CN103495817A - C02或80Ar+C02气体保护碱性焊药芯焊丝 - Google Patents

Abstract

本发明一种C0₂或80Ar+C0₂气体保护碱性焊药芯焊丝，包括药芯粉和包裹该药芯粉的钢带，其特征在于：该焊丝的药芯粉的组成与重量百分比如下：金红石10-25%，硅锰合金15-35%，铁粉25-40%，镍粉4-15%，铝镁合金1-10%，大理石1-6%，萤石1-6%，钒铁3-15%。本发明具有能应用于≥700MPa级高强度高韧性钢的焊接保证整体性能，且焊接过程中焊缝净化干净，非金属夹杂物少，扩散氢含量低，焊缝金属的低温冲击韧性值高的优点。

Description

C02或80Ar+C02气体保护碱性焊药芯焊丝

技术领域

本发明涉及金属焊接材料技术领域，具体涉及一种C0₂或80Ar+C0₂气体（80%Ar+20%C0₂）保护碱性焊药芯焊丝。

背景技术

传统的碱性渣系药芯焊丝，由于焊接过程对硫、磷等脱除不干净，往往只能适应纯二氧化碳焊接，以尽量减轻或降低硫、磷的含量。但是仍然存在由于在焊接过程中容易出现焊缝净化不干净，非金属夹杂物多，扩散氢含量高、扩散慢，造成焊缝金属的低温冲击韧性值低的不足。

而且，现有的碱性焊药芯焊丝很难应用于≥700MPa级高强度高韧性钢的焊接，因为，焊接后的焊缝不能实现与≥700MPa级高强度高韧性钢相等同的性能,造成焊接处的断裂或损伤。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种能应用于≥700MPa级高强度高韧性钢的焊接保证整体性能，且焊接过程中焊缝净化干净，非金属夹杂物少，扩散氢含量低，焊缝金属的低温冲击韧性值高的C0₂或80Ar+C0₂气体（80%Ar+20%C0₂）保护碱性焊药芯焊丝。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种C0₂或80Ar+C0₂气体（80%Ar+20%C0₂）保护碱性焊药芯焊丝，包括药芯粉和包裹该药芯粉的钢带，该焊丝的药芯粉的组成与重量百分比如下：金红石10-25%，硅锰合金15-35%，铁粉25-40%，镍粉4-15%，铝镁合金1-10%，大理石1-6%，萤石1-6%，钒铁3-15%。

作为优选，本发明的C0₂或80Ar+C0₂气体（80%Ar+20%C0₂）保护碱性焊药芯焊丝，包括药芯粉和包裹该药芯粉的钢带，该焊丝的药芯粉的组成与重量百分比如下：金红石15-20%，硅锰合金20-30%，铁粉30-40%，镍粉5-12%，铝镁合金2-4%，大理石2-4%，萤石2-4%，钒铁4-8%。

作为进一步优选，本发明的C0₂或80Ar+C0₂气体（80%Ar+20%C0₂）保护碱性焊药芯焊丝，包括药芯粉和包裹该药芯粉的钢带，该焊丝的药芯粉的组成与重量百分比如下：金红石17%，硅锰23%，铁粉35%，镍粉9%，铝镁3%，大理石3.5%，萤石3.5%，钒铁6%。

作为进一步优选，本发明的C0₂或80Ar+C0₂气体（80%Ar+20%C0₂）保护碱性焊药芯焊丝，包括药芯粉和包裹该药芯粉的钢带，该焊丝的药芯粉的组成与重量百分比如下：金红石13%，硅锰30%，铁粉25%，镍粉8%，铝镁6%，大理石2%，萤石2%，钒铁14%。

作为进一步优选，本发明的C0₂或80Ar+C0₂气体（80%Ar+20%C0₂）保护碱性焊药芯焊丝，包括药芯粉和包裹该药芯粉的钢带，该焊丝的药芯粉的组成与重量百分比如下：金红石24%，硅锰26%，铁粉25%，镍粉5%，铝镁5%，大理石5%，萤石5%，钒铁5%。

