CN102248324B - 一种能降低焊接飞溅的co2气保焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及能降低焊接飞溅的CO2气保焊丝。其组分及重量百分比为：C∶0.04～0.08％，Si∶0.80～1.0％，Mn∶1.40～1.70％，P≤0.020％，S∶0.005～0.020％，Ti∶0.15～0.25％，Als∶0.05～0.10％，N≤0.006％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明由于采用了合理的S及Al的含量，两元素并与其他元素的相互匹配，故能在相同焊接工艺条件下的焊接飞溅率降低至少50％，而且焊缝成形及焊缝的力学性能，尤其是韧性均能满足要求。
Description
技术领域
本发明涉及气体保护焊丝，具体属于能降低焊接飞溅的CO2气保焊丝。
背景技术
CO2气保焊成本低、效率高，在钢结构的焊接中得到广泛应用。由于CO2气比空气重，因此从喷嘴中喷出的CO2气可以在电弧区形成有效的保护层，防止空气进入熔池，避免空气中氧等气体的不利影响。焊丝通过送丝滚轮不断的送进，与工件之间产生电弧，在电弧热的作用下，熔化焊丝和工件形成熔池。随着焊枪的移动，熔池凝固形成焊缝。二氧化碳保护气体价格低廉，采用短路过渡时焊缝成形良好，使用含脱氧元素的焊丝即可获得无内部缺陷焊缝。这种焊接方法目前已成为黑色金属材料最重要焊接方法之一。
但现有CO2气保焊主要缺点是焊接飞溅大。焊接飞溅大会产生多方面的不良结果，如浪费焊丝、工件表面会出现较多的飞溅颗粒，影响工件外观及性能甚至引发表面微裂纹、缩短焊嘴的使用寿命。焊接过程中飞溅出的金属，还容易烧坏焊工的工作服，甚至烫伤皮肤，恶化劳动条件。现有的CO2气体保护焊金属飞溅损失约占焊丝熔金属的10％左右，严重的可达20％。
目前常用的CO2焊丝为H08Mn2Si及AWS ER70S-6，焊接时存在较大的飞溅，另一种CO2焊丝ER70S-G焊接飞溅虽比H08Mn2Si及AWS ER70S-6有所减少，但仍不理想。
焊接飞溅是在熔滴过渡时在电弧反压及化学反应等因素的作用下发生的。CO2气体保护焊金属飞溅问题之所以突出，与这种焊接方法的冶金特性及工艺特性有关。
(1)冶金反应飞溅：主要是由于焊接过程中熔滴和熔池中的碳被氧化生成了CO气体，当其从熔滴或熔池中向外的逸出受到阻碍发生聚集，就可能在局部爆破，从而产生飞溅金属。
(2)焊丝电极斑点压力过大引起飞溅：如在直流正极性焊时，焊丝熔化端受到的电极斑点压力较大，容易产生粗大的熔滴和被顶偏而产生非轴向过渡，从而出现大颗粒的飞溅金属。
(3)熔滴过渡不正常引起飞溅：短路过渡时，当焊接电源的动特性选择与调节不当时，增大飞溅金属。长弧焊时，由于弧根面积小，焊丝末端熔滴受到斑点压力、电磁力等作用被顶偏，往往会产生细颗粒的飞溅金属。
(4)焊接规范参数选择不当引起飞溅：随着电弧电压的升高，飞溅金属量将增大。
可见，为了减少飞溅，可从提高焊接电源的性能、优化焊接工艺参数及使用合适化学成分的焊丝入手。
本发明则是从优化焊丝的化学成分的角度出发，主要措施原理为(1)降低焊丝的碳含量，以减少CO的形成量。(2)控制焊丝中的S、Al及Ti等微量元素，改善熔滴金属的表面张力及粘度，从而使熔滴的过渡更为容易。
发明内容
本发明的目的在于解决目前的CO2气体保护焊丝存在飞溅大的缺点，提供一种在满足焊缝成形及焊缝力学性能要求的前提下，使在相同焊接工艺条件下的焊接飞溅率降低至少50％的CO2气保焊丝。
实现上述目的的技术措施：
