的母材稀釋，不能得到穩(wěn)定的耐熱裂性。 其結果，存在能夠使用于焊絲的母材選擇范圍受限的問題。專利文獻3的改善方法中，由于焊絲中含有15 25質量％的Cr，N向鐵素體系不 銹鋼的焊接部位的熔解度增加。因此，即使為了充分利用用于使焊接部的結晶粒徑細微的 Al及Ti的氮化物，而添加大量(0. 04 0. 2質量％ )的N，也不會產(chǎn)生問題。但是，其存在如下問題，即，焊接由低碳鋼或高強度鋼構成的鋼板時，N向焊接部位 的熔解度小，添加大量N，會超出焊接部位熔解度，從而容易產(chǎn)生發(fā)氣孔等缺陷。另外，使用包含TiO2的焊絲時，焊接金屬中存在大量(500 700ppm)的氧，為生成Ti氮化物而添加的Ti的大部分作為氧化物被消耗。因此，需要添加大量用于生成Ti氮化 物的Ti，但該情況下，存在由于焊接金屬中大部分Ti熔化，焊接金屬的凝固溫度下降，反而 易產(chǎn)生熱裂。另外，還存在如下問題，即關于添加大量的Ti，使韌性等機械特征劣化，且從經(jīng) 濟性的方面考慮不優(yōu)選。因此，由低碳鋼和高強度鋼構成的鋼板的焊接中，作為抑制焊接部產(chǎn)生的熱裂的 手段，充分利用Ti的氮化物使焊接部位的結晶粒微細化的措施向來很困難。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明是為了解決上述問題點而發(fā)明的，因此，其目的在于提供一種填充有 焊劑的焊絲，在由低碳鋼或高強度鋼構成的鋼板的單面對接焊的初層焊接部成為問題的耐 熱裂性優(yōu)異，且全位置焊接的焊接作業(yè)性及焊接金屬的機械特性優(yōu)異。為了解決上述問題，本發(fā)明的填充有焊劑的焊絲用于由低碳鋼或高強度鋼構成的 鋼板的焊接，其是在鋼制外皮內充填焊劑而成，其特征在于，相對于焊絲總質量的焊劑充填 率為10 25質量％，相對于焊絲總質量，含有C :0. 02 0. 10質量％、Si 0. 05 1. 50質 M%,Mn 1. 7 4· 0 質量％、Ti :0· 05 1. 00 質量％、Ti02 :5· 0 8· 0 質量％、Α1 :0· 20 1. 50 質量％、Α1203 :0. 05 1· 0 質量％、Mg :0· 3 2· 0 質量％、Ν :0· 005 0. 035 質量％， 余量由Fe及不可避免的雜質構成。根據(jù)所述構成，相對于焊絲總質量的焊劑充填率為規(guī)定量，相對于焊絲總質量，含 有規(guī)定量的C、Si、Mn、Ti、Ti02、Al、A1203、Mg及N，由此，能夠抑制焊接部(焊接金屬)上的 熱裂，同時提高機械強度，且提高焊接作業(yè)性。尤其是，通過含有規(guī)定量的Ti、Al、Mg及N， 能夠將焊接金屬中生成的夾雜物的組成抑制成有效促進成核的TiN。其結果，能夠使焊接部 (焊接金屬)的凝固組織微細化，能夠抑制熱裂。根據(jù)本發(fā)明的填充有焊劑的焊絲，相對于焊絲總質量的焊劑充填率為規(guī)定量，并 含有規(guī)定量的C、Si、Mn、Ti、Ti02、Al、A1203、Mg及N，由此，在由低碳鋼或高強度鋼構成的鋼 板的單面對接焊的初層焊接部成為問題的耐熱裂性優(yōu)異，且全位置焊接的焊接作業(yè)性及焊 接金屬的機械特性優(yōu)異。其結果，能夠提供品質優(yōu)異的焊接產(chǎn)品。


圖1(a) (d)是表示本發(fā)明的填充有焊劑的焊絲的構成的剖面圖；圖2表示用于評價耐熱裂性的焊接母材的坡口形狀的剖面圖。符號說明1、填充有焊劑的焊絲(焊絲)2、鋼制外皮3、焊劑4、接頭11、焊接母材12、耐火物13、鋁帶
