CN101318267B

CN101318267B - 一种垂直气电立焊用药芯焊丝

Info

Publication number: CN101318267B
Application number: CN2008100482140A
Authority: CN
Inventors: 吕奎清; 卢伟; 季益好
Original assignee: Wuhan Tiemiao Welding Materials Co Ltd
Current assignee: Wuhan Tiemiao Welding Materials Co Ltd
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2028-06-27
Also published as: CN101318267A

Abstract

本发明涉及焊接材料，更具体涉及一种垂直气电立焊用药芯焊丝。属于焊接材料领域。本发明的垂直气电立焊用药芯焊丝，包括外皮和被包裹的药芯焊芯，其中，药芯焊芯填充率为：24～27％，所述的焊芯中各组份占焊丝总重量的比例为：氟化钠：0.5～1.0％；低锰：1.2～3.5％；75#硅铁：0.01％～0.30％；镍粉：0.4～1.2％；钼铁：0.05～0.5％；钛铁：0.10～1.0％；冰晶石：0.01％～0.5％；250铁粉(松装比为250g/cm³的还原铁粉)：18～22％；稀土硅：0～1.0％；三氧化二硼：0.01～0.1％，所述的组份：镍、钼铁、钛铁、硼为复合微合金化晶粒；所述的外皮为碳钢钢带，增加焊缝韧性、塑性，满足船舶等领域的垂直气电立焊的要求。

Description

一种垂直气电立焊用药芯焊丝

技术领域

本发明涉及焊接材料，更具体涉及一种垂直气电立焊用的焊接材料。属于焊接材料领域。

背景技术

随着造船产量的不断提升，高效率高质量的垂直气电立焊工艺在船体装焊中频繁使用，垂直气电焊比手工焊、半自动焊更适宜于厚板焊接已成为船体装焊的共识：焊缝成型好、性能高且均匀、焊接效率高。但是垂直气电焊的大线能量对其母材以及其相应的配套焊接材料提出了极高的要求，其配套焊接材料的品种也极少，质量不够稳定，并且大多采用进口焊接材料。

垂直气电立焊的特点是焊接线能量大，焊缝金属的韧性难以达标，从而导致一系列的焊接问题：对母材而言，垂直气电立焊焊接时熔合线附近区域的最高温度超过1400℃，该区域晶粒变得非常粗大，粗晶区加宽，HAZ低温冲击韧性下降、强度下降。现在采用TMCP处理工艺的耐大热输入量钢板已经开发出来，其主要原理是采用低碳加Nb-Ti-V系微合金化，在过冷奥氏体区域内尽可能加大变形量，然后控制轧制冷却。在过冷奥氏体区域内尽可能加大变形量可以获得细小的贝氏体中铁素体组织；加入Nb元素可以扩大过冷奥氏体区域；加入Ti元素可以改善焊接接头的韧性；加入V元素可以防止消除应力处理(SR)和焊后热处理(PWHT)工艺后的强度降低；降低碳含量和Pcm值，可以提高抗焊接低温脆性裂纹的能力。

对于焊接材料而言，焊缝金属性能在垂直气电立焊的大线能量下，焊缝金属晶粒组织粗大、韧性急剧下降、塑性变差。这成为了摆在垂直气电立焊用药芯焊丝研发过程的一道难关。

目前，大型化、高效化是现代船舶建造的特点，以CO₂气保护的垂直气电立焊用药芯焊丝也成为现代船舶焊接实现高效焊接的主要选择。到目前为止，我国船舶建造所需的焊接材料基本实现了国产化，但是垂直气电自动焊用药芯焊丝等仍然依赖进口，这主要是其研制技术难度太大，虽有单位涉及研究，但不能形成工业化批量产品，所以，对于相应的垂直气电立焊用药芯焊丝的开发也就刻不容缓。

发明内容

本发明的目的在于提供一种垂直气电立焊用药芯焊丝，焊接不锈钢的效率高，焊接质量好。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种垂直气电立焊用药芯焊丝，包括外皮和被包裹的药芯焊芯，其特征在于：所述的焊芯中各组份占焊丝总重量的比例为：金属氟化物：0.5-1.0％；低锰：1.2-3.5％；硅铁：0.01％-0.30％；镍粉：0.4-1.2％；钼铁：0.05-0.5％；钛铁：0.10-1.0％；冰晶石：0.01％-0.5％；铁粉(优选：松装比为250g/cm³的还原铁粉，即250铁粉)：18～22％；稀土硅0-1.0％；三氧化二硼：0.01～0.1％。

上述的药芯占焊丝总重量的比例为24-27％。

上述的外皮为碳钢钢带。

上述的组份：镍、钼铁、钛铁、硼为复合微合金化晶粒。

上述的金属氟化物选自：氟化钠、氟化锂的一种或几种，组合重量比例为任意。

上述的硅铁源自75号硅铁。

上述的复合微合金化晶粒加工方法为：将各组份均过80目筛，按前述所要求的量混合均匀，加热到850℃并保温两小时，然后把熔炼得到的物质重新加工成粉末状，粒度控制在80目，100％通过。

