CN102343488A

CN102343488A - 一种桥梁钢碱性药芯焊丝

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Publication number: CN102343488A
Application number: CN2010102441335A
Authority: CN
Inventors: 杨宗全; 赵华中; 吕奎清
Original assignee: Wuhan Tiemiao Welding Materials Co Ltd
Current assignee: Wuhan Hi-Run Engineering & Equipment Co., Ltd.
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2030-08-03
Also published as: CN102343488B

Abstract

一种桥梁钢碱性药芯焊丝，属于焊接材料领域。包括碳钢外皮和被包裹的药芯，其特征在于：所述药芯中各组份占焊丝总重量的比例为：铝1.3％～1.7％，镁0.5％～0.6％，氟化钡2.5％～3.4％，锰铁1.15％～1.35％，硅铁0.15％～0.35％，磁铁矿0.15％～0.40％，镍1.0％～1.2％，稳弧剂0.4％～0.5％，氧化铝0.6％～0.9％，锆英砂0.25％～0.4％，其余为铁粉及不可避免的杂质，其中所述的稳弧剂由钛酸钾、镁砂、冰晶石和钠水玻璃粉按2∶2∶4∶2的重量比例混合而成。该药芯焊丝能满足全位置焊接，且具有焊接效率高，飞溅低，烟尘低，抗裂性好的特点，焊缝金属抗拉强度在500～690MPa，低温冲击韧性(-50℃)≥54J。

Description

一种桥梁钢碱性药芯焊丝

技术领域

本发明涉及一种焊接材料，具体来说涉及一种桥梁钢碱性药芯焊丝，属于焊接材料领域。

技术背景

目前，在桥梁钢Q370qE、Q420qE的焊接中，主要采用的焊接材料有：手工电焊条、气保实芯焊丝、埋弧焊丝和药芯焊丝。手工电焊条在性能及工艺方面都能满足使用方的要求，但效率低，熔敷效率较低，且浪费较大。实芯焊丝的效率高，但实芯焊丝的飞溅大，需焊后加工打磨。埋弧焊丝只能实用于平焊位。药芯焊丝有它的独特优点，熔敷效率高，焊缝质量好，焊接飞溅小，容易实现机械化，自动化焊接，在桥梁建设中的应用每年都有明显的增长。

目前使用的药芯焊丝主要是以金红石为主要组分的酸性药芯焊丝和以氧化钙-氧化镁为主要组分的碱性药芯焊丝。与碱性药芯焊丝相比，酸性药芯焊丝具有飞溅小、易于实现全位置焊接的优点。但是，由于酸性焊丝氧含量和扩散氢含量不可能降至很低的水平，因此其抗裂性难以与碱性焊接材料相比。以氧化钙-氧化镁为主要组分的碱性药芯焊丝虽然具有良好的力学性能，但在焊接过程中存在飞溅大、抗裂性差，焊缝强度和低温冲击韧性较低，不易实现全位置焊接的缺点。据试验，目前某厂家生产的碱性药芯焊丝在进行立向上焊接时，立焊电流只能达到100～120A，且焊缝成型较凸，对焊工的操作技能要求较高。

发明内容

本发明的目的是克服现有碱性药芯焊丝飞溅大，焊缝强度和低温冲击韧性较低，无法实现全位置焊接的缺陷和不足，提供一种桥梁钢碱性药芯焊丝，该种药芯焊丝在直流正接的条件下能满足全位置焊接的要求。具有焊接效率高，飞溅低，烟尘低，抗裂性好，焊缝强度高和低温冲击韧性好的特点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种桥梁钢碱性药芯焊丝，包括碳钢外皮和被包裹的药芯，所述药芯中各组份占焊丝总重量的比例为：铝1.3％～1.7％，镁0.5％～0.6％，氟化钡2.5％～3.4％，锰铁1.15％～1.35％，硅铁0.15％～0.35％，磁铁矿0.15％～0.40％，镍1.0％～1.2％，稳弧剂0.4％～0.5％，氧化铝0.6％～0.9％，锆英砂0.25％～0.4％，其余为铁粉及不可避免的杂质，其中所述的稳弧剂由钛酸钾、镁砂、冰晶石和钠水玻璃粉按2∶2∶4∶2的重量比例混合而成。

