CN101380706A

CN101380706A - 气体保护电弧焊用药芯焊丝

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Publication number: CN101380706A
Application number: CNA2008101448946A
Authority: CN
Inventors: 杉山大辅; 森本朋和; 长冈茂雄; 中野利彦
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2028-07-31
Also published as: KR20090026070A; SG150482A1; KR100998839B1; JP2009061474A; CN101380706B; JP5111028B2

Abstract

本发明提供用于由软钢、抗拉强度490MPa级高张力钢构成的被焊接物的、在软钢或合金钢制外皮中填充有焊剂的气体保护电弧焊用药芯焊丝，相对于焊丝整体质量，含有TiO₂：4.5～7.0％、Ti：0.11～0.29％、Mg：0.30～0.70％、C：0.02～0.08％、Si：0.35～0.75％、Mn：2.20～2.85％以及B：0.002～0.010％，并且，在将所述Mg含量定为[Mg]，将MgO含量定为[MgO]时，相对于所述Mg含量MgO满足[MgO]+[Mg]×1.66≤2.5质量％的关系。该焊丝在立向上焊中没有熔融金属的垂落，单面焊接中初层的耐高温裂纹性优异，焊接金属的低温韧性优异。

Description

气体保护电弧焊用药芯焊丝

技术领域

本发明涉及用于由软钢、抗拉强度490MPa级高张力钢构成的被焊接物的气体保护电弧焊的药芯焊丝，特别是涉及能够在立向上焊中没有熔融金属的垂落能够以高焊接电流进行良好的焊接，另外，在单面焊接中初层的耐高温裂纹性优异，另外，在高热能焊接中能够得到低温韧性优异的焊接金属的气体保护电弧焊的药芯焊丝。

背景技术

气体保护电弧焊用药芯焊丝被用于由软钢、抗拉强度490MPa级高张力钢构成的被焊接物的焊接，与实心焊丝相比焊道外观和焊接操作性良好，熔敷效率优异，因此逐年其使用量增加。

但是，气体保护电弧焊用药芯焊丝与实心焊丝相比焊接速度大，因此有在单面焊接中形成背波焊道的初层高温裂纹(凝固裂纹)容易发生的倾向。另外，在焊丝中大量含有金红石等的金属氧化物，他们在焊接中不能完全作为熔渣上浮，在焊接金属中作为金属夹杂物残留，因此在焊接输入热量为30～60kJ/cm的高热能输入焊接中，难以确保具有—20℃等的低温下的良好的韧性的焊接金属。另外，在立向上焊中用与向下对接焊相同的电流进行焊接时，有熔融金属容易垂落(焊道易下垂)的倾向。

而且，至今为止，还没有提出同时实现立向上焊的高电流化，提高单面焊接的初层的耐高温裂纹性，以及提高高热能输入焊接的低温韧性的气体保护电弧焊用药芯焊丝。

发明内容

因此，本发明的课题在于，提供一种用于由软钢、抗拉强度490MPa级高张力钢构成的被焊接物的气体保护电弧焊的药芯焊丝，其在立向上焊中没有熔融金属的垂落能够以高焊接电流进行良好的焊接，另外，在单面焊接中初层的耐高温裂纹性优异，另外，在高热能焊接中能够得到优异的低温韧性。

为了解决上述课题，在本发明中有如下技术手段。即，一种在软钢或合金钢制外皮中填充有焊剂的气体保护电弧焊用药芯焊丝。相对于焊丝整体质量，含有TiO₂：4.5～7.0质量％、Ti：0.11～0.29质量％、Mg：0.30～0.70质量％、C：0.02～0.08质量％、Si：0.35～0.75质量％、Mn：2.20～2.85质量％以及B：0.002～0.010质量％，并且，在将所述Mg含量定为[Mg]，将MgO含量定为[MgO]时，相对于所述Mg含量MgO满足[MgO]+[Mg]×1.66≤2.5质量％的关系。

在上述气体保护电弧焊用药芯焊丝中，优选为相对于焊丝整体质量还满足Al：≤0.5质量％，在将所述Al含量定为[Al]，将Al₂O₃定为[Al₂O₃]时，以相对于所述Al含量满足下述关系的方式含有Al₂O₃

