CN103056549B

CN103056549B - 一种碱性co2气保护低合金耐热钢药芯焊丝

Info

Publication number: CN103056549B
Application number: CN201210558617.6A
Authority: CN
Inventors: 谢晋平; 赵海静; 张莉; 张赫; 白波; 曾宪芳; 马奎; 王凤
Original assignee: MCC WELDING TECHNOLOGY Co Ltd; Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Current assignee: Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group; China Jingye Engineering Corp Ltd
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: CN103056549A

Abstract

本发明提供一种碱性CO₂气保护低合金耐热钢药芯焊丝，它由药芯和钢制外皮组成，所述药芯占焊丝总重量的14～16%，药芯各组分占药芯的重量百分比为：TiO₂：25～40%，MgO：1～4%，CaCO₃：0.4～0.8%，NaF：1~3%，Na₂SiF₆：1~3%，硅锰合金：4.5～20%，钠冰晶石：2～4%，长石：4～10%，特氟隆：0.2~0.6%，铁合金20～35%，纯金属粉末12～20%。本发明的碱性低合金耐热钢药芯焊丝，采用纯CO₂作为保护气体，具有优良的焊接工艺性能，适合全位置焊接。焊缝熔渣覆盖性好，脱渣容易，熔敷效率高，抗锈性好，焊缝成形美观。

Description

一种碱性CO2气保护低合金耐热钢药芯焊丝

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，特别地，涉及一种低合金耐热钢碱性药芯焊丝。

背景技术

随着现代化工业的迅速发展，低合金耐热钢越来越广泛地应用于电力、化工、石油、原子能、航空等高速发展或尖端行业，这些行业设备上的许多构件是在300℃以上的温度下工作，有的构件工作温度更高达1200℃以上。对于耐热钢的焊接，目前国内外广泛使用的焊丝都是酸性耐热钢药芯焊丝，由于焊缝金属韧性较低，使其应用范围受到较大的限制。而碱性焊接材料主要以焊条为主，这样就无法实现自动化生产，严重地制约了生产效率的提高。另外，碱性焊材所焊接的产品，其焊缝金属的力学性能较好，但焊接工艺性较差，还有待于进一步完善提高。本项研究发明了一种具有良好的焊接工艺性能的550MPa级碱性CO₂气保护低合金耐热钢药芯焊丝，可进行全位置焊接。

发明内容

本发明的目的是提供一种碱性CO₂气保护低合金耐热钢药芯焊丝。该焊丝具有碱性渣系，可以进行全位置焊接，适用于工作在520℃以下的高温高压管道、合成化工机械、石油裂化设备等的焊接。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种碱性CO₂气保护低合金耐热钢药芯焊丝，它由药芯和钢制外皮组成，其特征在于，所述药芯占焊丝总重量的14～16%，药芯各组分占药芯的重量百分比为：TiO₂：25～40%，MgO：1～4%，CaCO₃：0.4～0.8%，NaF：1~3%，Na₂SiF₆：1~3%，硅锰合金：4.5～20%，钠冰晶石：2～4%，长石：4～10%，特氟隆：0.2~0.6%，铁合金20～35%，纯金属粉末12～20%。

如上所述的药芯焊丝，优选地，所述铁合金包括微碳铬铁、钼铁、钛铁和低碳锰铁中的一种或多种，所述纯金属粉包括镁粉和铁粉中的一种或多种。

如上所述的药芯焊丝，优选地，药芯各组分占药芯的重量百分比为：TiO₂：25%，MgO：3.4%，CaCO₃：0.6%，NaF：2.8%，Na₂SiF₆：2.8%，硅锰合金：20%，钠冰晶石：3%，长石：5%，微碳铬铁：13%，钼铁：4%，低碳锰铁：3%，特氟隆：0.4%，镁粉：3%，铁粉：14%。

如上所述的药芯焊丝，优选地，药芯各组分占药芯的重量百分比为：TiO₂：30%，MgO：2.2%，CaCO₃：0.6%，NaF：2.3%，Na₂SiF₆：2.3%，硅锰合金：15%，钠冰晶石：4%，长石：6%，微碳铬铁：12.5%，钼铁：3.5%，低碳锰铁：2%，，特氟隆：0.4%，镁粉：3%，铁粉：16%。

如上所述的药芯焊丝，优选地，药芯各组分占药芯的重量百分比为：TiO₂：35%，MgO：1.5%，CaCO₃：0.5%，NaF：1.8%，Na₂SiF₆：1.8%，硅锰合金：9%，钠冰晶石：2.5%，长石：5.5%，微碳铬铁：12.5%，钼铁：4%，低碳锰铁：7.5%，特氟隆：0.4%，镁粉：2.5%，铁粉：15.5%。