一种能降低焊接飞溅的CO2气保焊丝，其组分及重量百分比为：C∶0.04～0.08％，Si∶0.80～1.0％，Mn∶1.40～1.70％，P≤0.020％，S∶0.005～0.020％，Ti∶0.15～0.25％，Als∶0.05～0.10％，N≤0.006％，其余为Fe及不可避免的杂质。
各元素作用分析如下：
C：对焊缝金属具有强化作用，但在CO2气保焊中，易与CO2气体作用生成CO气体，在熔融金属中聚集后爆炸形成飞溅。因此，其含量应控制较低。综合考虑，范围为0.04～0.08％较佳。
Si：在CO2气保焊中具有较强的脱氧作用，还能增加焊缝强度，是CO2气体保护焊中不可缺少的合金元素。但焊缝中Si含量太高时会影响焊缝的韧性。焊丝中Si的重量百分比含量0.80～1.00％。
Mn：是焊缝强韧化的有效元素，同时也是脱氧元素，能防止引起热裂纹的铁硫化物的形成。焊丝中Mn含量为1.40～1.70％。
Ti：是较活泼元素，在与CO2气体作用后形成的Ti化物能改变熔滴金属表面活性，从而促进熔滴的有效过渡，减少飞溅。Ti还有利于在焊缝中形成微细的Ti化合物，细化焊缝晶粒。其含量为0.15～0.25％。
S：在一般情况下S被认为是是有害元素，它会增加焊缝热裂纹倾向，降低抗硫化物腐蚀性能。但是，实验证明，太低的S含量会增加熔滴表面张力，从而不利于焊缝成形。综合考虑，S含量为0.008～0.020％。
Als：如果要求焊缝具有较高韧性，Als的含量应予控制。但是本技术的实验证明，焊接飞溅随Als含量的增加而降低。综合考虑，Als含量为0.05～0.10％。
在同样焊接工艺情况下，熔滴金属的粘度及表面张力影响焊接飞溅及焊缝成形。在一定的含量范围内，随着钢中活性组分氧、硫含量的增加，熔融金属流动性增加，焊缝表面变得更为平滑，但飞溅呈增加的趋势。增加钢液中的Als、Ti会提高熔滴的表面张力，当Als0.06～0..10％、Ti0.15～0.25％时，焊接飞溅已非常少，但焊缝成形较窄，焊缝低温冲击韧性不高，容易在焊缝中产生脆断，但若同时将S含量控制在0.005～0.02％及Si、Mn在上述的取值范围内，不仅解决了焊接飞溅的问题，而且能保证良好的焊缝成形，提高焊缝低温韧性。
在抑制飞溅、保证焊缝合适力学性能方面，本焊丝中的几种元素共同作用，产生良好的综合效果。在抑制飞溅方面，Als和Ti发挥了作用。
本发明由于采用了合理的S及Al的含量，两元素并与其他元素的相互匹配，故，能在相同焊接工艺条件下的焊接飞溅率降低至少50％，而且焊缝成形及焊缝的力学性能，尤其是韧性均能满足要求。
其可以采用任何冶炼炉进行冶炼，尤其采用真空处理、转炉冶炼、方坯连铸等生产工艺，其工艺稳定，合格率高。
本发明焊丝适合中厚板的焊接，广泛用于我国重点管线及大型工程机械。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述：
实验条件：采用50kg真空感应炉冶炼或转炉冶炼。真空冶炼时，按照常规工艺进行，即将主要合金硅铁及锰铁进行配比，抽真空通电加热化钢，加Al预脱氧，在精炼期加入钛铁。转炉冶炼时，采用脱硫铁水，采用Si铁和Mn及铝脱氧，炉后加Si-Mn、低碳Mn-Fe(或金属Mn-Fe)等。加入罐内的铁合金必须干净、干燥。在精炼时(Ar站)按根据成分要求加入钛铁及铝锭，并进一步调整成分。控制N的含量，对冶炼工艺无其它特殊要求，连铸成200×200(mm)方坯，并将方坯轧制成Φ5.5mm盘条。经剥壳、酸洗、拉拔至Φ1.2的丝，表面化学镀铜后经压模制成焊丝。
按GB/T8110进行CO2焊接熔敷金属性能试验，焊接参数为：焊接电流约290A，焊接电压约29V，焊接速度约30cm/min。
