CN101623801A - 一种钛型气保护药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钛型气保护药芯焊丝及其制备方法。其技术方案是：该药芯焊丝的药粉化学组分是：SiO2为18～22wt％，Al2O3为1～5wt％，TiO2为35～50wt％，CaO为0.5～1.0wt％，Na2O+K2O为2～5wt％，C为0.2～0.6wt％，Mn为12.0～16.0wt％，微米级氧化物粒子为10～20wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。将上述药粉混合后用低碳低硅钢带包覆，拔制而成。其中：氧化物粒子或为Ti2O3粒子、或为ZrO2粒子、或为Ti2O3和ZrO2的复合粒子。本发明具有成分简单、成本低的特点，所制备的焊丝能获得稳定的0℃时≥120J的冲击韧性的焊缝金属，冲击试验的数据分散值在平均值±12J范围内，抗拉强度达到550～750MPa，适用于550～750MPa级低碳钢、低合金钢的焊接。

Description

一种钛型气保护药芯焊丝及其制备方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域。具体涉及一种钛型气保护药芯焊丝及其制备方法。
背景技术
钛型气保护药芯焊丝，以其生产效率高、电弧较软、焊缝成型美观、焊接工艺性能好、可实现全位置焊接等优点，广泛应用于船舶、桥梁等钢结构加工制造中。在我国，经过近二十年的试制和生产，钛型气保护药芯焊丝所形成的焊缝金属冲击韧性可以达到0℃时，Akv≥100J；-40℃时，Akv≥50J，但是冲击值不稳定，测试数据分散是一个突出的问题。
为解决这一问题，许多研究从调整化学成分，特别是在药粉中添加合金元素入手，希望通过优化成分来达到稳定焊缝金属低温冲击韧性的目的。合金元素对冲击韧性的影响研究表明：
(1)Mn和Si一方面可使焊缝金属充分脱氧，另一方面可提高焊缝的抗拉强度，但对韧性的影响比较复杂；
(2)Nb和V的适量添加可提高焊缝的冲击韧性，但是当焊后不再进行正火处理时，Nb和V的氮化物以微细共格深沉相存在，将导致焊缝的强度大幅度提高，而致使焊缝的韧性下降；
(3)Ti和B可使低合金钢焊缝的韧性提高，但需与其它合金元素有良好的匹配，对组织细化的作用复杂；
(4)Mo只有在一个合适的添加量时才能起到韧化焊缝的作用。
以上分析表明，通过添加合金元素虽可改善焊缝韧性，但是大量合金元素的添加，一方面使药粉的成分复杂，需要进行大量的试验来探寻最佳元素配比；另一方面增加了焊接材料的成本。
发明内容
本发明旨在克服上述技术的缺陷，目的是提供一种成分简单，成本低的钛型气保护药芯焊丝及其制备方法；用该方法制备的焊丝能获得低温冲击值稳定且冲击韧性较高的焊缝金属。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该药芯焊丝的药粉化学组分是：SiO2为18～22wt％，Al2O3为1～5wt％，TiO2为35～50wt％，CaO为0.5～1.0wt％，Na2O+K2O为2～5wt％，C为0.2～0.6wt％，Mn为12.0～16.0wt％，微米级氧化物粒子为10～20wt％，余量为Fe及不可避免的杂质；将上述药粉混合后用低碳低硅钢带包覆，拔制而成。
其中：药粉粒度≤100目；氧化物粒子或为Ti2O3粒子、或为ZrO2粒子、或为Ti2O3和ZrO2的复合粒子，微米级氧化物粒子粒度≤10μm；低碳低硅钢带的化学组分为：C为0.045～0.055wt％，Si为0.045～0.055wt％，Mn为0.30～0.50wt％，S≤0.010wt％，P≤0.015wt％。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下积极效果：
(1)在药粉中添加Ti2O3、或ZrO2、或Ti2O3和ZrO2的高熔点微米级氧化物粒子，在熔池凝固过程中，高熔点微米级氧化物粒子作为针状铁素体的形核质点，提高了针状铁素体的形核率，促进了焊缝金属大量针状铁素体的形成，针状铁素体含量的提高将使焊缝金属的冲击韧性提高并保持稳定的数值；
(2)采用低硅含量的钢带，减少多层多道焊缝金属中M-A组元比例，提高焊缝金属的低温冲击韧性；
(3)不添加Nb、V、Ni、Mo等合金元素，成分简单并减少成本。
因此，本发明具有成分简单、成本低的特点，所制备的焊丝能获得稳定的0℃时≥120J的冲击韧性的焊缝金属，冲击试验的数据分散值在平均值±12J范围内，抗拉强度达到550～750MPa，适用于550～750MPa级低碳钢、低合金钢的焊接。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对本发明保护范围的限制：
本具体实施方式所采用的焊丝加工工艺是：药粉粒度≤100目；将各实施例所述的药粉混合后分别用低碳低硅钢带包覆，低碳低硅钢带的宽为14mm和厚为0.9mm，粉料填充率20～22wt％，经过成型减径后得到直径为1.2mm的钛型气保护药芯焊丝。其焊接工艺参数参见表1。
表1
Figure G2009100634082D00031
本具体实施方式所采用的低碳低硅钢带的化学组分为：C为0.045～0.055wt％，Si为0.045～0.055wt％，Mn为0.30～0.50wt％，S≤0.010wt％，P≤0.015wt％。
为避免重复，上述内容在以下各实施例中将不赘述。
实施例1