本发明是采用Ni-Mo-Ti-B渣系。设计思路如下：

1、氟化物可以提高焊丝的抗气孔性能，降低扩散氢的含量，一定程度上保证了得焊缝的低温韧性。本发明中，氟化物是以NaF以及Na₃AlF₆的形式加入的，用量范围为焊丝总重量的0.5～1.5％，量小于0.5％时熔化金属流动性较大，焊缝成型较差，焊缝中有气孔生成；量大于1.5％时熔渣较多较粘，熔化金属流动性差，并且容易形成蹦渣或夹渣，工艺性能差。

2、Al可以提高渣的凝固温度而不改变其粘度，改善脱渣能力，但Al₂O₃不溶于液态铁中且不易上浮，所以其含量过高时，会导致焊缝夹渣增加并且使得焊缝金属变脆，本发明中的Al是以Na₃AlF₆的形式加入的，其含量小于0.5％。

3、Mn可以有效地减少焊缝金属中的含硫量，提高强度和冲击功，Mn在本发明中是以低碳锰铁的形式加入的，其用量范围为焊丝总重量的1.2～3.5％。过多时硬度升高，焊缝冲击反而下降。

4、Si可以和Ni共同作用细化晶粒，提升焊缝冲击性能。Si在本发明中是以75#硅铁的形式加入的，其用量范围为：≤0.30％。量大于0.3％时，焊缝冲击功下降。

5、Ni可以有效地提高韧性。Ni在本发明中以金属Ni粉的形式加入，其用量范围为焊丝总重量的0.4～1.2％。量少时不起作用，量太多时不能和Mn、Si有效匹配，焊缝冲击功反而下降，而且抗裂性差。

6、Mo可以有效地提高焊缝金属的强度并通过细化晶粒而达到改善韧性的作用。Mo在本发明中是以钼铁的形式加入的，其用量范围为焊丝总重量的0.05～0.5％。量少时不起作用，量高于0.5％时，强度提高而焊缝的韧性反而下降。

7、Ti有脱氧的作用，并可以改善电弧的稳定性，同时适量的Ti与B促使焊缝在凝固时析出针状铁素体，从而起到改善焊缝金属韧性的作用。本发明中Ti是以钛铁的形式加入的，其用量范围为焊丝总重量的0.10～1.0％。当Ti含量小于0.1％和大于1.0％时，焊缝金属强度上升，韧性降低。

8、稀土化合物可以改善焊缝金属的韧性。它在熔化金属凝固时以氧化物的形式形成结晶点，将S聚集球化，从而使得焊缝具有良好的韧性。稀土化合物在本发明中是以稀土硅的形式加入的，其用量范围为：≤1.0％。

9、铁粉可以增大熔敷效率，减少焊接时间，有效缓解热影响区以及融合区的晶粒长大程度，提高热影响区的力学性能而且电弧稳定性好。本发明中铁粉是以250还原铁粉的形式存在，其用量范围为焊丝总重量的10～30％。量少时上述作用不明显，而量太多时又造成拉拔困难。

10、钢带内部包裹的药芯占焊丝总重量的百分比(即填充率)在本发明中控制在24～27％之间，填充率低时，焊丝中各组分比较少，在焊接时容易被稀释，焊缝达不到化学成分要求以及力学性能要求；填充率高时，拉拔困难。

11、焊接电压在本发明中控制在34～39V之间，电压太小，则焊接熔合不良，造成焊接缺陷；电压太大，则合金烧损严重，焊缝金属韧性降低。

12、焊接电流在本发明中控制在340～380A之间，电流太小，熔化速度慢，熔敷效率低下；电流太大，母材稀释加大，韧性降低。

13、坡口间隙在本发明中控制在背面5mm、正面12～17mm，而不随板厚的大小改变，坡口间隙过大，则焊接时间长，焊缝热影响区晶粒组织粗大，韧性降低；坡口间隙过小，焊枪在焊缝中不能正常运动，容易造成焊不透也不容易保证一定的熔深。焊接后获得的焊缝尺寸一般为：背面8～15mm、正面20～25mm。另外，为保证良好的熔透性，可加入焊枪摆动；为控制熔深的大小，可控制水冷的流速和温度。

具体实施方式

实施例1

一种垂直气电立焊用药芯焊丝，包括外皮和被包裹的药芯焊芯，其特征在于：所述的焊芯中各组份占焊丝总重量的比例为：金属氟化物：0.5％；低锰：1.2％；硅铁：0.01％；镍粉：0.4％；钼铁：0.05％；钛铁：0.10％；冰晶石：0.01％；250铁粉(松装比为250g/cm³的还原铁粉)：21.72％；稀土硅：0.01％；三氧化二硼：0.01％。