具體實施例方式對本發(fā)明的填充有焊劑的焊絲進行詳細的說明。本發(fā)明的填充有焊劑的焊絲用于由低碳鋼或高強度鋼構成的鋼板的焊接。另外， 本發(fā)明的填充有焊劑的焊絲適合用于氣體保護電弧焊，在單面對接焊中發(fā)揮優(yōu)異的效果， 不特別限定焊接方法。如圖1(a) (d)所示，填充有焊劑的焊絲(以下稱為焊絲)1由形成筒狀的鋼制 外皮2、充填于該筒內的焊劑3構成。另外，焊絲1可以是如圖1 (a)所示的在沒有接縫4的 鋼制外皮2的筒內充填了焊劑3的無縫型、如圖1(b) (d)所示的在有接縫4的鋼制外皮 2的筒內充填了焊劑3的焊縫型的任一形態(tài)。而且，焊絲1的焊劑充填率為規(guī)定量，含有規(guī)定量的C、Si、Mn、Ti、Ti02、Al、Al203、
Mg及N，余量由Fe及不可避免的雜質構成。下面，記載焊絲成分(焊劑充填率及成分量)的數(shù)值范圍和其限定理由。焊劑充 填率以填充于鋼制外皮2內的焊劑的質量相對于焊絲1 (鋼制外皮2+焊劑3)的總質量的 比例來表示。另外，成分量以鋼制外皮2和焊劑的成分量的綜合來表示，以焊絲1 (鋼制外 皮2+焊劑3)中共包含的各成分的質量相對于焊絲1的總質量的比例表示。另外，構成焊 絲1的成分中，C、Si、Mn、Ti、Ti02、Al、A1203、Mg及N不論是從鋼制外皮2添加，還是從焊劑 3添加均可，只要在鋼制外皮2及焊劑3中的至少一方中添加即可。(焊劑充填率10 25質量％)焊劑充填率不足10%質量時，電弧的穩(wěn)定性變差，濺射產(chǎn)生量增加，并且發(fā)生焊道 外觀不良，焊接作業(yè)性降低。焊劑充填率超過25質量％時，發(fā)生焊絲1的斷線等，生產(chǎn)性顯
著變差。(C 0. 02 0. 10 質量％，優(yōu)選為 0. 03 0. 08 質量％ )C是為確保焊接部的可淬性而添加的。C量不足0. 02質量％時，由于可淬性不足， 從而焊接部的強度、韌性不足。另外，由于低C量，從而在焊接部產(chǎn)生熱裂。C量超過0.10 質量％時，焊接部的強度過剩，韌性不足。另外，焊接時的濺射產(chǎn)生量或煙氣產(chǎn)生量增加，焊 接作業(yè)性降低。另外，作為被焊接材料的鋼材的C量多時，焊接部(焊接金屬)的C量增 多。而且，C成為引起包晶反應的區(qū)域時，焊接部上易產(chǎn)生熱裂。另外，作為C源，例如使用 Fe-Mn等合金粉、鐵粉等。(Si 0. 05 1. 50 質量％，優(yōu)選 0. 10 1. 00 質量％ )Si是為確保焊接部的延性、維持焊道形狀而添加的。Si量不足0. 05質量％時，焊 接部的延性(伸展)不足。另外，焊道形狀變差，尤其是向上立焊中，焊道滴流，焊接作業(yè)性 降低。Si量超過1.50質量％時，在焊接部產(chǎn)生熱裂。另外，作為Si源，例如使用Fe-Si、 Fe-Si-Mn等合金、K2SiF6等氟化物、鋯英砂、硅砂、長石等氧化物。(Mn :1· 7 4. 0 質量 ％，優(yōu)選 2. 4 3. 7 質量 ％ )Mn是為確保焊接部的可淬性而添加的。Mn量不足1. 7質量％時，焊接部的可淬性 不足，韌性降低。另外，由于與作為不可避免的雜質而含有的S相結合得到的MnS量也減 少，所以MnS帶來的熱裂的抑制作用減小，在焊接部產(chǎn)生熱裂。Mn量超過4. 0質量％時，焊 接部的強度過剩，韌性不足。另外，在焊接部產(chǎn)生冷裂。另外，作為Mn源，例如使用Mn金屬 粉、Fe-Mn、Fe-Si-Mn 等合金。
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(Ti 0. 05 1. 00 質量％，優(yōu)選 0. 20 1. 00 質量％ )Ti (金屬Ti)是為改善焊接部(焊接金屬)的耐熱裂性而添加的。Ti (金屬Ti) 在焊接時與N結合，能夠將焊接金屬中生成的夾雜物控制成有效促進成核的TiN。其結果 是，使焊接頭(焊接金屬)的凝固組織微細化，改善焊接部的抑制熱裂的作用。Ti量(金屬 Ti)不足0.05質量％時，上述效果不充分，在焊接部發(fā)生熱裂。Ti量(金屬Ti)超過1.00 質量％時，焊接金屬重熱部易成為硬且脆的貝氏體、馬氏體，韌性降低。