[Al₂O₃]+[Al]×1.89为0.5～1.0质量％。

还有，上述Ti、Mg、Al的各含量不包括分别作为氧化物存在的Ti、Mg、Al。

在上述气体保护电弧焊用药芯焊丝中，优选为相对于焊丝整体质量含有Ni：0.2～1.0质量％。

根据具有如此特征的本发明，能够提供一种用于由软钢、抗拉强度490MPa级高张力钢构成的被焊接物的气体保护电弧焊的药芯焊丝，其在立向上焊中没有熔融金属的垂落能够以高焊接电流进行良好的焊接，另外，在单面焊接中初层的耐高温裂纹性优异，另外，在熔敷量大的高热能焊接中能够得到优异的低温韧性的焊接金属。

具体实施方式

以下详细说明本发明。

为解决所述课题，首先本发明者们为了消除立向上焊中的熔融金属的垂落，实现了主要由氧化钛(TiO₂)构成的焊渣量的增加。但是，虽然由此能够消解熔融金属的垂落，但是向下对接单面焊接的初层的耐高温裂纹性降低。

因此，对该原因和对策进行了研究，高温裂纹容易发生的原因是焊接金属中的氧量增加，因此，对维持焊渣量通式降低氧量的方法进行了研究。

其结果是，并非从最初需要添加TiO₂、SiO₂等焊渣生成剂，而是预先添加在焊接中使焊渣成分变化的合金成分，从而维持焊渣量，通式降低焊接金属中的氧量提高耐高温裂纹性。一般在药芯焊丝中，作为脱氧剂使用Mn、Si、Al、Ti、Mg等，但在本发明中可知Ti、Mg的添加是有效的。

所述Ti在焊接时作为脱氧剂发挥作用，由此，通过降低焊接金属中的氧量而提高单面焊接的初层的耐高温裂纹性，生成的TiO₂作为焊渣成分起作用，从而发挥防止立向上焊的熔融金属的垂落。此外，Ti在焊接金属中微量残留，使焊接金属微细化，发挥提高高热能焊接的低温韧性的效果。

另一方面，所述Mg不在焊接金属中残留，几乎全部作为脱氧剂作用，从而降低焊接金属中的氧量的效果大，由此，提高单面焊接中的初层的耐高温裂纹性的效果大。另外，由于脱氧作用而成生的MgO具有使氧和脱氧剂的平衡状态变化促进脱氧作用的效果。

另外，通过适当地限定Mg、MgO、C、Si、Mn以及B的含量，能够提高30～60kJ/cm左右的高热能输入焊接的焊接金属的低温韧性。

还有，本发明的气体保护电弧焊的药芯焊丝，作为保护气体使用CO₂气体。另外，其焊剂含有率在10～18质量％(相对于焊丝全部质量)的范围适当。

接着，说明本发明气体保护电弧焊的药芯焊丝的组成和数值的限定理由。

TiO₂：4.5～7.0质量％

TiO₂作为焊渣生成剂(焊渣形成剂)起作用。TiO₂的含量低于4.5质量％时不能确保立向上焊中不使熔融金属垂落的焊渣量，焊道形状变差。另一方面，超过7.0质量％时，焊接金属中的氧量变多，单面焊接中的初层的耐高温裂纹性下降，另外，低温韧性下降。因此，TiO₂的含量为4.5～7.0质量％。

Ti：0.11～0.29质量％

如上所述，Ti作为脱氧剂作用降低焊接金属中的氧量，从而提高单面焊接中的初层的耐高温裂纹性，另外，生成的TiO₂作为焊渣成分起作用，具有防止立向上焊中的焊接金属的垂落的效果。另外，Ti仅残留在焊接金属中，从而使焊接金属的组织微细化，具有提高高热能输入焊接的低温韧性的效果。为了发挥这种效果，Ti的含量需要在0.11质量％以上。另一方面，超过0.29质量％时，焊接金属中的残存量过多强度上升而韧性降低。因此，Ti含量为0.11～0.29质量％。林外，从使低温韧性良好的观点出发，更优选上限为0.20质量％。