本发明的药芯粉占焊丝总重的16.5～17.5%。

本发明用于包裹药芯粉的钢带具体要求如下：

1）化学成分及力学性能如表1所示：

表1

2）技术要求

钢带公称厚度为0.80±0.001mm，公称宽度为10-20mm药芯焊丝用冷轧钢带；钢带的检测规则和试验方法应符合Q/HYAQ01和Q/HYAQ04标准的规定。

本发明的硅锰合金具体要求如下表2所示：

表2

本发明的铝镁合金具体要求如下表3所示：

表3

本发明的铁粉即还原铁粉具体要求如下表4所示：

表4

本发明的金红石具体要求如下表5所示：

表5

本发明的萤石具体要求如下表6所示：

表6

本发明的大理石具体要求如下表7所示：

表7

本发明上述原料各组分的颗粒度要求：

合适的药芯粉颗粒有利于成分混合均匀；此外，粒径太大药芯粉在制备焊丝过程比较困难，而且，不易压实，在焊丝使用过程中组分不易充分利用；在焊接过程燃烧不充分，易产生大量污染气体，烟尘等，严重影响焊接工艺。

本发明的矿物粉（金红石、大理石、萤石）经445-455℃烘烤；金属粉经140-150℃烘烤并保温3-5小时自然冷却筛分后使用。以去除水分，从而减少或消除由于水分的存在而造成的焊接缺陷。

本发明的上述原料各组分的成分含量均匀重量百分比计算，且各组分重量百分比含量为100%，组成完整的各组分原料。

本发明各种原料用量与作用：

金红石：作为造渣剂使用，严格控制造渣剂的加入量（10-25%），可以减薄焊后渣壳，有利于熔池中气体的逸出，减少气孔数量，提高焊丝的熔敷速度。

硅锰合金：配方中加入适量（15-35%）的硅元素有助于改善焊缝成型。

铁粉：铁粉的加入量增大可以有助于提高熔敷效率，减少在带底漆钢板上高速角焊时出现的气孔和凹坑的数量，合适用量为25-40%。

镍粉：配方中加入适量的镍粉有助于改善焊缝韧性，合适用量为4-15%。

铝镁合金（或称镁铝合金）：配方中加入适量的镁铝合金有助于降低焊缝金属中的氧含量，利于焊缝金属韧性的改善合适用量为1-10%。

大理石：在焊接过程可以分解成CaO和CO₂，CaO具有良好的脱硫、脱磷、净化焊缝金属的作用，而CO₂起到隔离空气作用使得焊缝不被氧化，焊接的更加牢固、焊缝更加平整顺滑；而合理的用量选择对上述效果的实现起到至关重要的作用，合理用量最好在1-6%。

萤石：碱性渣系中萤石在焊接冶金过程中具有很强的除氢能力，因此，碱性渣系的焊缝金属中非金属夹杂物较少，扩散氢含量低，焊缝金属具有良好的强韧性，特别是具有很高的低温冲击韧性值；而合理的用量选择对上述效果的实现起到至关重要的作用，合理用量最好在1-6%。

钒铁：碱性渣系中钒铁可以提高焊缝的低温冲击韧性值，合适用量选择为3-15%。

本发明上述各组分化学成分含量均以重量百分比计算。

本发明上述焊丝的制备方法采用现有技术，其制造工艺和步骤如下：

（1）按配方比例配制本发明药芯粉，将各种原料混合均匀；

（2）将包裹药芯粉的钢带轧成U形槽，向U形槽中加入占焊丝总重16.5-17.5%的本发明药芯粉；

（3）采用成形机将U形槽合口，使药芯粉包裹其中，然后经过拉丝机逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.2mm的焊丝,得到最终产品。

本发明的优点和有益效果：

1.本发明的C0₂或80ArC0₂气体保护碱性焊药芯焊丝，此种渣系的药芯焊丝药芯粉中含有大量的大理石和萤石。在焊接过程中，大理石分解成CaO和CO₂，CaO具有良好的脱硫、脱磷、净化焊缝金属的作用，而CO₂起到隔离空气作用使得焊缝不被氧化，焊接的更加牢固、焊缝更加平整顺滑；碱性渣系中萤石在焊接冶金过程中具有很强的除氢能力，因此，碱性渣系的焊缝金属中非金属夹杂物较少，扩散氢含量低、扩散速度快，从而使得焊缝金属具有良好的强韧性，特别是具有很高的低温冲击韧性值。因此，本发明的药芯焊丝在使用时，焊缝表面渣的产生量少、焊接飞溅小、焊缝成型好且焊接烟尘少。