另外，焊接時的濺射 產(chǎn)生量增多，或焊接作業(yè)性降低。另外，焊接金屬中的Ti熔解而存在，使焊接金屬的凝固溫 度降低，產(chǎn)生熱裂。另外，作為Ti源，例如使用Fe-Ti等合金粉。(TiO2 :5· 0 8. 0 質量％ )TiO2(Ti氧化物)是為確保全位置焊接的焊接作業(yè)性而添加的。TiO2量(Ti氧化 物)不足5.0質量％時，向上立焊中，焊道滴流，焊接作業(yè)性降低。TiO2量(Ti氧化物)超 過8.0質量％時，焊接時的熔渣剝離性劣化，焊接作業(yè)性降低。另外，焊劑的體積比重減小， 生產(chǎn)性劣化。另外，作為TiO2源，例如使用金紅石。(Al 0. 20 1. 50 質量％，優(yōu)選 0. 20 0. 50 質量％ )Al是強脫氧劑，具有從焊接頭(焊接金屬)中生成的夾雜物還原由與Al相比脫 氧力弱的Ti構成的Ti氧化物，且生成有效促進成核的TiN的效果。其結果是，焊接金屬的 凝固組織被微細化。另外，使焊接金屬的氧量下降，Mn的成品率更穩(wěn)定。從這些效果來看， 焊接部的抑制熱裂作用得到改善，韌性也變得穩(wěn)定化。Al量不足0. 20質量％時，脫氧不充 分，在焊接部產(chǎn)生熱裂。另外，韌性也降低。Al量超過1.50質量％時，焊接部的強度過剩， 韌性不足。另外，焊接時的濺射產(chǎn)生量增多，焊接作業(yè)性降低。另外，作為Al源，例如使用 Al金屬粉、Fe-Al、Al-Mg等合金粉。(Al2O3 0. 05 1. 0 質量％，優(yōu)選 0. 05 0. 5 質量％ )Al2O3是為防止平角姿下的焊道形狀、向上立姿下的焊道的滴流而添加的。Al2O3量 不足0. 05質量％時，平角焊下的焊道形狀(溶合)變差，另外，向上立焊時產(chǎn)生焊道滴流， 焊接作業(yè)性降低。Al2O3量超過1.0質量％時，焊接時的熔渣剝離性劣化，焊接作業(yè)性降低。 另外，作為Al2O3源，例如使用氧化鋁及長石等復合氧化物。(Mg 0. 3 2. 0 質量％，優(yōu)選 0. 3 1. 0 質量％ )Mg是強脫氧劑，具有從焊接頭(焊接金屬)中生成的夾雜物還原由與Mg相比脫氧 力弱的Ti構成的Ti氧化物，且生成有效促進成核的TiN的效果。其結果是，焊接金屬的凝 固組織被微細化。另外，使焊接金屬的氧量下降，Mn的成品率更穩(wěn)定。從這些效果來看，焊 接部的抑制熱裂作用得到改善，韌性也變得穩(wěn)定化。Mg量不足0. 3質量％時，上述效果不 充分，在焊接部(初層焊接部)產(chǎn)生熱裂。另外，韌性也降低。Mg量超過2.0質量％時，焊 接部的強度過剩，韌性不足。另外，濺射產(chǎn)生量增多。另外，作為Mg源，例如使用金屬Mg、 Al-Mg, Fe-Si-Mg等金屬粉、合金粉。(N :0· 005 0. 035 質量％ )N是為生成有效促進成核的TiN而不可缺的成分。而且，由于生成TiN，從而焊接 金屬的凝固組織微細化，耐熱裂性得到改善。N量不足0. 005質量％時，上述效果不充分，在 焊接部(初層焊接部)產(chǎn)生熱裂。N量超過0.035質量％時，焊接金屬中產(chǎn)生氣孔。另外， 焊接部的強度過剩，韌性降低。另外，作為N源，例如使用N-Cr、Fe-N-Cr、N-Si、N-Mn、N-Ti等金屬氮化物。(Fe)剩余部分的Fe是構成鋼制外皮2的Fe、及/或焊劑3中添加的鐵粉、合金粉的Fe。(不可避免的雜質)作為剩余部分的不可避免的雜質，列舉出S、P、Ni、0、Zr等，允許在不妨礙本發(fā)明 的效果的范圍內含有。S量、P量、Ni量、0量、Zr量分別優(yōu)選為0. 050質量％以下，該量為 鋼制外皮2和焊劑3中的各成分量的總和。另外，本發(fā)明的焊絲1中，選擇鋼制外皮2及焊劑3的各成分(各成分量)，以使制 造焊絲時焊絲成分(成分量)為上述范圍內。