CN102267018B - 一种用于气体保护焊接的药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气体保护焊用药芯焊丝，包括碳钢外皮和药芯，焊丝碳含量的重量百分比为0.06％-0.15％；焊丝组成的重量百分比为：碳钢外皮80％-90％，药芯10％-20％；其特征在于，所述药芯成分的重量百分比为：TiO22％-8％，SiO21％-4％，Al2O30.1％-0.3％，氟化物0.1％-0.8％，Mn 0.8％-3.2％，钛铁粉0.4％-1.8％，Fe2O30.4％-2.4％，其余为铁粉及不可避免的杂质。通过向药芯里加入钛铁粉和Fe2O3，在焊缝中形成细小、弥散分布的含钛氧化物或者含钛复合氧化物，该氧化物诱导针状铁素体的生成，焊接的冷速较快且具有较大的搅拌力，该夹杂来不及长大而在焊缝中弥散分布，使焊缝金属的组织得到细化。

Description

一种用于气体保护焊接的药芯焊丝
技术领域
本发明属焊接领域，涉及一种用于气体保护焊接的药芯焊丝。
背景技术
焊接过程是一个独特的冶金过程，在熔化焊的条件下，焊接接头由两个相互联系而组织性能又有很大区别的部分组成，即焊缝和热影响区。焊缝是焊件的薄弱环节，焊缝的质量好坏直接影响焊件的质量，而焊缝中夹杂物的数量、大小、分布会直接影响焊缝的组织和性能。
随着对能源需求的增长，原油和天然气的供应地甚至扩展到冰冷极地等严峻环境的地区，于是对焊缝性能的要求更为严格。为了达到这方面的要求，采取了一系列措施如降低焊缝金属中夹杂物的含量，提高熔渣碱度或增加合适脱氧剂来减少焊缝的含氧量。在降低焊缝中的夹杂物的大小和数量方面，传统焊接工艺一般是通过控制焊接原材料的纯净度、合理的焊接工艺等办法，专利《一种气体保护焊用碳钢药芯焊丝》(申请号：200510019874.2，公开号：CN 1775452A)和专利《钛型气体保护药芯焊丝》(申请号：94109138.4，公开号：CN 1117902A)使用强脱氧剂来降低焊缝中氧含量，减少夹杂物的数量，但由于焊接冷却速度较快，仍然会有一些夹杂物留在焊缝中，这些夹杂多为硅锰夹杂或者铝夹杂，不能诱导针状铁素体的形成，从而造成组织粗大和性能下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于气体保护焊接的药芯焊丝，在不过分降低焊缝中夹杂物的数量的情况下，通过向药芯焊丝中加入合金粉，在焊丝熔化时形成含钛氧化物，使得在焊缝中最终留下的夹杂物为含钛氧化物，改善焊缝中夹杂物的大小、种类，使夹杂物弥散分布，得到由夹杂物诱导的针状铁素体，从而达到细化焊缝组织的目的。
本发明的目的是这样实现的，一种气体保护焊用药芯焊丝，包括碳钢外皮和药芯，焊丝(碳钢外皮和药芯)碳含量(占焊丝总重量)为0.06％-0.15％，焊丝组成(重量％)为碳钢外皮80％-90％，药芯10％-20％，所述药芯的成分及含量如下(占药芯焊丝总重量)：TiO22％-8％，SiO21％-4％，Al2O30.1％-0.3％，氟化物0.1％-0.8％，Mn 0.8％-3.2％，钛铁粉(含钛30％-35％)0.4％-1.8％，Fe2O30.4％-2.4％，其余为铁粉及不可避免的杂质。
TiO2有助于改善焊丝的电弧稳定性，减少焊接飞溅，美化焊缝，有利于脱渣性。本发明中，TiO2加入量2％-8％，小于2％，焊接工艺性较差，大于8％，焊缝含氧量过高，降低焊缝性能。
SiO2具有细化熔滴、降低飞溅、改善工艺性能的作用。本发明中，SiO2的加入量在1％-4％，小于1％时，对工艺性能的改善作用不明显，加入量超过4％时，脱渣性变差。
Al2O3具有强脱氧作用，本发明中的加入量为0.1％-0.3％，小于0.1％时，焊缝氧含量过高，影响性能，大于0.3％时，会降低含钛氧化物的数量，从而降低诱导针状铁素体的数量。
氟化物NaF、KF、LiF是电弧稳定剂，去氢剂，本发明中氟化物加入量在0.1％-0.8％，加入量少于0.1％时电弧稳定性不足，去氢能力不足，大于0.8％时，烟尘和飞溅增大。