所述的稳弧剂经过750℃高温烘焙，并保温2小时，然后把熔炼得到的物质重新加工成粉末状，粒度控制在-80目，100％通过。

所述稳弧剂中水份的重量份含量小于0.1％。

所述药芯焊丝的碳钢外皮为SPCC-SD碳钢带。

所述的药芯占焊丝总重量的比例为12％～16％。

所述的硅铁为45号硅铁，所述的锰铁为中碳锰铁。

所述的药芯焊丝在焊接过程中采用直流正接，保护气体为CO₂。

本发明设计思路如下：

为了解决碱性药芯焊丝全位置焊接性，本发明引入了以下几个措施：

1.加入强氧化剂Al、Mg、Si、Mn，降低焊缝金属中的氧含量，提高熔化金属的粘性。当焊缝金属中的氧含量降低至200ppm以下时，焊缝金属的粘性显著提高，增加焊缝金属的抗重力作用，从而得到优良的全位置焊接性。

强氧化剂Al在焊接过程中可以提高熔化金属的粘性，使得在全位置焊接过程中焊道形状良好。同时该氧化剂还具有稳定直流正极性电弧的作用。但是，如果Al含量不到焊丝全重的0.7％时就起不到稳定电弧的作用，飞溅量变多。而Al含量超过2.0％时焊缝金属中的Al含量将过剩，恶化焊缝组织，使韧性降低。因此应控制焊缝中的Al含量。当焊缝金属中的Al含量低于0.3％时，可以得到好的冲击韧性。

同样地，强氧化剂Mg在焊接过程中可以提高熔化金属的粘性，使得在全位置焊接过程中焊道形状良好。同时该氧化剂还具有稳定直流正极性电弧的作用。但是，如果Mg含量超过焊丝全重的1.2％时，电弧集中性变差，导致飞溅增大，同时恶化焊缝形状，使焊缝形状外凸。Mg的含量控制在0.7％以内为好。

Si有提高母材和焊缝金属的熔合的效果。但焊缝金属中Si的含量超过0.9％时将恶化焊缝金属的韧性。另外，Si也导致强度过高，影响韧性。因此应控制焊缝中Si的含量，一般控制在0.5％以内。

Mn是奥氏体形成元素，有提高焊缝金属韧性的作用，但含量过高时焊缝金属的强度过高，导致韧性下降。因此应将焊缝中的Mn控制在0.9～1.4％。

2.加入适量的氟化钡(BaF2)。氟化钡是使直流正极性的电弧稳定且减少飞溅发生量的电弧稳定剂，同时起着使熔化金属中的氧含量不上升并修整焊道形状的熔渣形成剂作用。

3.加入稳定电弧的稳弧剂。为了稳定电弧，降低飞溅的发生量，选用了有稳定电弧作用的钛酸钾、镁砂、冰晶石以及起调节熔炼温度和调节熔渣特性作用的钠水玻璃粉。钛酸钾、镁砂和冰晶石的流动性很差，在配方中直接加入，将直接影响粉料的流动性，导致药芯填充的稳定性变差。同时，钛酸钾、镁砂、冰晶石和钠水玻璃粉都是易吸潮物质，含有水份，直接使用将导致药芯含水量增加。为了改善粉料流动性，降低药芯含水量，将钛酸钾、镁砂、冰晶石与助熔剂钠水玻璃粉按2∶2∶4∶2的重量比例混合后一起进行750℃高温烧结，并保温2小时，然后把烧结得到的物质重新加工成粉末状，粒度控制在-80目，100％通过。目的在于：1、去除原材料中的水分；2、通过重熔，改善粉料流动性，保证粉料填充的均匀性。处理后稳弧剂中水份的重量份含量，即含水量可以控制到0.1％以下，且再吸潮性大大降低。实验证明，稳弧剂在空气中放置10天，水份增加量小于0.1％。稳弧剂的加入量一般控制在0.40～0.50％。钛酸钾、镁砂、冰晶石和钠水玻璃粉按2∶2∶4∶2的重量比例混合，便于在750℃温度下烧结成型。

3.加入Ni等金属。

Ni是确保含Al熔化金属韧性的有效元素。当Ni含量低于焊丝全重的0.1％时效果不明显，当Ni含量高于焊丝全重的3.0％时，焊缝强度太高，影响焊缝的冲击韧性，导致冲击韧性下降。一般控制在1.0～2.0％。

4.铁的氧化物属于中性氧化物，在配方中主要起修整焊道形状的作用。加入铁的氧化物还可以平衡渣与铁水的氧化式，使渣容易脱落。铁的氧化物加入量一般控制在0.15～0.40％。另外，加入氧化铝也可以降低飞溅。氧化铝的加入量控制在1.0％以下，一般控制在0.60～0.90％。

