CN101332546B

CN101332546B - 一种气体保护电弧焊用高强度药芯焊丝

Info

Publication number: CN101332546B
Application number: CN2007100547530A
Authority: CN
Inventors: 薛钢; 牛继承; 杜义
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: Luoyang Shuangrui Special Alloy Material Co., Ltd.
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2027-06-28
Also published as: CN101332546A

Abstract

一种气体保护电弧焊用高强度药芯焊丝，涉及焊接材料技术领域包含钢制外皮和填充到其中的颗粒状填充物，相对于整条焊丝的总质量包含：C：0.02～0.15质量％；Si：0.20～1.0质量％；Mn：0.8～3.5质量％；Ni：1.5～4.0质量％；Cr：0～1.2质量％；Mo：0.3～1.2质量％；Ti：0.05～0.30质量％，以Ti计算，其相当于在Ti合金和Ti氧化物中的Ti含量；Al：0～0.05质量％；Na和K的一种或两种：0.01～0.9质量％。采用本发明提出的气体保护电弧焊药芯焊丝，获得的熔敷金属屈服强度大于785MPa，药芯焊丝进行焊接时工艺性好，焊接效率高。

Description

一种气体保护电弧焊用高强度药芯焊丝

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，尤其是涉及一种气体保护电弧焊用高强度药芯焊丝。

背景技术

药芯焊丝由于其焊接工艺性良好、焊接效率高而在钢结构的焊接中得到越来越广泛的应用。在船舶、桥梁、海洋平台等钢结构的建造中，为了降低自身重量、节约钢材、降低建造成本，越来越多的采用高强度结构钢，目前屈服强度大于785MPa的高强度结构钢已在各种钢结构中得到应用，从而要求匹配采用的药芯焊丝也要具有相应的高强度，目前采用现有的药芯焊丝所获得的焊缝金属屈服强度普遍较低，难以满足屈服强度大于785MPa高强度结构钢焊接的需要。

参考文献；

1)专利申请号200610071612.5、公开号CN1840728A公开了一种低合金钢焊接金属和用于提供该焊接金属的粉芯焊丝，其实施例中给出的焊接金属屈服强度介于440～680MPa之间；

2)专利号ZL99119715.1、CN1085127C公开了一种金属芯型药芯焊丝，该药芯焊丝仅适用于碳素钢和490MPa级高强钢；

3)专利号ZL99100147.8、公开号CN1068270C公开了一种高韧性全位置焊接用气体保护药芯焊丝，实施例显示采用该焊丝获得的熔敷金属屈服强度低于500Mpa。

经过检索现有技术中的药芯焊丝，均难以满足屈服强度大于785MPa高强度结构钢焊接的需要，所以有必要针对于屈服强度大于785MPa的高强度结构钢而设计出与母材一致的药芯焊丝。

发明内容

公开本发明的目的是为了克服现有技术所存在的缺陷，设计出一种气体保护电弧焊用高强度药芯焊丝，本气体保护电弧焊用高强度药芯焊丝用于焊接屈服强度大于785MPa的高强度结构钢。采用本发明的焊丝所获得的熔敷金属的屈服强度大于785MPa，同时具有良好的冲击韧性。

本发明的目的是通过如下步骤和方法来实现的；

一种气体保护电弧焊用高强度药芯焊丝，包含钢制外皮和填充到其中的颗粒状填充物，相对于整条焊丝的总质量包含：C：0.02～0.15质量％；Si：0.20～1.0质量％；Mn：0.8～3.5质量％；Ni：1.5～4.0质量％；Cr：0～1.2质量％；Mo：0.3～1.2质量％；Ti：0.05～0.30质量％(以Ti计算，其相当于在Ti合金和Ti氧化物中的Ti含量)；Al：0～0.05质量％；Na和K的一种或两种，质量和：0.01～0.9质量％；其余为Fe和不可避免的杂质元素。填充料质量占焊丝总质量的8～30％，焊丝直径为0.8～2.0mm。

在本发明的气体保护电弧焊药芯焊丝中，我们的设计依据如下：

C(碳)：C过渡至焊缝中能显著提高强度，含量过低将不利于获得高强度，含量过高将导致产生硬脆的高碳马氏体相，恶化韧性，为了保证过渡至焊缝中的碳含量合适，限定焊丝中的C含量为0.02～0.15质量％，碳源可以来自钢制外皮或颗粒状填充料中的任何一种的C；

