CN103521949A - 一种钛型气保护药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

一种钛型气保护药芯焊丝，包括焊丝药芯，焊丝药芯占焊丝总质量的10%～20%，所述焊丝药芯中含有组成成分的重量百分比为：TiO2：35%～50%、SiO2：3%～10%、0＜Al2O3＜1%、0＜ZrO2≤1%，余量为合金粉。合金粉包括如下占焊丝药芯重量百分比的成分，金属锰：10%～20%、硅铁合金：1%～5%、钛铁合金：0.5%～2.5%、镁粉：4%～7%，余量为铁粉。本发明尽量减少比TiO2熔点高的氧化物Al2O3、ZrO2的含量，以减少熔敷金属中非金属氧化物杂质含量，从而达到提高抗裂性与力学性能的作用。本发明所涉及的钛型气保护药芯焊丝主要适用于对抗裂有较高要求的低碳钢的焊接。

Description

一种钛型气保护药芯焊丝
技术领域
本发明属于焊接材料制备技术领域，尤其是涉及一种钛型气保护药芯焊丝。
背景技术
目前，国内大型船厂和钢结构厂使用钛型药芯焊丝在低温条件下（10℃以下）配合陶瓷衬垫焊接或应力较大的大型结构件的焊接时，容易产生裂纹。因此，亟需开发一种具有较高抗裂性能的钛型药芯焊丝。
目前较为常用的药芯焊丝E501T-1(E71T-1)均属钛型药芯焊丝，钛型药芯焊丝具有工艺性能优异的特点，但是抗裂性能比碱性药芯焊丝差。碱性药芯焊丝工艺性能差，无法满足焊接使用要求，目前极少使用。
钛型药芯焊丝的药粉是以酸性氧化物为主，在熔池反应中，与药粉中的脱氧剂，达到氧化还原的平衡。陶瓷衬垫主要是由二氧化硅和三氧化二铝组成。陶瓷衬垫在与药芯焊丝配合使用，第一道打底焊时，电弧会直接作用到陶瓷衬垫上，陶瓷衬垫中的二氧化硅和三氧化二铝会进入到熔池反应中，使熔池反应中的氧化物增多，打破了氧化还原反应的平衡，增加了熔敷金属中的夹杂物，使焊缝塑性、韧性下降，增大了裂纹倾向。
另外，一般的钛型药芯焊丝为了能更好的适应陶瓷衬垫焊接而增加了焊丝中的硅、锰含量，但这样一来也会增加焊丝的抗拉强度，从而也增加了大应力条件下的裂纹倾向，在焊接环境温度较低的情况下，此问题尤为突出。
所以，发明一种具有较高抗裂性的钛型气保护药芯焊丝来很好的兼顾解决这几种情况下的抗裂问题，就很有必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够保证焊缝具有优异的力学性能，塑性、韧性指标得到明显提高的，具有较高抗裂性的钛型气保护药芯焊丝。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种钛型气保护药芯焊丝，包括焊丝药芯，焊丝药芯占钛型气保护药芯焊丝总质量的10%～20%，所述焊丝药芯中含有组成成分的重量百分比为：TiO2：35%～50%、SiO2：3%～10%、0＜Al2O3＜1%、0＜ZrO2≤1%，余量为合金粉。
所述合金粉包括如下占焊丝药芯重量百分比的成分，金属锰：10%～20%、硅铁合金：1%～5%、钛铁合金：0.5%～2.5%、镁粉：4%～7%，余量为铁粉。
采用所述钛型气保护药芯焊丝进行焊接，焊接结束后，焊渣中熔渣氧化物范围为：TiO2：54%～64%、MnO:10%～15%、MgO:7%～12%、SiO2：6%～12%、0＜Al2O3≤2.8%、0＜ZrO2≤2%，余量为Fe2O3，Na2O，K2O及杂质。
优选的，所述硅铁合金的含硅量为40%～80%。
优选的，所述硅铁合金的型号为选自FeSi45与FeSi75中的一种。
优选的，所述钛铁合金中含钛量为25%～45%。
优选的，所述钛铁合金的型号为选自FeTi30与FeTi40中的一种。
优选的，所述镁粉的纯度为≥99%。
优选的，所述金属锰的纯度为≥99.7%。