一种钛型气保护药芯焊丝及其制备方法。该药芯焊丝的药粉化学组分是：SiO2为18～19wt％，Al2O3为4～5wt％，TiO2为45～50wt％，CaO为0.9～1.0wt％，Na2O+K2O为2～3wt％，C为0.2～0.3wt％，Mn为12.0～13.0wt％，Ti2O3粒子为10～12wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本实施例所制备的钛型气保护药芯焊丝，焊接工艺参数参见表1。得到焊缝金属的冲击值在0℃时平均为120J，数据分散值在±9J范围内，抗拉强度达到550～750MPa，适用于550～750MPa级低碳钢、低合金钢的焊接。
实施例2
一种钛型气保护药芯焊丝及其制备方法。该药芯焊丝的药粉化学组分是：SiO2为19～20wt％，Al2O3为3～4wt％，TiO2为40～45wt％，CaO为0.5～0.6wt％，Na2O+K2O为3～4wt％，C为0.3～0.4wt％，Mn为13.0～14.0wt％，ZrO2粒子为12～15wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本实施例所制备的钛型气保护药芯焊丝，焊接工艺参数参见表1。得到焊缝金属的冲击值在0℃时平均为122J，数据分散值在±10J范围内，抗拉强度达到550～750MPa，适用于550～750MPa级低碳钢、低合金钢的焊接。
实施例3
一种钛型气保护药芯焊丝及其制备方法。该药芯焊丝的药粉化学组分是：SiO2为20～21wt％，Al2O3为2～3wt％，TiO2为35～40wt％，CaO为0.6～0.8wt％，Na2O+K2O为4～5wt％，C为0.4～0.5wt％，Mn为14.0～15.0wt％，Ti2O3和ZrO2复合粒子为15～18wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本实施例所制备的钛型气保护药芯焊丝，焊接工艺参数参见表1。得到焊缝金属的冲击值在0℃时平均为125J，数据分散值在±12J范围内，抗拉强度达到550~750MPa，适用于550~750MPa级低碳钢、低合金钢的焊接。
实施例4
一种钛型气保护药芯焊丝及其制备方法，焊接工艺参数参见表1。该药芯焊丝的药粉化学组分是：SiO2为21～22wt％，Al2O3为1～2wt％，TiO2为38～42wt％，CaO为0.8～0.9wt％，Na2O+K2O为4～5wt％，C为0.5～0.6wt％，Mn为15～16wt％，Ti2O3和ZrO2复合粒子为18～20wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本实施例所制备的钛型气保护药芯焊丝，其焊接工艺参数参见表1。得到焊缝金属的冲击值在0℃时平均为123J，数据分散值在±9J范围内，抗拉强度达到550～750MPa，适用于550～750MPa级低碳钢、低合金钢的焊接。
本实施例1～4中：(1)在药粉中添加Ti2O3、或ZrO2、或Ti2O3和ZrO2的高熔点微米级氧化物粒子，在熔池凝固过程中，高熔点微米级氧化物粒子作为针状铁素体的形核质点，提高了针状铁素体的形核率，促进了焊缝金属大量针状铁素体的形成，针状铁素体含量的提高将使焊缝金属的冲击韧性提高并保持稳定的数值；(2)采用低硅含量的钢带，减少多层多道焊缝金属中M-A组元比例，提高焊缝金属的低温冲击韧性；(3)不添加Nb、V、Ni、Mo等合金元素，成分简单且减少成本。
因此，本具体实施方式具有成分简单、成本低的特点，所制备的焊丝能获得稳定的0℃时≥120J的冲击韧性的焊缝金属，冲击试验的数据分散值在平均值±12J范围内，抗拉强度达到550～750MPa，适用于550～750MPa级低碳钢、低合金钢的焊接。

Claims (5)

1、一种钛型气保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于该药芯焊丝的药粉化学组分是：SiO2为18～22wt％，Al2O3为1～5wt％，TiO2为35～50wt％，CaO为0.5～1.0wt％，Na2O+K2O为2～5wt％，C为0.2～0.6wt％，Mn为12.0～16.0wt％，微米级氧化物粒子为10～20wt％，余量为Fe及不可避免的杂质；将上述药粉混合后用低碳低硅钢带包覆，拔制而成。
2、根据权利要求1所述的钛型气保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于所述的药粉粒度≤100目。
3、根据权利要求1所述的钛型气保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于所述的氧化物粒子或为Ti2O3粒子、或为ZrO2粒子、或为Ti2O3和ZrO2的复合粒子，微米级氧化物粒子粒度≤10μm。
4、根据权利要求1所述的钛型气保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于所述的低碳低硅钢带的化学组分为：C为0.045～0.055wt％，Si为0.045～0.055wt％，Mn为0.30～0.50wt％，S≤0.010wt％，P≤0.015wt％。
5、根据权利要求1～4项中任一项所述的钛型气保护药芯焊丝的制备方法所制备钛型气保护药芯焊丝。
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