如上所述的药芯焊丝，优选地，药芯各组分占药芯的重量百分比为：TiO₂：40%，MgO：1.5%，CaCO₃：0.5%，NaF：1.6%，Na₂SiF₆：2%，硅锰合金：4.5%，钠冰晶石：2.5%，长石：4.5%，微碳铬铁：12%，钼铁：3.5%，低碳锰铁：8.5%，特氟隆：0.4%，镁粉：2.5%，铁粉：16%。

如上所述的药芯焊丝，优选地，所述钢制外皮采用低碳钢钢带。

如上所述的药芯焊丝，优选地，所述钢制外皮采用碳含量在0.015～0.034%，硅含量≤0.028%，锰含量0.18～0.32%，硫含量≤0.008%，磷含量≤0.012%的低碳钢钢带。

如上所述的药芯焊丝，优选地，所述钢制外皮采用SPCC低碳钢钢带，规格为0.9mm×13.5mm（厚×宽）。

如上所述的药芯焊丝，优选地，所述药芯焊丝的直径为1.2mm。

本发明的有益效果为：

本发明的碱性低合金耐热钢药芯焊丝，采用纯CO₂作为保护气体，具有优良的焊接工艺性能，适合全位置焊接。焊缝熔渣覆盖性好，脱渣容易，熔敷效率高，抗锈性好，焊缝成形美观。

具体实施方式

本发明提供了一种碱性CO₂气保护低合金耐热钢药芯焊丝，其药芯化学成分的设计如下：

TiO₂，是主要的造渣剂和电弧稳定剂，可改善焊缝的成型和脱渣，而且它还有使金属以细雾状过渡、减少飞溅的作用，是全位置焊接不可缺少的材料。钛铁矿中的钛在折合成TiO₂加入量少于25%时不能体现上述特性；加入量大于40%时则由于含氧量高，造成冲击韧性降低，渣层变厚，影响气体从熔池逸出，从而容易产生气孔。因此TiO₂加入量限定在25～40%。

MgO，以镁砂的形式加入，具有一定的稳弧作用，并有造渣和调整熔渣熔点、粘度等作用。MgO的加入保证熔渣具有较高的碱度，因此可有效地降低焊缝金属中S、P、O等杂质，从而提高焊缝金属的力学性能。在本发明中，MgO的加入量在少于1%时，基本不起作用；加入量超过4%时，则易造成焊接熔渣覆盖不好，且会造成飞溅。

CaCO₃，主要起到造气和造渣的作用，也是脱硫物质之一。当CaCO₃加入量少于0.4%时，焊丝脱硫作用不大；加入量超过0.8%之后，将增加表面张力，粗化熔滴，降低焊接操作的工艺性能。

氟化物，是电弧稳定剂、去氢剂。氟化物的加入量少于2%时，电弧稳定性不足，去氢能力不足，易产生焊缝气孔压坑；加入量大于6%时，电弧变长，烟尘和飞溅增大。

硅锰合金，是主要脱氧剂，可降低焊缝金属的氧含量。其加入量少于5%时，脱氧变差，冲击韧性变差；加入量超过20%，则强度过高，冲击韧性降低，且会造成飞溅。

钠冰晶石，能够稳定电弧，降低飞溅。其加入量少于2%或多于4%，均会造成飞溅增加。

长石，主要包含有SiO₂、Al₂O₃和K₂O，是造渣剂和电弧稳定剂。长石的加入量少于4%时，电弧稳定不足，电弧过于集中，立焊熔池外翻，电弧不稳定；加入量大于10%时，电弧变长，烟尘和飞溅增大，立焊容易出现铁水下坠。

为了保证焊丝熔敷金属的力学性能，特别是强度和低温韧性，本发明还在药芯焊丝中加入了各种铁合金，如微碳铬铁、钛铁，钼铁、低碳锰铁等；还加入了纯金属镁粉和铁粉，主要作焊缝的脱氧剂和合金剂。

