CN101239429B - 一种低烟尘高抗裂性全位置药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

一种低烟尘高抗裂性全位置药芯焊丝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种低烟尘高抗裂性全位置药芯焊丝，其特征在于药芯焊丝所用药粉的化学成分以重量百分比计为：25％～45％TiO2，2％～10％SiO2，1％～5％ZrO2，1％～6％氟化物，0.5％～4％Si，8％～24％Mn，1％～4％Al，3％～9％Mg，0.3％～1.2％钛Ti，0.1％～1.5％的硼化物，0.1％～2％Re，0.1％～0.8％Na2O，0.1％～0.4％K2O，其余为铁粉；其制备方法包括钢带纵剪、边缘预处理、轧制、拉丝、分绕一系列过程，本发明的优越性在于：降低焊接烟尘，提高焊缝金属抗裂性；该焊丝具有焊接电弧稳定，飞溅小，全位置焊接性能好，焊缝成型美观，脱渣性好，力学性能高的特点。

Description

一种低烟尘高抗裂性全位置药芯焊丝及其制备方法
(一)技术领域：
本发明涉及药芯焊丝及其制备方法，特别是一种低烟尘高抗裂性全位置药芯焊丝及其制备方法。
(二)背景技术：
目前，药芯焊丝具有高效、节能等一系列优点，已经广泛应用于造船、钢结构、石油化工等领域中。但传统的钛型焊丝在大电流焊接时发烟/发尘量大，危害工人健康。另外焊缝金属扩散氢量高，屈强比高，S、P含量高，易使焊缝出现冷、热裂纹，影响焊接结构的可靠性，因此发明一种可降低焊接烟尘，减小工人工作环境的危害程度的低烟尘高抗裂性全位置药芯焊丝是非常有必要的。
(三)发明内容：
本发明的目的在于提供一种低烟尘高抗裂性全位置药芯焊丝，它可以在保证焊丝熔敷金属力学性能达到与母材匹配的情况下，降低焊接烟尘，改善焊接作业环境，同时降低焊缝金属扩散氢、屈强比和S、P含量，提高焊丝抗冷、热裂纹的能力，此外在焊丝制造的过程中还可以降低焊丝发烟发尘量、扩散氢的方法。
本发明的技术方案：一种低烟尘高抗裂性全位置药芯焊丝，
其特征在于药芯焊丝所用药粉的化学成分以重量百分比计为：25％～45％二氧化钛(TiO2)，2％～10％二氧化硅(SiO2)，1％～5％二氧化锆(ZrO2)，1％～6％氟化物，0.5％～4％硅(Si)，8％～24％锰(Mn)，1％～4％铝(Al)，3％～9％镁(Mg)，0.3％～1.2％钛(Ti)，0.1％～1.5％的硼化物，0.1％～2％铼(Re)，0.1％～0.8％氧化钠(Na2O)，0.1％～0.4％氧化钾K2O，其余为铁粉；其中药粉中的氟化物、Na2O、K2O、Al、Mg属于低沸点易汽化类物质；药粉在钢带中的填充率为10％～18％。
上述所说的药芯焊丝所用药粉的组成部分中，所说的氟化物是氟化稀土或氟硅酸钠中的一种或两种组合。
上述所说的一种低烟尘高抗裂性全位置药芯焊丝中，所说的药粉中低沸点易汽化类物质的物质总量占药粉的比例不大于12％。
上述所说的药芯焊丝所用药粉的组成部分中，所说的硼化物是硼酸钠或氧化硼中的一种或两种组合。
一种低烟尘高抗裂性全位置药芯焊丝的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)采用的钢带为超低C，低S、P冷轧钢带，钢带边缘经过塑性加工形成高0.1～0.5mm，宽0.1～0.3mm的台阶，卷制药粉后形成搭接迷宫结构；
(2)按配方比例取药粉的各组成部分，将Na2O、K2O、硼化物、SiO2和ZrO2矿物粉中的三种以上充分混合后，经过650℃～1000℃的高温预处理，熔化后形成一种多组分的玻璃态物质，作为一项单独添加剂加入药粉，其比例为2％～10％；
(3)在拉丝过程中使用的润滑剂中不饱和脂肪酸类物质≤50％，其余为不含或少含C、H类物质的无机添加物。