Si(硅)：Si是重要的脱氧剂，焊丝中含有一定量的Si对于降低焊缝中的氧含量、提高焊缝金属的韧性有着重要作用，但过量的Si将导致过渡至焊缝中的Si含量过高，从而恶化韧性，因此，限定焊丝中的Si含量为0.20～1.0质量％，硅源可来自钢制外皮或颗粒状填充料中的任何一种的Si；

Mn(锰)：Mn是重要的脱氧剂，同时也是焊缝金属中重要的合金元素，对于焊缝金属的强韧性有着重要作用，焊丝中Mn含量过低将导致脱氧不充分、焊缝金属韧性降低，同时焊缝金属的强度不足；焊丝中Mn含量过高将导致过渡至焊缝中的Mn含量过高，在提高焊缝金属强度的同时恶化韧性，因此，将焊丝中的Mn含量限定在0.8～3.5质量％，锰源可来自钢制外皮或颗粒状填充料中的任何一种的Mn；

Ni(镍)：Ni是焊缝金属中重要的合金元素，能提高焊缝金属的低温冲击韧性，降低韧脆转变温度，但镍含量过高则会增大热裂敏感性，为了能在焊缝金属中得到一定量的Ni，限定焊丝中的Ni含量为1.5～4.0质量％，镍源可来自钢制外皮或颗粒状填充料中的任何一种的Ni；

Cr(铬)：Cr对焊缝金属的强韧性影响较大，能显著提高焊缝金属的强度，但同时也明显降低其韧性，因此，为了使焊缝金属在获得高强度的同时保持良好的韧性，将焊丝中的Cr含量限定在1.2质量％以内，铬源可来自钢制外皮或颗粒状填充料中的任何一种的Cr；

Mo(钼)：Mo能显著提高焊缝金属强度，但含量过高将会对韧性产生不利影响，为了过渡至焊缝金属中的Mo含量适当，限定焊丝中的Mo含量为0.3～1.2质量％，钼源可来自钢制外皮或颗粒状填充料中的任何一种的Mo；

Ti(钛)：Ti的合金为强脱氧剂，对于降低焊缝金属中的氧含量有着重要作用，同时也有利于稳定电弧；Ti的氧化物为造渣剂，有利于焊缝的成型，同时也有利于稳定电弧和减少飞溅。但焊丝中Ti的含量过高将过分增加电弧的挺度，不利于减少飞溅，同时也将导致过渡至焊缝金属中的量过多，影响焊缝金属的力学性能，因而将Ti的含量(以Ti计算，其相当于在Ti合金和Ti氧化物中的Ti含量)限定为0.05～0.30质量％；

Al：属强脱氧剂，对于降低焊缝金属中的氧含量有着重要作用，同时也有利于稳定电弧，减少焊缝中的氮气孔含量，但焊丝中含量过高将过分增加电弧的挺度，不利于减少飞溅，同时也将导致过渡至焊缝金属中的量过多，影响焊缝金属的力学性能，为此，限定Al的加入总量为0.05质量％以下，其来源为钢制外皮或颗粒填充料中的合金粉；

K和Na一种或两种：K、Na是主要的稳弧剂，含量适当时可以提高电弧稳定性，减少飞溅，但含量过高时会恶化工艺性，因此，将焊丝中K、Na的总量限定为0.01～0.9质量％，K、Na的加入形式可以为K、Na的各种氧化物、氟化物。

为了获得高熔敷性和高效率，填充料占整条焊丝的质量比例应在8％以上，但填充料所占比例过高，则外管部分壁厚过薄，在焊丝制造过程阶段容易发生断线，因此，将填充料占整条焊丝的质量比例控制在30％以下。

由于采用上述技术方案，本发明取得的有益效果在于；

采用本发明提出的气体保护电弧焊药芯焊丝，获得的熔敷金属屈服强度大于785MPa，同时具有良好的冲击韧性，可以用于屈服强度大于785MPa的高强度结构钢的焊接。同时，采用本发明提出的药芯焊丝进行焊接时工艺性好，焊接效率高。