上述的药芯占焊丝总重量的比例为24％。

上述的外皮为碳钢钢带。

上述的组份：镍、钼铁、钛铁、硼为复合微合金化晶粒。

上述的金属氟化物为氟化钠。

上述的硅铁源自75号硅铁。

实施例2

一种垂直气电立焊用药芯焊丝，包括外皮和被包裹的药芯焊芯，其特征在于：所述的焊芯中各组份占焊丝总重量的比例为：金属氟化物：1.0％；低锰：3.5％；硅铁：0.30％；镍粉：1.1％；钼铁：0.5％；钛铁：1.0％；冰晶石：0.5％；250铁粉(松装比为250g/cm³的还原铁粉)：18％；稀土硅1.0％；三氧化二硼：0.01％。

上述的药芯占焊丝总重量的比例为26.9％。

上述的外皮为碳钢钢带。

上述的组份：镍、钼铁、钛铁、硼为复合微合金化晶粒。

上述的金属氟化物为氟化锂。

上述的硅铁源自75#硅铁。

实施例3

一种垂直气电立焊用药芯焊丝，包括外皮和被包裹的药芯焊芯，其特征在于：所述的焊芯中各组份占焊丝总重量的比例为：金属氟化物：0.7％；低锰：2％；硅铁：0.20％；镍粉：0.7％；钼铁：0.25％；钛铁：0.5％；冰晶石：0.25％；250铁粉(松装比为250g/cm³的还原铁粉)：20.9％；稀土硅0.5％；三氧化二硼：0.01％。

上述的药芯占焊丝总重量的比例为26％。

上述的外皮为碳钢钢带。

上述的组份：镍、钼铁、钛铁、硼为复合微合金化晶粒。

上述的金属氟化物为氟化钠、氟化锂任意比例混合物。

上述的硅铁源自75#硅铁。

实施例4

一种垂直气电立焊用药芯焊丝，包括外皮和被包裹的药芯焊芯，其特征在于：所述的焊芯中各组份占焊丝总重量的比例为：金属氟化物：0.76％；低锰：1.9％；硅铁：0.48％；镍粉：0.48％；钼铁：0.28％；钛铁：0.62％；冰晶石：0.38％；250铁粉(松装比为250g/cm³的还原铁粉)：20.27％；稀土硅0％；三氧化二硼：0.01％。

上述的药芯占焊丝总重量的比例为25.2％。

上述的外皮为碳钢钢带。

上述的组份：镍、钼铁、钛铁、硼为复合微合金化晶粒。

上述的金属氟化物为氟化钠任意重量组合。

上述的硅铁源自75号硅铁。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而己，并不用于限制本发明，凡在本发明的权利要求之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种垂直气电立焊用药芯焊丝，包括外皮和被包裹的药芯焊芯，其特征在于：所述的焊芯占焊丝总重量的比例为24-27％，所述的焊芯中各组份占焊丝总重量的比例为：氟化钠、氟化锂的一种或几种：0.5-1.0％；低锰：1.2-3.5％；硅铁：0.01％-0.30％；镍粉：0.4-1.2％；钼铁：0.05-0.5％；钛铁：0.10-1.0％；冰晶石：0.01％-0.5％；铁粉：18～22％；稀土硅：0-1.0％；三氧化二硼：0.01～0.1％。

2.如权利要求1所述的垂直气电立焊用药芯焊丝，其特征在于：所述的铁粉是松装比为250g/cm³的还原铁粉，即250铁粉。

3.如权利要求1所述的垂直气电立焊用药芯焊丝，其特征在于：所述的外皮为碳钢钢带。

4.如权利要求1所述的垂直气电立焊用药芯焊丝，其特征在于：所述的组份：镍粉、钼铁、钛铁、三氧化二硼为复合微合金化晶粒。

5.如权利要求1所述的垂直气电立焊用药芯焊丝，其特征在于：所述氟化钠、氟化锂的组合重量比例为任意。

6.如权利要求1所述的垂直气电立焊用药芯焊丝，其特征在于：所述的硅铁源自75号硅铁。

7.如权利要求4所述的垂直气电立焊用药芯焊丝，其特征在于：所述的复合微合金化晶粒加工方法为：将各组份均过80目筛，按前述所要求的量混合均匀，加热到850℃并保温两小时，然后把熔炼得到的物质重新加工成粉末状，粒度控制在80目，100％通过。

8.如权利要求1所述的垂直气电立焊用药芯焊丝，其特征在于：所述的焊丝的焊接电压控制在34～39V之间。

9.如权利要求1所述的垂直气电立焊用药芯焊丝，其特征在于：所述的焊丝焊接电流控制在340～380A之间。

10.如权利要求1所述的垂直气电立焊用药芯焊丝，其特征在于：所述焊丝焊接的坡口间隙背面5mm、正面12～17mm，不随板厚的大小改变。