5.加入锆英砂主要是调节渣特性，一般控制在0.5％以内。

6.钢带内部包裹的药芯占焊丝总重量的百分比(即填充率)控制在10～20％。考虑到焊丝的拉拔性，填充率应控制在10～16％。如果低于10％，焊接形成的渣量少，熔渣覆盖不全，如果超过16％，则在拉丝过程中容易产生断丝现象，影响制造过程的顺利进行。填充率一般控制在12.0～16.0％。

本发明所研制的一种碱性药芯焊丝。该药芯焊丝能满足全位置焊接，且具有焊接效率高，飞溅低，烟尘低，抗裂性好的特点，焊缝金属抗拉强度在500～690MPa，低温冲击韧性(-50℃)≥54J。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述：

本发明的一种桥梁钢碱性药芯焊丝，包括碳钢外皮和被包裹的药芯，所述药芯中各组份占焊丝总重量的比例为：铝1.3％～1.7％，镁0.5％～0.6％，氟化钡2.5％～3.4％，锰铁1.15％～1.35％，硅铁0.15％～0.35％，磁铁矿0.15％～0.40％，镍1.0％～1.2％，稳弧剂0.4％～0.5％，氧化铝0.6％～0.9％，锆英砂0.25％～0.4％，其余为铁粉及不可避免的杂质，其中所述的稳弧剂由钛酸钾、镁砂、冰晶石和钠水玻璃粉按2∶2∶4∶2的重量比例混合而成。

所述的稳弧剂经过750℃高温烘焙，并保温2小时，然后把熔炼得到的物质重新加工成粉末状，粒度控制在-80目，100％通过。所述稳弧剂中水份的重量份含量小于0.1％。

所述的药芯占焊丝总重量的比例为12％～16％。

所述的硅铁为45号硅铁，所述的锰铁为中碳锰铁。

所述药芯焊丝的碳钢外皮采用SPCC-SD钢带，钢带化学成分见表1，药芯按照表2中实施例1-5的比例配制粉料，制作成外径为Φ1.2毫米的焊丝。焊丝填充率为14％。

按照表3的焊接工艺，得到实施例1-5的工艺性和机械性能见表4。

表1钢带的化学成分(％)

C	Si	Mn	S	P
					0.03	0.021	0.21	0.013	0.017

表2

表3

表4

全位置焊接性(立向上焊接)的评判基准为：

优良：焊缝成型非常好(平坦)；

良好：焊缝成型好(平坦)；

一般：焊缝成型较凸；

差：不能焊接或焊缝成型非常凸。

根据表2、表4中实施例来看，当Al、Mg、Si、Mn、Ni的含量在合适的范围内时，不但具有合适的强度，且低温冲击韧性良好。

如上所述，根据本发明研制的碱性药芯焊丝，在直流正接的条件下，采用纯CO₂进行气体保护，能提供100～200A范围内的全位置焊接。焊接时，飞溅的发生量很少，并且能得到优异的力学性能。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的权利要求之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种桥梁钢碱性药芯焊丝，包括碳钢外皮和被包裹的药芯，其特征在于：所述药芯中各组份占焊丝总重量的比例为：铝1.3％～1.7％，镁0.5％～0.6％，氟化钡2.5％～3.4％，锰铁1.15％～1.35％，硅铁0.15％～0.35％，磁铁矿0.15％～0.40％，镍1.0％～1.2％，稳弧剂0.4％～0.5％，氧化铝0.6％～0.9％，锆英砂0.25％～0.4％，其余为铁粉及不可避免的杂质，其中所述的稳弧剂由钛酸钾、镁砂、冰晶石和钠水玻璃粉按2∶2∶4∶2的重量比例混合而成。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁钢碱性药芯焊丝，其特征在于：所述的稳弧剂经过750℃高温烘焙，并保温2小时，然后把熔炼得到的物质重新加工成粉末状，粒度控制在-80目，100％通过。

3.根据权利要求1或2所述的一种桥梁钢碱性药芯焊丝，其特征在于：所述稳弧剂中水份的重量份含量小于0.1％。

4.根据权利要求1所述的一种桥梁钢碱性药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝的碳钢外皮为SPCC-SD碳钢带。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁钢碱性药芯焊丝，其特征在于：所述的药芯占焊丝总重量的比例为12％～16％。

6.根据权利要求1所述的一种桥梁钢碱性药芯焊丝，其特征在于：所述的硅铁为45号硅铁，所述的锰铁为中碳锰铁。

7.根据权利要求1所述的一种桥梁钢碱性药芯焊丝，其特征在于：所述的药芯焊丝在焊接过程中采用直流正接，保护气体为CO₂。