2.本发明的药芯焊丝可适用于焊机的电流为220-400A、电流为28V及以上的焊接条件，因此，具有更高的熔敷速度和较大的工作效率，且焊接时焊件无凹坑、气孔。

3.本发明的药芯焊丝在使用时，采用手工焊和自动化焊接，不需要降低焊接速度，提高了焊接效率，还可以根据焊接需要灵活的调整药芯粉的各个组分配比，使用更方便。而且，本发明的碱性焊药芯焊丝成分好、焊接后具有高的强度和韧性，可以应用于≥700MPa级高强度高韧性钢的焊接,焊接处不易断裂或损伤。

附图说明

附图为本发明二氧化碳气体保护焊药芯焊丝的加工工艺流程图。

具体实施方式：

下面通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。

实施例中使用的机械设备均为行业常规设备。

实施例1

选用钢带公称厚度为0.80mm，将公称宽度裁剪成14mm的药芯焊丝用冷轧钢带，采用成型机将其轧制成U形槽。以100份药芯粉为例：取金红石17份，硅锰23份，铁粉35份，镍粉9份，铝镁3份，大理石3.5份，萤石3.5份，钒铁6份。将所有原料加入混合机中混合45分钟，然后加入U形槽钢带中，填充率为17%；将U形槽合口，使得药芯粉包裹其中，然后经过拉丝机逐道拉拔、减径，最后使得焊丝的直径达到1.2mm。

样品实验：

1.熔敷金属试件

每一熔敷金属试验的试件应制备2块试板和1块垫片。试板的厚度为20mm，宽度不小于100mm，长度大于400mm，开10°斜角。垫板的厚度为10mm，宽度为30mm，与试板等长。应在平焊位置如图1所示制备1个熔敷试件

试件应用常规的焊接工艺，以单道焊或多道焊的方法在平焊位置焊接。多道焊时，每一焊道的焊接方向应在试板端部改变。每一焊道的厚度应为2-6mm。每焊完一道后，除去焊渣，将试板置于静止的空气中待焊缝冷却到250℃以下，但不必低于100℃（温度在焊缝中心线的上表面处测量），然后再焊下一焊道。

从每块试件上截取一个纵向拉伸试样和一组三个V型缺口冲击试样，进行拉伸和冲击试验。纵向拉伸试样的轴线应尽可能位于试件焊缝的中心线上，并在试件厚度的中间处。熔敷金属拉伸试样的毛坯要经过245℃±5℃保温7±1h的去氢处理。V型缺口冲击试样的轴线应位于试件厚度的中间，且与焊缝中心线垂直，V型缺口应位于焊缝中心线上，并与试板表面相垂直。

拉伸试验

测定钢的上屈服点或屈服强度以及其他材料的屈服强度时，弹性应变速度不得超过每秒30mm，在达到屈服点时的载荷或屈服载荷后，测定抗拉强度时应变速率最大可增加到每秒40%标距。

冲击试验

1.所有的冲击试验均在认可的夏比冲击试验机上进行，试验机的冲击能量不得低于150J。

2.当试验温度不是常温时，试验的温度波动范围应控制在±2℃内，并保持一段时间（12分钟），使试样温度在试样整个截面内均匀一致，同时应采取适当的措施以防止实际试验过程中发生较大的温度变化。如果有争议时，室温应取为18-25℃。

1）本发明实施例样品焊丝的机械性能见表8：

表8

2）化学成分试验：将焊丝进行堆焊试板烧焊后，取中间位置焊材。通过直读光谱仪对所取的焊材进行化学成分光谱试验，设备所测出的成分值为试验值，结果如表9所示：

表9

从结果显示，本发明实施例1制备的样品具有良好的机械性能，可以适用于适用700MPa级高强高韧性钢焊接。

实施例2

选用钢带公称厚度为0.80mm，将公称宽度裁剪成14mm的药芯焊丝用冷轧钢带，采用成型机将其轧制成U形槽。以100份药芯焊丝为例：取金红石13份，硅锰30份，铁粉25份，镍粉8份，铝镁6份，大理石2份，萤石2份%，钒铁14份。将所有原料加入混合机中混合45分钟，然后加入钢带轧制成的U形槽中，填充率为17%；将U形槽合口，使得药芯粉包裹其中，然后经过拉丝机逐道拉拔、减径，最后使得焊丝的直径达到1.2mm。