下面对焊丝药芯中的组分进行分析：
TiO2：造渣剂，同时具有很好的稳弧作用。本发明中使用TiO2含量≥90%的金红石作为TiO2的来源，金红石型二氧化钛的熔点为1850℃。本发明适度提高了TiO2的含量，以增加焊渣的粘稠度，从而使该焊丝能进行全位置焊接，并且焊接工艺优良。
SiO2：造渣剂，可使焊渣分布更均匀，改善焊肉成型。SiO2的来源为石英砂，石英砂中SiO2纯度为98%以上。
Al2O3和ZrO2：Al2O3的熔点为2050℃，ZrO2的熔点为2680℃，二者的熔点高于TiO2，为高熔点氧化物。本发明中不刻意添加此两种组分，其为金红石本身含有的成份，属于不可避免的杂质。选择原料过程中，挑选ZrO2和Al2O3含量低的金红石使用，尽量减少ZrO2和Al2O3的含量，以减少熔敷金属中非金属氧化物杂质含量，从而达到提高焊丝抗裂性与力学性能的作用。
金属锰：脱氧、向焊缝过渡金属元素。
硅铁合金：脱氧、向焊缝过渡金属元素。
钛铁合金：脱氧、脱氮。
镁粉：脱氧、脱硫，其氧化物进入熔渣，可提高熔渣碱度，从另一方面起到提高焊丝抗裂性与力学性能的作用。
铁粉：向焊缝过渡金属元素，稳定电弧。
本发明的优点及效果：
1、本发明在保持钛型药芯焊丝优异工艺性能的基础上，大幅度提高了其抗裂性能，主要适用于对抗裂有较高要求的低碳钢的焊接，包括陶瓷衬垫焊接、大应力焊接以及环境温度较低条件下的焊接。
2、本发明通过对焊丝中Mn、Si、Mg、Ti含量的合理化，在提高焊丝脱氧、脱氮能力的同时使焊丝的抗拉强度保持在500～550N/mm2范围内。
3、将本发明的钛型气保护药芯焊丝应用到实际焊接中，当环境温度≥0℃时，焊接厚度≤30mm的低碳钢钢板，不用做加热预处理，也不会产生裂纹。并且使用本发明的钛型气保护药芯焊丝焊接，电流可比常规钛型药芯焊丝提高10～20A，从而提高工作效率、降低制造成本。
附图说明
图1是参照《斜Y型坡口焊接裂纹试验方法》的试验方法示意图。
图2是参照《刚性固定、陶瓷衬垫裂纹试验方法》的试验方法示意图。
图3是试验案例2中1#焊丝抗裂情况。
图4是试验案例2中2#焊丝抗裂情况。
具体实施方式
本发明所述的钛型气保护药芯焊丝的制备方法为：先将普通市售的SPCC-SD冷轧低碳钢钢带加工成“U”型槽；将焊丝药芯各组分称重后进行混合，将混合好的焊丝药芯按照占钛型气保护药芯焊丝总重量10%～20%的量加入“U”型槽，并经过轧机轧制成“O”型，然后经过拉丝机拉拔成药芯焊丝成品。
以下实施例涉及的钛型气保护药芯焊丝均为通过该制备方法制备而成。
实施例1
一种钛型气保护药芯焊丝，包括SPCC-SD冷轧低碳钢钢带以及焊丝药芯，焊丝药芯占焊丝的质量百分比为18.1%，焊丝药芯中含有组成成分的重量百分比为：TiO2：36%、SiO2：9%、Al2O3：0.4%、ZrO2：0.3%、金属锰：11.5%、硅铁合金：1%、钛铁合金：1.5%、镁粉：4.2%，余量为铁粉。硅铁合金的型号为FeSi75，含硅量为75%；钛铁合金的型号为FeTi30，含钛量为29%；镁粉的纯度为99.5%，金属锰的纯度为99.8%。
焊丝熔敷金属成分检测，其重量百分比为C:0.045%、Mn：1.28%、Si：0.35%、S：0.007%、P：0.011%、余量为Fe。抗拉强度（Rm）：531N/mm2，延伸率（A%）：29%，-20℃冲击韧性(KV2)：平均135J。
实施例2
一种钛型气保护药芯焊丝，包括SPCC-SD冷轧低碳钢钢带以及焊丝药芯，焊丝药芯占焊丝的质量百分比为14.2%，所述焊丝药芯中含有组成成分的重量百分比为：TiO2：44%、SiO2：6%、Al2O3：0.6%、ZrO2：0.5%、金属锰：16%、硅铁合金：2%、钛铁合金：2%、镁粉：6%，余量为铁粉。硅铁合金的型号为FeSi75，含硅量为75%；钛铁合金的型号为FeTi30，含钛量为29%；镁粉的纯度为99.2%，金属锰的纯度为99.9%。