Mg：0.30～0.70质量％

Mg作为脱氧剂作用降低焊接金属中的氧量，提高单面焊接中的初层的耐高温裂纹性，提高焊接金属的低温韧性。Ng的含量低于0.30质量％时，不能得到这种效果，超过0.70质量％时，焊丝的耐吸湿性降低耐低温裂纹性下降。因此，Mg含量为0.30～0.70质量％。另外，从使耐低温裂纹性良好的观点出发，更优选上限为0.50质量％。

[MgO]+[Mg]×1.66≤2.5质量％

添加MgO时，由于氧化还原常数变化而促进氧化，是进一步提高脱氧效果的成分。但是，MgO是促进熔融金属的垂落的成分。因此，需要MgO的含量相对于所述Mg含量以满足[MgO]+[Mg]×1.66≤2.5质量％的关系的方式含有，更优选为满足[MgO]+[Mg]×1.66≤1.7质量％的关系。相对于所述Mg含量，[MgO]+[Mg]×1.66的值超过2.5质量％时的MgO的含量，使熔融金属变得容易垂落。另外，在横向焊接中，由于焊渣的凝固温度变高所以容易发生焊渣卷入等缺陷。还有，Mg氧化成为MgO时，重量变为1.66倍。

C：0.02～0.08质量％

C是用于确保焊接金属的强度所必须的元素。C含量低于0.02质量％时，不能确保焊接金属强度，另外，低温韧性也下降。另一方面，超过0.08质量％时，焊接金属的强度上升，低温韧性降低。另外，耐低温裂纹性也降低，飞溅发生量也增加。因此，C含量为0.02～0.08质量％.

Si：0.35～0.75质量％

Si作为脱氧剂作用，具有调整焊接金属的强度的作用，另外，具有提高焊接金属的粘度使立向上焊接性提高的效果。Si含量低于0.35质量％时，不能得到这些效果。另一方面，超过0.75质量％时，焊接金属的强度变高，低温韧性降低。另外，耐低温裂纹性、耐高温裂纹性也降低。因此，Si含量为0.35～0.75质量％。

Mn：2.20～2.85质量％

Mn作为脱氧剂作用，并且，具有使焊接金属的强度以及低温韧性提高的效果。Mn含量低于2.20质量％时，不能充分发挥这种效果，超过2.85质量％时，相反焊接金属的强度过高，低温韧性降低，低温裂纹也变得容易发生。因此，Mn含量为2.20～2.85质量％。

B：0.002～0.010质量％

B使焊接金属的晶粒微细化具有提高低温韧性的效果。B含量低于0.002质量％时，提高韧性的效果不充分，另一方面，超过0.010质量％时，耐高温裂纹性下降。因此，B含量为0.002～0.010质量％。

Al≤0.5质量％

Al在焊接中成为氧化物，由此使焊渣的凝固温度上升，从而具有在立向上焊中防止熔融金属的垂落的效果。但是，Al在焊接金属中有一些残留，该残留量多时，使焊接金属的韧性降低，另外，飞溅发生量增加。因此，Al含量需要控制在0.5质量％以下。

[Al₂O₃]+[Al]×1.89为0.5～1.0质量％

Al₂O₃具有使焊渣的凝固温度上升的作用，从而具有防止立向上焊中熔融金属的垂落的效果。相对于所述Al含量，[Al₂O₃]+[Al]×1.89的值低于0.5质量％时的Al₂O₃的含量使电弧不稳动，飞溅发生量增加，并且，焊渣变得过硬，焊渣剥离性变差。还有，Al氧化成为Al₂O₃时重量成为1.89倍。

Ni：0.2～1.0质量％

Ni具有使焊接金属的低温韧性提高的效果。Ni含量低于0.2质量％时不能够得到所述韧性提高的效果。另一方面，超过1.0质量％添加时，—40℃左右的冲击性能不能得到与添加量成比例的效果，另外，作为原料的Ni的价格高，因此制造成本上升。因此，Ni含量为0.2～1.0质量％。