另外，本發(fā)明的焊絲1也可以在其表面上實 施鍍Cu，相對于焊絲總質量，也可以含有0. 35質量％以下的Cu。另外，本發(fā)明的焊絲1的制造方法例如包含由具有規(guī)定組成的帶鋼形成筒狀的 鋼制外皮2的工序；向該鋼制外皮2的內部充填具有規(guī)定組成的焊劑3的工序；將充填有焊 劑3的鋼制外皮2拉絲加工至規(guī)定的外徑，從而制成焊絲1的工序；根據(jù)需要在焊絲1的表 面進行鍍Cu的工序。但是，如果能制造焊絲1，則并不限定于上述制造方法。[實施例]關于本發(fā)明的填充有焊劑的焊絲，將滿足本發(fā)明的條件的實施例和不滿足本發(fā)明 的條件的比較例進行比較并具體地說明。在鋼制外皮(鋼使用含有C:0.03質量％、Si :0.02質量％、1111:0.25質量％、卩 0. 010質量％、S 0. 008質量％，且余量由Fe及不可避免的雜質構成的鋼)的內側充填焊 劑，制作由表1、表2所示的焊絲成分構成的焊絲直徑1.2mm的圖1(b)所示的焊縫型填充有 焊劑的焊絲(實施例:No. 1 20、比較例:No. 21 40)。另外，焊絲成分通過以下的測定方法進行測定并計算。C量通過“燃燒紅外線吸收法”進行測定，N量通過“惰性氣體熔化熱導法”進行測 定，Si量、Mn量、Mg量通過“ ICP發(fā)光分光分析法”進行測定。TiO2量(作為TiO2等存在，不包含F(xiàn)e-Ti)通過“氧分解法”進行測定。用于氧分 解法的溶媒使用王水，將焊絲全部溶解。由此，焊絲1中包含的Ti源(Fe-Ti等)向王水溶 解，但TiO2源(TiO2等)相對于王水不溶，因此，沒有完全溶解。使用濾紙(濾紙規(guī)格為5C 目的孔徑)過濾該溶液，將殘渣和濾紙一起轉移到鎳制坩堝，通過煤氣燃燒器進行加熱并 灰化。接著，加入堿溶劑(氫氧化鈉和過氧化鈉的混合物)，再次通過燃燒器進行加熱并熔 化殘渣。接著，添加18質量％鹽酸將熔融物溶液化后，向容量瓶轉移，進一步添加純水并進 行混合，得到分析液。通過“ICP發(fā)光分光分析法”測定分析液中的Ti濃度。將該Ti濃度 換算成TiO2量，算出TiO2量。對于Ti量(作為Fe-Ti等存在，不包含TiO2等)，通過“氧分解法”將焊絲全部向 王水溶解，過濾不溶的TiO2源(TiO2等)，將該溶液作為包含于焊絲1的Ti源(Fe-Ti等) 而得到，由此，使用“ ICP發(fā)光分光分析法”，作為Ti量(Fe-Ti等)，求出其存在量。Al2O3量(作為氧化鋁及長石等的復合氧化物存在，不包含Al金屬粉等合金粉)通 過“氧分解法”進行測定。用于氧分解法的溶媒使用王水，并將焊絲全部溶解。由此，焊絲1 中包含的Al源(Al金屬粉等合金粉)向王水溶解，但Al2O3源(氧化鋁及長石等的復合氧化物)相對于王水不溶，因此，沒有完全溶解。使用濾紙(濾紙規(guī)格為5C目的孔徑)過濾 該溶液，將殘渣和濾紙一起轉移到鎳制坩堝，通過煤氣燃燒器進行加熱并灰化。接著，加入 堿溶劑(氫氧化鈉和過氧化鈉的混合物)，再次通過燃燒器進行加熱并熔化殘渣。接著，添 加18質量％鹽酸將熔融物溶液化后，向容量瓶轉移，進一步添加純水并進行混合，得到分 析液。通過“ICP發(fā)光分光分析法”測定分析液中的Al濃度。將該Al濃度換算成Al2O3量， 算出Al2O3量。對于Al量(作為Al金屬粉等合金粉存在，不包含氧化鋁及長石等的復合氧 化物)，通過“氧分解法”將焊絲全部向王水溶解，過濾不溶的Al2O3源(氧化鋁及長石等的 復合氧化物)，將該溶液作為包含于焊絲1的Al源(Al金屬粉等合金粉)而得到，由此，使 用“ ICP發(fā)光分光分析法”，作為Al量(Al金屬粉等合金粉)，求出其存在量。表 1
