一種高韌性氣電立焊用藥芯焊絲的制作方法
【專利摘要】一種高韌性氣電立焊用藥芯焊絲，包括低碳鋼外皮和藥芯，其特征在于，所述藥芯中各組分以全部焊絲的重量百分比計，分別為：CaF2：0.5-0.65%；碳酸鈉：0.40-0.60%；含鉀化合物：0.10-0.25%；鋁（Al）粉：0.10-0.20%；鉬鐵粉：0.1-0.30%；電解錳：1.5-3.0%；硅鐵：0.6-0.75%；石英砂：0.1-0.15%；鈦鐵：0.6-0.8%；氧化鋁：0.1-0.15%；鐵粉：15-20%；所述藥芯的填充率為19.1-26.85%。本發(fā)明通過藥芯成分的有機組配并與低碳鋼外皮配合，提供一種焊接工藝性能和理化性能良好的氣電立焊藥芯焊絲，電弧穩(wěn)定性好、飛濺少、煙塵小、脫渣容易、焊縫正反面成型好，再引弧性能良好，完全滿足氣電立焊的高需求標(biāo)準(zhǔn)。
【專利說明】一種高韌性氣電立焊用藥芯焊絲

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種高韌性氣電立焊用藥芯焊絲。

【背景技術(shù)】
[0002]氣電立焊是一種高效的焊接方法，氣電立焊是由普通熔化極氣體保護焊和電渣焊發(fā)展而形成的一種熔化極氣體保護電弧焊方法。其焊接效率及焊接質(zhì)量均較高，主要應(yīng)用于船舶的外殼板的中厚板焊接，也可應(yīng)用于相應(yīng)尺寸的橋梁箱式梁腹板及大型儲罐側(cè)板的中厚板的焊接。
[0003]隨著社會經(jīng)濟快速增長，船舶運輸行業(yè)興盛，高韌性高強度的焊接成為發(fā)展重點，氣電立焊作為一種高效的焊接方法具有很大的發(fā)展空間。但目前中國境內(nèi)研究生產(chǎn)的焊絲常常出現(xiàn)焊接力學(xué)性能不穩(wěn)定的情況，工藝性能不能滿足氣電立焊的高需求。
[0004]當(dāng)前所有氣電立焊藥芯焊絲的使用基本全都依賴進口，市場被發(fā)達(dá)國家大公司壟斷，使得氣電立焊成本高昂，不利于普及。但隨著中國造船工業(yè)和石油儲備行業(yè)的發(fā)展，迫切需要一種成本低、焊接力學(xué)效果好的氣電立焊用焊絲。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明通過藥芯成分的有機組配并與低碳鋼外皮配合，提供一種焊接工藝性能和理化性能良好的氣電立焊藥芯焊絲，電弧穩(wěn)定性好、飛濺少、煙塵小、脫渣容易、焊縫正反面成型好，再引弧性能良好，完全滿足氣電立焊的高需求標(biāo)準(zhǔn)。
[0006]為實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種高韌性氣電立焊用藥芯焊絲，包括低碳鋼外皮和藥芯，其特征在于，所述藥芯中各組分以全部焊絲的重量百分比計，分別為:
CaF2:0.50-0.65 % ；
碳酸鈉:0.40-0.60% ；
含鉀化合物:0.10-0.25% ；
鋁(Al)粉:0.10-0.20% ；
鑰鐵粉:0.10-0.30% ；
電解錳:1.5-3.0% ；
硅鐵:0.60-0.75 % ；
石英砂:0.1O-0.15% ；
鈦鐵:0.6-0.8% ；
氧化鋁:0.10-0.15% ；
鐵粉:15-20% ；
所述藥芯的填充率為19.1-26.85%。
[0007]進一步地，所述低碳鋼外皮包括以下組分，以全部焊絲的重量百分比計，分別為:
C:0.01-0.10% ；
Mn:0.1-0.4% ；
Si:0.01-0.03% ；
S:0.005-0.015% ；
P:0.005-0.015 % ；
余量為鐵。
[0008]優(yōu)選地,所述藥芯焊絲的直徑為1.6mm。
[0009]優(yōu)選地，所述藥芯填充率為20-25%。
[0010]制備上面所述的高韌性氣電立焊用藥芯焊絲的方法，其特征在于，采用以下步驟:將藥芯中各成分按比例混合均勻后，將藥芯置于低碳鋼外皮上，經(jīng)過包裹或卷制成絲，然后細(xì)拉至相應(yīng)規(guī)格即得所述高韌性氣電立焊用藥芯焊絲。
[0011]優(yōu)選地，所述藥芯組分中含鉀化合物為鉀長石或碳酸鉀，或兩者的組合；含鉀化合物為碳酸鉀時，其重量占全部焊絲重量的0.12-0.17%。
[0012]優(yōu)選地,所述藥芯組分重量百分比中，CaF2:碳酸鈉=5:4，電解猛:娃鐵=4:1。