实施例

制作在软钢制(JIS G 3141 SPCC)的外皮中填充焊剂而成的焊丝直径为1.4mm的气体保护电弧焊用药芯焊丝(实施例No.1～18以及比较例No.19～57)。各焊丝的焊剂含有率均为14质量％。这些焊丝的化学成分在表1、2、3中显示。在此，作为表1～3中所举的物质以外的焊丝的化学成分，除外皮铁以外，还有金属氟化物(0.05～1.50％)、碱金属氧化物(0.05～1.50％)、ZrO₂(1.50％以下)、以及SiO₂(0.20～2.00％)，其余由铁分填充。

使用所述制作的各焊丝，在表4所示的焊接条件下，进行下述各试验：(1)立向上焊，(2)用于评价低温韧性的高热能输入的向下对接焊，(3)用于评价耐高温裂纹的向下对接单面焊接的初层焊接，以及(4)用于评价低温裂纹性的向下对接焊。

在立向上焊中，通过立向上进行角焊，评价熔融金属的垂落的程度(焊道形状是否良好)等。评价如下进行，焊接电流180A，在增量摆动运条(delta weaving)中，焊道形状不是凸形状良好的为“○”，焊道形状差的为“×”。此外，220A，在增量摆动运条中，焊道形状不是凸形状良好的为“○～◎”，250A，在增量摆动运条中，焊道形状不是凸形状良好的为“◎”。评价结果在表5和6中显示。

在向下对接焊中，评价进行高热能输入焊接的焊接金属的低温韧性。摆锤试验片从焊接部的板厚方向的中央位置采取，根据摆锤冲击试验(试验片尺寸和试验方法根据JIS Z3111)，测定-40℃的摆锤吸收能量值。将3各摆锤试验片的平均值作为-40℃的吸收能量。并进行如下评价，-40℃的吸收能量超过100J的为“◎”，在47J～100J的范围的为“○”，低于47J的为“×”。评价结果在表5和6中显示。

在向下对接单面焊接的初层焊接(拘束裂纹试验)中，在焊接后，通过放射线透过试验调查有误高温裂纹。并进行如下评价，在焊接电流为230A的初层焊接中，没有高温裂纹的为“○”，有高温裂纹发生的为“×”。评价结果在表5和6中显示。另外，在向下对接框架拘束裂纹试验中，在焊接后，通过超声波探伤试验调查有无低温裂纹。并进行如下评价，没有低温裂纹的为“○”，发生低温裂纹的为“×”。评价结果在表5和6中显示。

表4

立向上焊(关于焊接金属垂落的评价)·供试钢板：JIS G 3106 SM490A(板厚12mm)·T形接头的角焊·送条法：增量摆动运条·焊接电流：180A，220A，250A·保护气体：CO₂、流量25升/分钟
	向下对接焊(低温韧性的评价)·供试钢板：JIS G 3106 SM400B(板厚40mm)·V形对接接头的多道焊接·坡口形状：V形坡口的坡口角度40°、根距5mm·焊接电流：350A、焊接输入热量：30～60kJ/cm·保护气体：CO₂、流量25升/分钟
向下对接单面焊接的初层焊接(耐高温裂纹性的评价)·供试钢板：JISG 3106 SM400B(板厚40mm)·坡口形状：V形坡口的坡口角度40°、根距5mm·衬垫材：FBB—3(神户制钢所、固形焊剂形，带玻璃带)·焊接电流：230A(焊接速度25cm/分钟)260A(焊接速度35cm/分钟)·保护气体：CO₂、流量25升/分钟
	向下对接框架拘束裂纹试验(耐低温裂纹性的评价)·供试钢板：JIS G 3106 SM490A(板厚50mm)·V形对接接头的多道焊接·坡口形状：V形坡口的坡口角度40°、根距5mm·焊接电流：350A、焊接输入热量：大约15kJ/cm·预热、道间温度：75±10℃·保护气体：CO₂、流量25升/分钟

表5

表6

根据比较例的结果，比较例No.21和26的TiO₂超过上限值，因此在单面焊接的初层发生高温裂纹，另外，高热能输入焊接的低温韧性低。比较例No.35、39、43和51的TiO₂低于下限值，因此，立向上焊中焊道形状成为凸形，为不良。