No.焊絲成分(質量％)CSiMnTiTiO2AlAl2O3MgN焊劑 填充率1實施例0. 020. 602. 50. 206.00. 450. 200. 50.015152實施例0. 090. 552.60. 156.00. 600.250. 40.011153實施例0. 061.482. 50. 186. 50. 550.150. 50.013154實施例0.060.062.60. 226.00. 500.150.60.020155實施例0. 050. 551.70. 216.50. 450. 200. 50.018156實施例0.040.604.00. 185. 50. 550. 250.80.015157實施例0.060.692.50.066.00.600. 200.60.017158實施例0.050. 602.80. 986. 50.680. 250.50. 022159實施例0. 060. 682.60. 255.00. 550. 200.80.0151510實施例0. 040. 502.90. 228.00. 680. 150.90.0111511實施例0. 070.652.70. 306. 50. 200. 252.00. 0081512實施例0.060.452.50.286. 51.500. 150.80.0181513實施例0.050. 702.60. 256.50. 500.050. 50.0151514實施例0. 050. 552.80. 187.00. 701.000.90.0171515實施例0. 060. 603.00. 256. 50. 650. 250. 30.0141516實施例0. 060. 652. 50. 206.00. 600. 202.00.0131517實施例0.070.552.60. 297.00. 750. 250.80. 0051518實施例0.060. 682.80. 256. 50. 550.200.50.0351519實施例0.060. 603.00. 267.00. 600. 150.90.0151020實施例0. 060. 652.80. 256.00. 500. 200.80.01325(注)余量為Fe及不可避免的雜質[表2]
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權利要求
一種填充有焊劑的焊絲，其用于由低碳鋼或高強度鋼構成的鋼板的焊接，其是在鋼制外皮內充填焊劑而成，其特征在于，相對于焊絲總質量的焊劑充填率為10～25質量％，相對于焊絲總質量，含有C0.02～0.10質量％、Si0.05～1.50質量％、Mn1.7～4.0質量％、Ti0.05～1.00質量％、TiO25.0～8.0質量％、Al0.20～1.50質量％、Al2O30.05～1.0質量％、Mg0.3～2.0質量％、N0.005～0.035質量％，余量由Fe及不可避免的雜質構成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種填充有焊劑的焊絲，其在由低碳鋼或高強度鋼構成的鋼板的單面對接焊的初層焊接部成為問題的耐熱裂性方面優(yōu)異，且全姿勢焊接的焊接作業(yè)性及焊接金屬的機械特性優(yōu)異。其用于由低碳鋼或高強度鋼構成的鋼板的焊接，是在鋼制外皮內充填焊劑而成，其特征在于，相對于焊絲總質量的焊劑充填率為10～25質量％，相對于焊絲總質量，含有C0.02～0.10質量％、Si0.05～1.50質量％、Mn1.7～4.0質量％、Ti0.05～1.00質量％、TiO25.0～8.0質量％、Al0.20～1.50質量％、Al2O30.05～1.0質量％、Mg0.3～2.0質量％、N0.005～0.035質量％，余量由Fe及不可避免的雜質構成。
文檔編號B23K35/30GK101961823SQ20101023702
公開日2011年2月2日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權日2009年7月23日
發(fā)明者坂本浩一, 島本正樹, 柿崎智紀, 石田齊, 笹倉秀司 申請人:株式會社神戶制鋼所