[0013]優(yōu)選地，所述高韌性氣電立焊用藥芯焊絲在垂直氣電立焊中的焊接參數(shù)為:電壓范圍為32?41V之間，電流范圍為340?410A。
[0014]優(yōu)選地，所述高韌性氣電立焊用藥芯焊絲在垂直氣電立焊中焊接要求的坡口角度為22.5°C，背面坡口間隙為5±lmm，正面間隙17±lmm。
[0015]本發(fā)明中各組分的作用及機理:
電解錳:錳是重要的脫氧劑，同時也是焊縫金屬重要的合金劑。對焊縫金屬的強度和韌性有重要影響。錳可以降低奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變溫度，促進AF (針狀鐵素體)形成；錳含量增加可以提高焊縫的低溫沖擊韌性，但太高時則相反，此外，錳還能與硫形成MnS，降低焊縫的雜質(zhì)含量。Mn能夠有效地減少焊縫金屬中的含硫量，因此適量的加入可以提高焊縫金屬的低溫韌性，同時提高強度。在本發(fā)明中Mn是以電解錳的形式加入的，占焊絲的總重量百分比1.5-3.0%。加入過多會造成強度升高，沖擊值降低。
[0016]硅鐵:硅是重要的脫氧劑同時也是焊縫金屬重要的合金劑，硅可以降低焊縫金屬的含氧量，提高焊縫金屬的沖擊韌性，但太高時則相反；采用硅錳聯(lián)合脫氧其效果較好。Si可以與Mn形成已成熟的韌化機理，同時能夠起到聯(lián)合脫氧的作用。Si主要來源于硅鐵，當(dāng)硅鐵重量百分比在0.60-0.75 %之內(nèi)時力學(xué)性能良好，大于0.75%時其強度增加，沖擊韌性下降。
[0017]鋁粉:鋁是強脫氧劑，對控制焊縫金屬的含氧量具有重要作用，同時還能起到穩(wěn)弧的作用；但含量過高時會增加焊接煙塵，于焊工的健康不利。
[0018]鑰鐵:鑰細(xì)化焊縫金屬晶粒尺寸，能顯著提高焊縫金屬強度，但過高會影響焊縫金屬韌性。為了控制過渡到焊縫金屬的鑰含量，主要來源于鑰鐵。Mo能顯著提高焊縫金屬強度，主要來源于鑰鐵。鑰鐵占焊絲總重量的0.1-0.3%。但大于0.3%會影響焊縫金屬韌性，小于0.1%時對其強度影響不大。Mo的適量增加對于焊縫金屬沖擊功的提高有益的作用。
[0019]氟化物:氟用以降低熔敷金屬中擴散氫的含量，但氟化物含量過高，焊接時電弧不穩(wěn)、飛濺變大、電弧聲音變差，主要來源于氟化鈣、氟硅酸鈉、氟硅酸鉀或冰晶粉。氟化物可以增強電弧吹力，提高電弧穩(wěn)定性。同時有助于提高抗氣孔性能，降低了擴散氫含量，有利于焊縫低溫韌性的增強。在本發(fā)明中，氟化物以CaF2形式存在。當(dāng)CaF2重量比值在0.5-0.65%時，其工藝性能良好、成型美觀，比值小于0.5%時煙霧較小、焊縫成型較差、熔渣分布不均勻；比值大于0.65%時煙霧較大、焊縫成型較差、焊接電弧不穩(wěn)。
[0020]鐵粉:藥芯中加入鐵粉可提聞焊接效率和提供少量的氧用于穩(wěn)弧，為了保證聞的熔敷效率、主要來源于還原鐵粉或霧化鐵粉。
[0021]S12是一種酸性物質(zhì)，降低了堿度，能影響抗氣孔能力，S12S與造渣，調(diào)整渣的凝固點、表面張力及熔渣高溫粘度，對焊縫成形的控制非常重要。
[0022]Al2O3是高熔點物質(zhì)，在配方中使用，提高熔渣表面張力的提高熔渣溫度，起到改善焊縫成型起著穩(wěn)弧、造渣的作用。
[0023]含鉀化合物:K20低電離度氧化物，能偶提供電子，起到穩(wěn)定電弧的作用，提高焊接工藝性能。
[0024]碳酸鈉:Na20低電離度氧化物，能偶提供電子，與K2O聯(lián)合起到更好穩(wěn)定電弧的作用，提高焊接工藝性能。
[0025]Ti鐵:Ti能細(xì)化焊縫金屬組織，保證焊縫金屬獲得針狀鐵素體組織，保證熔覆金屬獲得良好的力學(xué)性能。
[0026]本發(fā)明提供了一種高韌性氣電立焊用藥芯焊絲，有益效果如下:
一、本發(fā)明采用CaF2- S12并與K2CKAl2O3、Na20、S12和T12共同作用，獲得一種成本較低的氣電立焊藥芯焊絲，其焊接工藝性能良好，電弧穩(wěn)定性好、飛濺少、煙塵小、脫渣容易、焊縫正反面成型好，再引弧性能良好，完全滿足氣電立焊的高需求標(biāo)準(zhǔn)。