上述所说的步骤(1)中的超低C，低S、P冷轧钢带的化学成分具有严格的限制，其中C≤0.03％，Si≤0.03％，Mn：0.1％～0.35％，S、P≤0.015％，N、O≤50ppm。
上述所说的步骤(2)中的三种以上的矿物粉可以取三种、四种或五种。
上述所说的步骤(3)中的无机添加物是MoS2、WS2、氟化云母、滑石粉、钛白粉或氟化树脂中的一种或两种以上组合。
本发明的步骤分析：
将钢带边缘经过塑性加工形成高0.1～0.5mm，宽0.1～0.3mm的台阶，卷制药粉后形成搭接迷宫结构，可以大大减少拉丝润滑剂的残留和药粉的吸潮量，有利于降低焊缝金属的扩散氢。
将Na2O、K2O、硼化物与SiO2、ZrO2等矿物粉在充分混合后，经过650℃～1000℃的高温预处理，熔化后形成一种多组分的玻璃态物质，作为一项单独添加剂加入药粉，是为了降低药粉的吸潮性。
在拉丝过程中使用的润滑剂是为了进一步降低焊丝的扩散氢量。
本发明的优越性在于：(1)通过优化钢带化学成分，优化药粉配方，药粉及钢带进行预处理，调整润滑剂配方等一系列措施达到了降低焊接烟尘，提高焊缝金属抗裂性的目的；(2)该焊丝具有焊接电弧稳定，飞溅小，全位置焊接性能好，焊缝成型美观，脱渣性好，力学性能高的特点。
(四)具体实施方式：
实施例1：采用化学成分为0.02％C，0.2％Mn，0.01％Si，0.007％S，0.015％P的钢带制造药芯焊丝，钢带两侧台阶高0.5mm，宽0.4mm，药粉的填充率10％～15％，焊丝直径为Φ1.2mm，药粉的化学成分为32％TiO2，10％SiO2，5％ZrO2，1％Na2SiF6，1％氟化稀土，2％Si，12％Mn，3％Al，5％Mg，0.6％Ti，0.2％B2O3，0.4％Re，0.2％Na2O，0.2％K2O，其余为铁粉。焊丝润滑剂为：45％不饱和脂肪酸，15％滑石粉，40％MoS2。
技术效果：采用该焊丝焊接时，电弧稳定，飞溅小，烟尘小，全位置焊接性好，[H]＝1.5ml/100g(水银法)，其熔敷金属的冲击吸收功-20℃为160J。
实施例2：采用SPCC-SD钢带(其化学成分为0.028％C，0.3％Mn，0.026％Si，0.013％S，0.013％P，49ppmO，36ppmN)制造药芯焊丝，钢带两侧台阶高0.5mm，宽0.4mm，药粉的填充率10％～13％，焊丝直径为1.0mm，药粉的化学成分为40％TiO2，5％SiO2，2％ZrO2，2％Na2SiF6，1％氟化稀土，1％Si，20％Mn，1％Al，4％Mg，0.6％Ti，0.2％B2O3，0.4％Re，0.2％Na2O，0.2％K2O，其余为铁粉，其中SiO2，ZrO2，Na2SiF6，B2O3，Na2O，K2O等矿物质是在经过960℃高温处理后加入的。焊丝润滑剂为：40％不饱和脂肪酸，15％滑石粉，45％WS2。
技术效果：采用该焊丝焊接时，电弧稳定，飞溅小，全位置焊接性好，成型美观，[H]＝2.0ml/100g(水银法)，其熔敷金属的冲击吸收功-20℃为140J。
实施例3：采用SPCC-SD钢带(其化学成分为0.01％C，0.1％Mn，0.012％Si，0.005％S，0.009％P)制造药芯焊丝，钢带两侧台阶高0.5mm，宽0.4mm，药粉的填充率15％～18％，焊丝直径为1.6mm，药粉的化学成分为44％TiO2，10％SiO2，3％ZrO2，4％Na2SiF6，0.5％氟化稀土，4％Si，9％Mn，3％Al，8％Mg，1.2％Ti，0.3％B2O3，0.5％Re，0.5％Na2O，0.3％K2O，其余为铁粉。焊丝润滑剂为：30％不饱和脂肪酸，25％滑石粉，35％MoS2，10％钛白粉。
技术效果：采用该焊丝焊接时，电弧稳定，飞溅小，烟尘小，全位置焊接性好，[H]＝2.5ml/100g(水银法)，其熔敷金属的冲击吸收功-20℃为90J。