焊丝熔敷金属成分检测，其重量百分比为C:0.045%、Mn：1.31%、Si：0.35%、S：0.008%、P：0.010%、余量为Fe。抗拉强度（Rm）：538N/mm2，延伸率（A%）：28.5%，-20℃冲击韧性(KV2)：平均138J。
实施例3
一种钛型气保护药芯焊丝，包括SPCC-SD冷轧低碳钢钢带以及焊丝药芯，焊丝药芯占焊丝的质量百分比为12%，所述焊丝药芯中含有组成成分的重量百分比为：TiO2：48%、SiO2：3.5%、Al2O3：0.8%、ZrO2：0.6%、金属锰：18%、硅铁合金：3%、钛铁合金：2.4%、镁粉：6.6%，余量为铁粉。硅铁合金的型号为FeSi75，含硅量为75%；钛铁合金的型号为FeTi30，含钛量为29%；镁粉的纯度为99.5%，金属锰的纯度为99.9%。
焊丝熔敷金属成分检测，其重量百分比为C:0.043%、Mn：1.25%、Si：0.34%、S：0.007%、P：0.009%、余量为Fe。抗拉强度（Rm）：528N/mm2，延伸率（A%）：30%，-20℃冲击韧性(KV2)：平均141J。
实施例4
一种具有较高抗裂性的钛型气保护药芯焊丝，包括SPCC-SD冷轧低碳钢钢带以及焊丝药芯，焊丝药芯占焊丝总质量的16.1%，所述焊丝药芯中含有组成成分的重量百分比为：TiO2：39%、SiO2：8%、Al2O3：0.5%、ZrO2：0.4%、金属锰：14%、硅铁合金：1.5%、钛铁合金：0.8%、镁粉：4.8%，余量为铁粉。硅铁合金的型号为FeSi75，含硅量为75%；钛铁合金的型号为FeTi40，含钛量为39%；镁粉的纯度为99.5%，金属锰的纯度为99.9%。
焊丝熔敷金属成分检测，其重量百分比为C:0.046%、Mn：1.29%、Si：0.34%、S：0.006%、P：0.010%、余量为Fe。抗拉强度（Rm）：533N/mm2，延伸率（A%）：29.5%，-20℃冲击韧性(KV2)：平均145J。
实施例5
一种具有较高抗裂性的钛型气保护药芯焊丝，包括SPCC-SD冷轧低碳钢钢带以及焊丝药芯，焊丝药芯占焊丝总质量的15%，所述焊丝药芯中含有组成成分的重量百分比为：TiO2：41%、SiO2：7%、Al2O3：0.5%、ZrO2：0.4%、金属锰：15%、硅铁合金：4%、钛铁合金：2.2%、镁粉：5.4%，余量为铁粉。硅铁合金的型号为FeSi45，含硅量为45%；钛铁合金的型号为FeTi30，含钛量为29%；镁粉的纯度为99.5%，金属锰的纯度为99.9%。
焊丝熔敷金属成分检测，其重量百分比为C:0.044%、Mn：1.30%、Si：0.35%、S：0.007%、P：0.010%、余量为Fe。抗拉强度（Rm）：536N/mm2，延伸率（A%）：28.5%，-20℃冲击韧性(KV2)：平均139J。
实施例6
一种具有较高抗裂性的钛型气保护药芯焊丝，包括SPCC-SD冷轧低碳钢钢带以及焊丝药芯，焊丝药芯占焊丝总质量的13.2%，所述焊丝药芯中含有组成成分的重量百分比为：TiO2：46%、SiO2：5%、Al2O3：0.7%、ZrO2：0.5%、金属锰：17%、硅铁合金：4.8%、钛铁合金：1%、镁粉：6.2%，余量为铁粉。硅铁合金的型号为FeSi45，含硅量为45%；钛铁合金的型号为FeTi40，含钛量为40%；镁粉的纯度为99.5%，金属锰的纯度为99.9%。
焊丝熔敷金属成分检测，其重量百分比为C:0.043%、Mn：1.30%、Si：0.33%、S：0.009%、P：0.009%、余量为Fe。抗拉强度（Rm）：530N/mm2，延伸率（A%）：29.5%，-20℃冲击韧性(KV2)：平均137J。