[0027]二、本發(fā)明提供一種高韌性氣電立焊用藥芯焊絲，藥芯組分中采用Mo-Ti合金系統(tǒng)，保證焊絲具有良好的力學(xué)性能，熔敷金屬韌性良好，抗拉強度大于580MPa，延伸率大于25%，_20°C沖擊吸收能量達(dá)到80J。
[0028]三、本發(fā)明提供一種高韌性氣電立焊用藥芯焊絲，焊接后的熔敷金屬中具有超低的S、P含量(S、P總量小于0.025)，降低焊絲熔敷金屬產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的可能性。
具體實施方案
[0029]實施例1
采用碳鋼鋼帶作為焊絲的外皮，C:0.01-0.lwt%、Mn:0.1-0.4wt%、S1:0.01-0.03wt%、S: 0.005-0.015wt%、P:0.005-0.015 wt%，余量為鐵的低碳鋼薄帶作為焊絲的金屬外皮；以配制生產(chǎn)10Kg焊絲為例，本實施例藥芯占整個焊絲重的21.65wt%，藥芯中各成分為:氟化鈣:0.6 Kg、碳酸鈉:0.45 Kg、鉀長石:0.2 Kg、鋁(Al)粉:0.10 Kg、鑰鐵粉:0.3 Kg、電解猛:1.6 Kg、娃鐵:0.6 Kg、石英砂:0.1 Kg、鈦鐵:0.7 Kg、氧化招:0.1 Kg、鐵粉:16.9 Kg,至藥芯配料總重21.65Kg ;然后將藥芯中各成分混合均勻后待用。
[0030]將鋼帶置于焊絲成型機內(nèi)，陸續(xù)將待用的藥芯混合料注入橫向彎制成“U”型的鋼帶凹槽內(nèi)，進而卷制成絲、經(jīng)細(xì)拉至C 1.6mm即成。
[0031]本實施例焊接參數(shù):I=340-350A、U=32_33V、氣體流量25L/min、采用CO2氣體保護，CO2氣體純度99.98%以上，其焊絲熔敷金屬化學(xué)成分見表1，熔敷金屬力學(xué)性能見表2:
表I熔敷金屬化學(xué)成分(wt%) C Mti Si SP Ni Mo
0.072 1,35 0,31 0,00820,015 0,015 0,13 表2熔敷金屬力學(xué)性能
ft這蓮度.1SS點延掃率沖擊功Akv
R11J dlP3/1 RcL 或 Rp::.2 IvCPa)A 9..?,) -20 C '..Jj
5SS 44025 76、78.69
擴散氫含量:4.5mL/100g。
[0032]實施例2
焊絲的外皮與實施例1相同，以配制生產(chǎn)10Kg焊絲為例，本實施例藥芯占整個焊絲重的22.85wt%，藥芯中各成分為:氟化鈣:0.6 Kg、碳酸鈉:0.45 Kg、鉀長石:0.2 Kg、鋁(Al)粉:0.10 Kg、鑰鐵粉:0.3 Kg、電解錳:1.7 Kg、硅鐵:0.6 Kg、石英砂:0.1 Kg、鈦鐵:0.70Kg、氧化鋁:0.1 Kg、鐵粉:18 Kg，至藥芯配料總重22.85Kg;其余與實施例1相同，其焊絲熔敷金屬化學(xué)成分見表3，熔敷金屬力學(xué)性能見表4:
表3熔敷金屬化學(xué)成分(wt%)
C Mn SiSPNi Mo
0.082 1.37 0.29 0.00S1 0.0130.011 0.14 表4熔敷金屬機械性能抗拉強度點延_率沖擊功Akr
Rm (MPa； ReL 或 Rpe.2 (MPa； A (%) -2OcC J')
61548525S5-, 79、S2
擴散氫含量:3.9mL/100g。
[0033]實施例3
焊絲的外皮與實施例1相同，以配制生產(chǎn)10Kg焊絲為例，本實施例藥芯占整個焊絲重的24.15wt%，藥芯中各成分為:氟化鈣:0.6 Kg、碳酸鈉:0.45 Kg、鉀長石:0.2 Kg、鋁(Al)粉:0.20 Kg、鑰鐵粉:0.3 Kg、電解錳:1.9 Kg、硅鐵:0.6 Kg、石英砂:0.1 Kg、鈦鐵:0.7 Kg、氧化鋁:0.1 Kg、鐵粉:19Kg，至藥芯配料總重24.15Kg ;然后將藥芯中各成分混合均勻后待用。
[0034]將鋼帶置于焊絲成型機內(nèi)、陸續(xù)將待用的藥芯混合料注入橫向彎制成“U”型的鋼帶凹槽內(nèi)，進而卷制成絲、經(jīng)細(xì)拉至C 1.6mm即成。
[0035]本實施例焊接參數(shù):I=370-380A、U=37_38V、氣體流量30L/min、采用CO2氣體保護，CO2氣體純度99.98%以上。其焊絲熔敷金屬化學(xué)成分見表5，熔敷金屬力學(xué)性能見表6:
表5熔敷金屬化學(xué)成分(wt%)