接着，比较例No.20和33，Ti超过上限值，因此焊接金属的强度增大高热能输入焊接的低温韧性低。比较例No.19、23和28，Ti低于下限值，因此，在单面焊接的初层发生高温裂纹，另外，高热能输入焊接的低温韧性低。

接着，比较例No.47、49和54，Mg超过上限值，低温裂纹发生。比较例No.27和30，Mg低于下限值，因此在单面焊接的初层发生高温裂纹，另外，高热能输入焊接的低温韧性低。另外，所述比较例No.27添加了Al和Al₂O₃，立向上焊接性非常良好。

接着，比较例No.45和53，C超过上限值，因此焊接金属的强度增大高热能输入焊接的低温韧性低。另外，低温裂纹发生。比较例No.29，C低于下限值，因此，高热能输入焊接的低温韧性低。

接着，比较例No.44和46，Si超过上限值，因此在单面焊接的初层发生高温裂纹，高热能输入焊接的低温韧性低。另外，低温裂纹发生。所述比较例No.44由于添加了Al₂O₃和Al，所以立向上焊接性非常良好。比较例No.24、36和55，因此Si低于下限值，所以立向上焊中焊道形状成为凸形，为不良。还有，所述比较例No.55虽然添加了Al₂O₃但是Si低于下限值，因此立向上焊中焊道形状成为凸形，为不良。

接着，比较例No.41以及50，因为Mn超过上限值，所以焊接金属的强度增大高热能输入焊接的低温韧性低。另外，低温裂纹发生。比较例No.25、37和56，因为Mn低于下限值，所以高热能输入焊接的低温韧性低。还有，所述比较例No.56，虽然添加了Ni，但是Mn低于下限值，所以高热能输入焊接的低温韧性低。

接着，比较例No.42、48和57，B超过上限值，因此在单面焊接的初层发生高温裂纹。还有，所述比较例No.57，因为添加了Ni，所以高热能输入焊接的低温韧性良好。比较例No.32和34，因为B低于下限值，所以高热能输入焊接的低温韧性低。

接着，比较例No.22、31、38、40和52，因为MgO超过规定值，所以立向上焊中焊道形状成为凸形，为不良。还有，所述比较例No.31添加了Ni，高热能输入焊接的低温韧性良好。另外，所述比较例No.38，因为Al超过上限值，所以飞溅发生量多，Al和Al₂O₃的总量(b)超过上限值，因此电弧稳定性和焊渣剥离性差。

相对于此，如表5所示，实施例No.1～18，能够通过高焊接电流进行在立向上焊接中没有熔融金属垂落的焊接，另外，在单面焊接中初层的耐高温裂纹性优异，另外，在熔敷量多的高热能输入焊接中能够得到低温韧性优异的焊接金属。另外，耐低温裂纹性也优异。

Claims

1、一种在软钢或合金钢制外皮中填充焊剂而成的气体保护电弧焊用药芯焊丝，其特征在于，相对于焊丝整体质量，含有TiO₂：4.5～7.0质量％、Ti：0.11～0.29质量％、Mg：0.30～0.70质量％、C：0.02～0.08质量％、Si：0.35～0.75质量％、Mn：2.20～2.85质量％以及B：0.002～0.010质量％，并且，在将所述Mg含量定为[Mg]，将MgO含量定为[MgO]时，相对于所述Mg含量，MgO满足[MgO]+[Mg]×1.66≤2.5质量％的关系。

2、根据权利要求1所述的气体保护电弧焊用药芯焊丝，其特征在于，相对于焊丝整体质量，含有Al：≤0.5质量％，并且，在将所述Al含量定为[Al]，将Al₂O₃含量定为[Al₂O₃]时，Al₂O₃含量与Al含量之间满足以下关系，

[Al₂O₃]+[Al]×1.89为0.5～1.0质量％。

3、根据权利要求1或2所述的气体保护电弧焊用药芯焊丝，其特征在于，相对于焊丝整体质量，还含有Ni：0.2～1.0质量％。