附图说明

图1为本发明的钢管拉拔法药芯焊丝剖面结构的模拟图。

图2为本发明的在线焊合法药芯焊丝剖面结构的模拟图。

图3为本发明的斜角连接有缝药芯焊丝剖面结构的模拟图。

图4为本发明的斜角带曲面连接有缝药芯焊丝剖面结构的模拟图。

图5为本发明的直角连接有缝药芯焊丝剖面结构的模拟图。

在图中；1-钢制外皮；2-填充料；3-焊接接合处；4-钢制外管轧制接合处。

具体实施方式

参考下面的实施例，可以更详细地解释本发明；但是，本发明并不局限于这些实施例。

在图1、2、3、4、5中；本发明提出的气体保护电弧焊用高强度药芯焊丝，可采用现有的无缝药芯焊丝或有缝药芯焊丝制造技术进行制造，钢制外皮(1)可采用低碳钢或低合金钢。下面结合实施例进行具体说明。

实施例1

采用钢管填粉、拉拔的方法制造无缝药芯焊丝。采用的低碳钢钢管外径为13.8mm、壁厚为2.0mm，将钢管的直径缩小至可获得规定填充率的填充直径，利用振动填充方式从钢管的一端填入填充料(2)后，利用轧辊群和拉丝模具群进行拉丝加工，期间进行中间退火(650℃×2小时)，制得附图1中的焊丝剖面结构为无缝型的药芯焊丝。焊丝的填充率、焊丝直径和成分入表1。

表1

对制得的焊丝进行熔敷金属力学性能试验，试板坡口、尺寸、取样方法与位置均按照中国国家标准GB/T17493-1998《低合金钢药芯焊丝》进行，采用的保护气体和焊接规范入表2，熔敷金属的力学性能入表3。

表2

表3

\|编号	Rp0.2(MPa)	Rm(MPa)	A(％)	Z(％)	AkV-50℃(J)
						\|1#	845	880	17.0	62	38
2#	810	875	19.0	68	86
						3#	835	870	17.5	63	57
4#	790	855	19.5	70	88

实施例2

采用低碳带钢轧制拉拔法制造有缝药芯焊丝。在轧机上进行带钢的成形、加粉、合口工序，其中在钢制外皮的钢制外管轧制接合处(4)可采用斜角、斜角带曲面及直角连接(附图3、4、5中)，连接结构主要为，在拉丝机上通过不同直径的拉丝模逐步将焊丝拉拔至规定直径，制得的焊丝剖面(附图2)其焊接接合处(3)较为平滑。焊丝的填充率、直径和成分入表4。

表4

对制得的焊丝进行熔敷金属力学性能试验，试板坡口、尺寸、取样方法与位置均按照中国国家标准GB/T17493-1998《低合金钢药芯焊丝》进行，采用的保护气体和焊接规范入表5，熔敷金属的力学性能入表6。

表5

表6

编号	Rp0.2(MPa)	Rm(MPa)	A(％)	Z(％)	AkV-50℃(J)
						5#	805	845	19.5	69	76
6#	825	860	17.5	62	61
						7#	800	855	19.0	68	84
8#	835	870	16.0	59	37

Claims

1.一种气体保护电弧焊用高强度药芯焊丝，包括钢制外皮和填充到其中的颗粒状填充物，其特征在于：所述焊丝相对于整条焊丝的总质量包含：

C：0.02～0.15质量％；

Si：0.20～1.0质量％；

Mn：0.8～3.5质量％；

Ni：1.5～4.0质量％；

Cr：0～1.2质量％；

Mo：0.3～1.2质量％；

Ti：0.05～0.30质量％，以Ti计算，其相当于在Ti合金和Ti氧化物中的Ti含量；

Al：0～0.05质量％；

Na和K的一种或两种：0.01～0.9质量％；

其余为Fe和不可避免的杂质元素。

2.权利要求1所述的气体保护电弧焊用高强度药芯焊丝，其特征在于：颗粒状填充料占焊丝总质量的8～30％。

3.权利要求1或2所述的气体保护电弧焊用高强度药芯焊丝，其特征在于：焊丝直径为0.8～3.0mm。