C Mn Si SPNi Mo
0,084 1.42 0.32 0,00720,0110.011 0.13 表6熔敷金屬機械性能
拉坌強度點延伸率沖擊功Akv
Rm ReL 或 Rpc.: ',MPa:1 A ?)-201: O')
610 4972782, 85.90
擴散氫含量:3.5mL/100g。
[0036]上述藥粉均需經(jīng)過低溫烘培后，通過V型攪拌機攪拌均勻。
[0037]以上實例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及其相應(yīng)效果進行了具體說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明所舉的具體實例，并不用于限制本發(fā)明，凡是在本發(fā)明要求之內(nèi)，所做的任何修改、替換、改進等均屬于本發(fā)明的保護權(quán)限之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高韌性氣電立焊用藥芯焊絲，包括低碳鋼外皮和藥芯，其特征在于，所述藥芯中各組分以全部焊絲的重量百分比計，分別為:
CaF2:0.50-0.65 % ；
碳酸鈉:0.40-0.60% ； 含鉀化合物:0.10-0.25%;
鋁(Al)粉:0.10-0.20% ；
鑰鐵粉:0.10-0.30% ；
電解錳:1.5-3.0% ；
硅鐵:0.60-0.75 % ；
石英砂:0.1O-0.15% ；
鈦鐵:0.6-0.8% ；
氧化鋁:0.10-0.15% ； 鐵粉:15-20% ； 所述藥芯的填充率為19.10-26.85%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高韌性氣電立焊用藥芯焊絲，其特征在于:所述低碳鋼外皮包括以下組分，以全部焊絲的重量百分比計，分別為:
C:0.01-0.10% ；
Mn:0.1-0.4% ；
Si:0.01-0.03% ；
S:0.005-0.015% ；
P:0.005-0.015 % ； 余量為鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高韌性氣電立焊用藥芯焊絲，其特征在于:藥芯焊絲的直徑為1.6mm。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述高韌性氣電立焊用藥芯焊絲，其特征在于:所述藥芯填充率為20-25%。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述高韌性氣電立焊用藥芯焊絲，其特征在于:所述藥芯組分中含鉀化合物為鉀長石或碳酸鉀，或兩者的組合；含鉀化合物為碳酸鉀時，其重量占全部焊絲重量的 0.12-0.17%。
6.據(jù)權(quán)利要求1所述高韌性氣電立焊用藥芯焊絲，其特征在于:所述藥芯組分重量百分比中，CaF2:碳酸鈉=5:4,電解猛:娃鐵=4:1。
7.制備權(quán)利要求1-6任一項所述高韌性氣電立焊用藥芯焊絲的方法，其特征在于，采用以下步驟:將藥芯中各成分按比例混合均勻后，將藥芯置于低碳鋼外皮上，經(jīng)過包裹或卷制成絲，然后細(xì)拉至相應(yīng)規(guī)格即得所述高韌性氣電立焊用藥芯焊絲。
8.據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述高韌性氣電立焊用藥芯焊絲在焊接中的應(yīng)用，其特征在于:所述高韌性氣電立焊用藥芯焊絲在垂直氣電立焊中的焊接參數(shù)為:電壓范圍為32?41V之間，電流范圍為340?410A。
9.據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述高韌性氣電立焊用藥芯焊絲在焊接中的應(yīng)用，其特征在于:所述高韌性氣電立焊用藥芯焊絲在垂直氣電立焊中焊接要求的坡口角度為22.5°C，背面坡口間隙為5 ± 1mm，正面間隙17 ± 1mm。
【文檔編號】B23K35/365GK104148824SQ201410437675
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】蔣勇, 任軍, 陳維富, 馬彥龍 申請人:四川大西洋焊接材料股份有限公司