表1为本发明各实施例及对比例的组分取值列表；
表2为本发明各实施例及对比例的采用焊后外观结果描述；
表3为本发明各实施例及对比例的熔敷金属焊接力学性能列表。
表1本发明各实施例及对比例的组分取值
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Ti | Als | N |
| 1 | 0.050 | 1.00 | 1.56 | 0.011 | 0.015 | 0.250 | 0.10 | 0.0058 |
| 2 | 0.041 | 0.95 | 1.60 | 0.018 | 0.020 | 0.200 | 0.05 | 0.0033 |
| 3 | 0.060 | 0.80 | 1.70 | 0.007 | 0.020 | 0.160 | 0.08 | 0.0040 |
| 4 | 0.070 | 0.90 | 1.51 | 0.010 | 0.005 | 0.170 | 0.09 | 0.0034 |
| 5 | 0.080 | 0.86 | 1.40 | 0.010 | 0.009 | 0.150 | 0.07 | 0.0043 |
| 对比例1 | 0.07 | 0.75 | 1.67 | 0.011 | 0.004 | 0.12 | 0.04 | 0.0050 |
| 对比例2 | 0.08 | 0.90 | 1.70 | 0.009 | 0.009 | / | 0.02 | 0.0045 |
| 对比例3 | 0.07 | 1.10 | 1.65 | 0.008 | 0.003 | 0.18 | 0.11 | 0.0056 |
实施例1和2为50kg真空炉冶炼，实施例3至5为100吨转炉冶炼。
表2CO2焊后外观描述
表3各实施例及对比例的熔敷金属焊接力学性能
| 编号 | ReL(MPa) | Rm(MPa) | A(％) | -30℃冲击功KV2，J |
| 1# | 475 | 575 | 29 | 606190 |
| 2# | 460 | 525 | 24 | 657286 |
| 3# | 460 | 530 | 23 | 655768 |
| 4# | 450 | 535 | 22 | 716386 |
| 5# | 465 | 540 | 23 | 558776 |
| 对比例1 | 455 | 560 | 24 | 876476 |
| 对比例2 | 430 | 530 | 23 | 566365 |
| 对比例3 | 450 | 560 | 23 | 354325 |
从以上试验结果可以看出，本发明进行CO2气体保护时，焊接飞溅很小。其飞溅量为对比例1焊丝的50％左右，约为对比例2焊丝的30％。对比例3虽然也有很低的飞溅，但焊缝太窄，且冲击功很低。对于此类抗拉强度为500MPa级CO2气保焊丝，-30℃冲击功KV2只需不低于27J即可，因此本发明焊缝金属也具有较好的韧性。
本发明焊丝所用合金体系合理，盘条冶炼、轧制及焊丝拉拔工艺容易实现。批量生产时可采用转炉或电炉炼钢、方坯连铸、线材轧制厂轧制盘圆，然后在焊丝生产厂制造出所需规格的镀铜焊丝。
Claims (1)
1.一种能降低焊接飞溅的CO2气保焊丝，其组分及重量百分比为：C∶0.04～0.08％，Si∶0.80～1.0％，Mn∶1.40～1.70％，P≤0.020％，S∶0.005～0.020％，Ti∶0.16～0.25％，Als∶0.05～0.10％，N≤0.006％，其余为Fe及不可避免的杂质。
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