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
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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