为了进一步对本发明的效果进行说明，特用常规钛型气保护药芯焊丝E501T-1(E71T-1)与本发明实施例2的焊丝进行对比试验，以验证其抗裂性能。
试验案例1
参照《斜Y型坡口焊接裂纹试验方法》做对比抗裂实验，试验所用试板材质均为EH36船板，试板厚度30mm；焊接电流200～210A，电压26～27V；干伸长度20～25mm；CO2保护气体流量20L/min。
此试验共做6组，每组各做2个。序号为1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2的为常规钛型气保护药芯焊丝E501T-1(E71T-1)；序号为A-1、A-2、B-1、B-2、C-1、C-2的为本发明钛型气保护药芯焊丝。
试验结果如下表所示：
Figure BDA0000392608760000051
从上表可以看出：在同等条件下，本发明的钛型气保护药芯焊丝比常规钛型气保护药芯焊丝E501T-1(E71T-1)有着更优越的抗裂性。
试验案例2
参照《刚性固定、陶瓷衬垫裂纹试验方法》做抗裂实验，具体方法步骤为：
1.用两块300×120×20mm，单边角度为30度的DH36板，间隙8mm,下方粘贴陶瓷衬垫。这两块DH36板处在同一个平面上。
2.然后将这套试板放在规格为500×500×50mm的铁板上（注：此铁板中间有一道能容下陶瓷衬垫的开槽），四周完全焊满，以确保试板紧紧的固定在刚性固定铁板上。
3.等试板温度降至环境温度后，再在试板中间位置进行单道焊接，放置48小时后，将此试板取下来，用《着色渗透探伤法》查验裂纹情况。
4.此方法适宜同条件下，同时做多组，以对比不同焊丝的抗裂情况。
试验过程记录如下表：
Figure BDA0000392608760000061
说明：1#为常规的E501T-1(E71T-1)钛型药芯焊丝，从图3中可以看出，焊接结束时，焊道中间位置有多条裂纹；2#为本发明的钛型气保护药芯焊丝，从图4可以看出，焊道中间位置没有裂纹。所用保护气体均为纯度≥99.5%的CO2。

Claims (9)

1.一种钛型气保护药芯焊丝，其特征在于：包括焊丝药芯，所述焊丝药芯占钛型气保护药芯焊丝总质量的10%～20%，所述焊丝药芯中含有组成成分的重量百分比为：TiO2：35%～50%、SiO2：3%～10%、0＜Al2O3＜1%、0＜ZrO2≤1%，余量为合金粉。
2.根据权利要求1所述的钛型气保护药芯焊丝，其特征在于：所述合金粉包括如下占焊丝药芯重量百分比的成分，金属锰：10%～20%、硅铁合金：1%～5%、钛铁合金：0.5%～2.5%、镁粉：4%～7%，余量为铁粉。
3.根据权利要求1所述的钛型气保护药芯焊丝，其特征在于：采用所述钛型气保护药芯焊丝进行焊接，焊接结束后，焊渣中熔渣氧化物范围为：TiO2：54%～64%、MnO:10%～15%、MgO:7%～12%、SiO2：6%～12%、0＜Al2O3≤2.8%、0＜ZrO2≤2%，余量为Fe2O3，Na2O，K2O及杂质。
4.根据权利要求2所述的钛型气保护药芯焊丝，其特征在于：所述硅铁合金的含硅量为40%～80%。
5.根据权利要求4所述的钛型气保护药芯焊丝，其特征在于：所述硅铁合金的型号为选自FeSi45与FeSi75中的一种。
6.根据权利要求2所述的钛型气保护药芯焊丝，其特征在于：所述钛铁合金中含钛量为25%～45%。
7.根据权利要求6所述的钛型气保护药芯焊丝，其特征在于：所述钛铁合金的型号为选自FeTi30与FeTi40中的一种。
8.根据权利要求2所述的钛型气保护药芯焊丝，其特征在于：所述镁粉的纯度为≥99%。
9.根据权利要求2所述的钛型气保护药芯焊丝，其特征在于：所述金属锰的纯度为≥99.7%。
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