实施例3

选用钢带公称厚度为0.80mm，将公称宽度裁剪成14mm的药芯焊丝用冷轧钢带，采用成型机将其轧制成U形槽。以100份药芯焊丝为例：取金红石24%，硅锰26份，铁粉25份，镍粉5份，铝镁5份，大理石5份，萤石5份，钒铁5份。将所有原料加入混合机中混合45分钟，然后加入U形槽钢带中，填充率为17%；将U形槽合口，使得药芯粉包裹其中，然后经过拉丝机逐道拉拔、减径，最后使得焊丝的直径达到1.2mm。

Claims (10)

1.一种C0₂或80Ar+C0₂气体保护碱性焊药芯焊丝，包括药芯粉和包裹该药芯粉的钢带，其特征在于：该焊丝的药芯粉的组成与重量百分比如下：金红石10-25%，硅锰合金15-35%，铁粉25-40%，镍粉4-15%，铝镁合金1-10%，大理石1-6%，萤石1-6%，钒铁3-15%。

2.根据权利要求1所述的C0₂或80Ar+C0₂气体保护碱性焊药芯焊丝，其特征在于：该焊丝的药芯粉的组成与重量百分比如下：金红石15-20%，硅锰合金20-30%，铁粉30-40%，镍粉5-12%，铝镁合金2-4%，大理石2-4%，萤石2-4%，钒铁4-8%。

3.根据权利要求1所述的C0₂或80Ar+C0₂气体保护碱性焊药芯焊丝，其特征在于：该焊丝的药芯粉的组成与重量百分比如下：金红石17%，硅锰23%，铁粉35%，镍粉9%，铝镁3%，大理石3.5%，萤石3.5%，钒铁6%。

4.根据权利要求1所述的C0₂或80Ar+C0₂气体保护碱性焊药芯焊丝，其特征在于：该焊丝的药芯粉的组成与重量百分比如下：金红石13%，硅锰30%，铁粉25%，镍粉8%，铝镁6%，大理石2%，萤石2%，钒铁14%。

5.根据权利要求1所述的C0₂或80Ar+C0₂气体保护碱性焊药芯焊丝，其特征在于：该焊丝的药芯粉的组成与重量百分比如下：金红石24%，硅锰26%，铁粉25%，镍粉5%，铝镁5%，大理石5%，萤石5%，钒铁5%。

6.根据权利1-5任一权利要求所述的C0₂或80Ar+C0₂气体保护碱性焊药芯焊丝，其特征在于：包裹药芯粉的钢带化学成分为C0.02～0.06%，Mn0.1～0.3%，Si≤0.03%，P≤0.02%，S≤0.02%，其余为铁。

7.根据权利1-5任一权利要求所述的C0₂或80Ar+C0₂气体保护碱性焊药芯焊丝，其特征在于：所述的铝镁合金化学成分为Al47～53%，Mg47～53%，Fe≤0.4%，Al+Mg≥97.5%。

8.根据权利1-5任一权利要求所述的C0₂或80Ar+C0₂气体保护碱性焊药芯焊丝，其特征在于：所述的铁粉即还原铁粉化学成分为Fe≥98.0%，C≤0.05%，Si≤0.15%，Mn≤0.4%，P≤0.02%，S≤0.02%，O≤1.0%。

9.根据权利1-5任一权利要求所述的C0₂或80Ar+C0₂气体保护碱性焊药芯焊丝，其特征在于：所述的金红石化学成分为：TiO₂≥95.0%，FeO≤0.5%，S≤0.03%，P≤0.05%。

10.根据权利1-5任一权利要求所述的C0₂或80Ar+C0₂气体保护碱性焊药芯焊丝，其特征在于：所述的萤石化学成分为：CaF₂≥95.0%，P≤0.03%，S≤0.03%，SiO₂≤3.0%；所述的大理石化学成分为：CaCO₃≥95%，S≤0.03%，P≤0.03%。

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