金属锰有脱氧和提高焊缝金属强度和抗裂性的作用。本发明中锰加入量为0.8％-3.2％，小于0.8％时，上述特性体现不足，大于3.2％时，焊缝强度过高，低温冲击韧性降低。
本发明中钛铁粉和Fe2O3是关键成分，主要是在焊丝熔化时，迅速反应，形成非常细小的含钛氧化物，或者与其它元素反应形成含钛复合氧化物，这些氧化物在焊缝凝固过程中作为形核核心，诱导针状铁素体形成，从而细化焊缝组织。
本发明中Fe2O3含量在0.4％-2.4％，小于0.4％，焊缝中氧含量不足，不能形成含钛氧化物，也就不能形成针状铁素体，高于2.4％，焊缝中氧含量过高，容易形成气孔。钛铁粉含量0.4-1.8％，小于0.4％，不易形成含钛氧化物，大于1.8％，易于形成不能诱导针状铁素体的其它含钛氧化物。含钛30％-35％的钛铁是常用的工业钛铁，比较经济。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和积极效果：
通过向药芯里加入钛铁粉和Fe2O3，在焊缝中形成细小、弥散分布的含钛氧化物或者含钛复合氧化物，该氧化物诱导针状铁素体的生成，焊接的冷速较快且具有较大的搅拌力，该夹杂来不及长大而在焊缝中弥散分布，使焊缝金属的组织得到细化。
具体实施方式
药芯焊丝的钢制外皮采用低碳钢，其化学成分如表1所示，焊接工艺参数如表2所示，
表1药芯焊丝钢制外皮的化学成分 wt％
  C   Si   Mn   S   P
  0.08   0.04   0.3   0.013   0.014
表2焊接参数
  项目   焊接条件
  焊接电流   260-280A
  焊接电压   30-32V
  焊接速度   250毫米/分
各实施例药芯成分如表3所示，其中1#、2#、3#钛铁粉含钛30％，4#、5#钛铁粉含钛35％，对比例为常规药芯焊丝焊接，试验结果如表4所示。
表3实施例药芯成分    wt％
  序号   TiO2   SiO2   Al2O3   氟化物   锰   钛铁粉   Fe2O3   铁粉
  1   7   4   0.3   0.6   3.1   1   1.5   余量
  2   2   1   0.1   0.2   0.8   1.1   1.4   余量
  3   5   2.5   0.2   0.4   2   1   1.6   余量
  4   5.5   2   0.2   0.5   2.2   0.4   0.5   余量
  5   5   2.3   0.22   0.45   1.8   1.7   2.3   余量
  对比例   8   4   0.4   0.2   3   -   -   余量
表4试验结果
实施方式 夹杂物均匀度   夹杂物平均尺寸(μm) 夹杂物种类   针状铁素体数量(％)
1 大小均匀 0.71   含钛氧化物或含钛复合氧化物 70
2 大小均匀 0.7   含钛氧化物或含钛复合氧化物 75
3 大小均匀 0.63   含钛氧化物或含钛复合氧化物 80
4 大小均匀 0.73   含钛氧化物或含钛复合氧化物 68
5 大小均匀 0.74   含钛氧化物或含钛复合氧化物 69
对比例 大小不均匀 0.95   硅锰夹杂或者铝夹杂 30

Claims (2)

1.一种气体保护焊用药芯焊丝，包括碳钢外皮和药芯，焊丝碳含量的重量百分比为0.06％-0.15％；焊丝组成的重量百分比为：碳钢外皮80％-90％，药芯10％-20％；其特征在于，所述药芯成分占药芯焊丝总重量的重量百分比为：TiO22％-8％，SiO21％-4％，Al2O30.1％-0.3％，氟化物0.1％-0.8％，Mn0.8％-3.2％，钛铁粉0.4％-1.8％，Fe2O30.4％-2.4％，其余为铁粉及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的气体保护焊用药芯焊丝，其特征在于，钛铁粉中钛含量的重量百分比为30％-35％。
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