Claims (8)

1.一种低烟尘高抗裂性全位置药芯焊丝，其特征在于药芯焊丝所用药粉的化学成分以重量百分比计为：25％～45％二氧化钛(TiO2)，2％～10％二氧化硅(SiO2)，1％～5％二氧化锆(ZrO2)，1％～6％氟化物，0.5％～4％硅(Si)，8％～24％锰(Mn)，1％～4％铝(Al)，3％～9％镁(Mg)，0.3％～1.2％钛(Ti)，0.1％～1.5％的硼化物，0.1％～2％铼(Re)，0.1％～0.8％氧化钠(Na2O)，0.1％～0.4％氧化钾(K2O)，其余为铁粉，其中药粉中的氟化物、氧化钠、氧化钾、铝、镁属于低沸点易汽化类物质；药粉在钢带中的填充率为10％～18％。
2.根据权利要求1所说的一种低烟尘高抗裂性全位置药芯焊丝，其特征在于所说的氟化物是氟化稀土或氟硅酸钠中的一种或两种组合。
3.根据权利要求1所说的一种低烟尘高抗裂性全位置药芯焊丝，其特征在于所说的药粉中低沸点易汽化类物质的物质总量占药粉的比例不大于12％。
4.根据权利要求1所说的一种低烟尘高抗裂性全位置药芯焊丝，其特征在于所说的硼化物是硼酸钠或氧化硼中的一种或两种组合。
5.根据权利要求1所说的一种低烟尘高抗裂性全位置药芯焊丝的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)采用的钢带为超低C，低S、P冷轧钢带，钢带边缘经过塑性加工形成高0.1～0.5mm，宽0.1～0.3mm的台阶，卷制药粉后形成搭接迷宫结构；
(2)按配方比例取药粉的各组成部分，将Na2O、K2O、硼化物、SiO2和ZrO2矿物粉中的三种以上充分混合后，经过650℃～1000℃的高温预处理，熔化后形成一种多组分的玻璃态物质，作为一项单独添加剂加入药粉，其比例为2％～10％；
(3)在拉丝过程中使用的润滑剂中不饱和脂肪酸类物质≤50％，其余为不含或少含C、H类物质的无机添加物。
6.根据权利要求5所说的一种低烟尘高抗裂性全位置药芯焊丝的制备方法，其特征在于所说的步骤(1)中的超低C，低S、P冷轧钢带的化学成分具有严格的限制，其中C≤0.03％，Si≤0.03％，Mn：0.1％～0.35％，S≤0.015％，P≤0.015％，N≤50ppm，O≤50ppm。
7.根据权利要求5所说的一种低烟尘高抗裂性全位置药芯焊丝的制备方法，其特征在于所说的步骤(2)中的三种以上的矿物粉取三种、四种或五种。
8.根据权利要求5所说的一种低烟尘高抗裂性全位置药芯焊丝的制备方法，其特征在于所说的步骤(3)中的无机添加物是MoS2、WS2、氟化云母、滑石粉、钛白粉或氟化树脂中的一种或两种以上组合。
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