药芯焊丝的钢制外皮采用低碳钢，其化学成分见表1。

表1药芯焊丝钢制外皮的化学成分%

C	Si	Mn	S	P
					0.015～0.034	≤0.028	0.18～0.32	≤0.008	≤0.012

钢制外皮可以采用如SPCC低碳钢钢带，规格为0.9mm×13.5mm（厚×宽），填充药芯后经轧制拉拔成为Φ1.2mm的细直径药芯焊丝。

结合实施例对本发明作进一步说明：

为了更好地理解本发明，下面通过实施例进一步说明，但本发明并不局限于下述实施例。

实施例1-4碱性CO₂气保护低合金耐热钢药芯焊丝的制备

采用焊丝生产行业内通用的制造工艺，按表2的配方分别制备成实施例1-4的药芯焊丝。

表2碱性渣系焊丝的药芯主要成分

药芯组分百分比	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					TiO₂	25	30	35	40
MgO	3.4	2.2	1.5	1.5
					CaCO₃	0.6	0.8	0.5	0.5
NaF	2.8	2.3	1.8	1.6
					Na₂SiF₆	2.8	2.3	1.8	2
硅锰合金	20	15	9	4.5
					钠冰晶石	3	4	2.5	2.5
长石	5	6	5.5	4.5
					微碳铬铁	13	12.5	12.5	12
钼铁	4	3.5	4	3.5
					低碳锰铁	3	2	7.5	8.5
特氟隆	0.4	0.4	0.4	0.4
					镁粉	3	3	2.5	2.5
铁粉	14	16	15.5	16
					合计	100	100	100	100

按行业常规方法测试实施例1-4制得的药芯焊丝的各项指性能标，结果见表3。

表3碱性CO₂气保护低合金耐热钢药芯焊丝力学性能

试件	抗拉强度MPa	屈服强度MPa	伸长率A(%)	AKv(J)0℃
					实施例1	615	566	22.5	124
实施例2	630	585	26	78
					实施例3	685	613	24.5	92
实施例4	705	621	23	56

结果表明，本发明符合低合金耐热钢药芯焊丝的性能标准。

查阅国内外文献发现，业内对于低合金耐热钢药芯焊丝的研究较少，只在几家大公司，如伯乐、京群、韩国现代等有关于耐热钢药芯焊丝的技术性能要求，作为对比，这几家公司生产的低合金耐热钢药芯焊丝熔敷金属的力学性能参见表 4。

表4不同公司低合金耐热钢药芯焊丝熔敷金属力学性能的比较

	抗拉强度MPa	屈服强度MPa	伸长率A(%)	AKv(J)0℃
					伯乐	520~630	≥400	≥20	≥50
京群	575~745	≥490	≥20	≥50
					韩国现代	575~750	≥500	≥22	≥50

通过对表3和表4进行对比，可发现本发明不仅满足这些大公司的低合金钢药芯焊丝熔敷金属的性能标准，而且在强度足够高的情况下，冲击值得到明显提高，确实具有技术上的进步。

Claims

1.一种碱性CO₂气保护低合金耐热钢药芯焊丝，它由药芯和钢制外皮组成，其特征在于，所述药芯占焊丝总重量的14～16％，药芯各组分占药芯的重量百分比为：TiO₂：25～40％，MgO：1～4％，CaCO₃：0.4～0.8％，NaF：1～3％，Na₂SiF₆：1～3％，硅锰合金：4.5～20％，钠冰晶石：2～4％，长石：4～10％，特氟隆：0.2～0.6％，铁合金20～35％，纯金属粉末12～20％；

其中，所述铁合金是由微碳铬铁、钼铁和低碳锰铁组成，所述纯金属粉是由镁粉和铁粉组成。

2.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，药芯各组分占药芯的重量百分比为：TiO₂：25％，MgO：3.4％，CaCO₃：0.6％，NaF：2.8％，Na₂SiF₆：2.8％，硅锰合金：20％，钠冰晶石：3％，长石：5％，微碳铬铁：13％，钼铁：4％，低碳锰铁：3％，特氟隆：0.4％，镁粉：3％，铁粉：14％。

3.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，药芯各组分占药芯的重量百分比为：TiO₂：35％，MgO：1.5％，CaCO₃：0.5％，NaF：1.8％，Na₂SiF₆：1.8％，硅锰合金：9％，钠冰晶石：2.5％，长石：5.5％，微碳铬铁：12.5％，钼铁：4％，低碳锰铁：7.5％，特氟隆：0.4％，镁粉：2.5％，铁粉：15.5％。

4.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，药芯各组分占药芯的重量百分比为：TiO₂：40％，MgO：1.5％，CaCO₃：0.5％，NaF：1.6％，Na₂SiF₆：2％，硅锰合金：4.5％，钠冰晶石：2.5％，长石：4.5％，微碳铬铁：12％，钼铁：3.5％，低碳锰铁：8.5％，特氟隆：0.4％，镁粉：2.5％，铁粉：16％。

5.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述钢制外皮采用低碳钢钢带。

6.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述钢制外皮采用碳含量在0.015～0.034％，硅含量≤0.028％，锰含量0.18～0.32％，硫含量≤0.008％，磷含量≤0.012％的低碳钢钢带。

7.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述钢制外皮采用SPCC低碳钢钢带，规格为厚0.9mm×宽13.5mm。

8.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝的直径为1.2mm。