CN103706964B - 500MPa级结构钢用气体保护焊实心焊丝及其制造方法 - Google Patents

500MPa级结构钢用气体保护焊实心焊丝及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种500MPa级结构钢用气体保护焊实心焊丝及其制造方法,所述焊丝包括下列重量百分比含量的元素：C：0.04%～0.12%,Mn：1.30%～1.90%,Si:0.75%～1.60%,Ti:0.003～0.009%,B:0.002%～0.009%,Al:0.002%～0.008%,Cu:0.09%～0.40%,S:≤0.009%,P:≤0.014%,余量为Fe及其不可避免的杂质。按照所述配方比例的原料，经电炉冶炼，再经锻造、热轧制成盘条，原料盘条经机械剥壳、电解、涂硼、拔丝、镀铜、层绕，即可完成焊丝的制造过程。通过少量合金元素的加入，来提高焊缝金属的强度及韧性，改善焊接操作工艺。生产工艺简单，节能、高效。可广泛用于工程机械、煤矿机械、船舶建造、桥梁建设等行业。

Description

500MPa级结构钢用气体保护焊实心焊丝及其制造方法
技术领域
本发明属于焊接材料领域，主要涉及一种500MPa强度级别碳钢及低合金钢结构用气体保护焊实心焊丝，本焊丝采用CO2气体保护，用于相应强度级别钢结构的焊接，可广泛用于工程机械、煤矿机械、桥梁建设等行业。
背景技术
500MPa强度级别气体保护焊实心焊丝是目前应用量最大，应用范围最广泛的一种实心焊丝。CO2气体保护焊作为一种高效、节能、低成本的焊接方法，已被广泛应用于焊接的各个领域，但采用CO2气体保护在焊接过程中飞溅较大，焊接时产生大量的颗粒飞溅物，会堵塞送丝管和导电嘴，导致送丝不畅，影响焊接成型美观。
传统的气体保护焊丝生产工艺过程是：原料盘条→剥壳→电解→涂硼→烘干→拔丝→镀铜→层绕。在烘干环节国内焊丝生产厂家所使用的烘干线普遍较长，不仅设备故障率高而且烘干时会破坏涂层、能耗高、操作不方便。发明内容
本发明的目的是提供一种500MPa级结构钢用气体保护焊实心焊丝及其制造方法，低生产成本，通过对拔丝环节的改造，在拔丝环节前端加装简单的高频烘干装置，去掉了传统的烘干环节，焊丝涂硼后直接进入拔丝环节，提高了生产能效。采用CO2气体保护焊飞溅小、送丝稳定，焊缝成型美观，适用于500MPa强度级别碳钢、低合金钢结构焊接的实心焊丝。
实现本发明目的的技术方案为：一种500MPa级结构钢用气体保护焊实心焊丝，所述焊丝包括下列重量百分比含量的元素：C：0.04%～0.12%,Mn：1.30%～1.90%,Si:0.75%～1.60%,Ti:0.003～0.009%,B:0.002%～0.009%,Al:0.002%～0.008%,Cu:0.09%～0.40%,S:≤0.009%,P:≤0.014%,余量为Fe及其不可避免的杂质。
上述的500MPa级结构钢用气体保护焊实心焊丝的制备方法，按照所述配方比例的原料，经电炉冶炼，再经锻造、热轧制成盘条，原料盘条经机械剥壳、电解、涂硼、拔丝、镀铜、层绕，即可完成焊丝的制造过程。
在拔丝环节前端加装高频烘干装置，所述高频烘干装置，包括电控箱，电控箱的一侧壁上设有烘干线圈，烘干线圈的轴线与焊丝运行方向平行，焊丝从烘干线圈的内部穿过，烘干线圈的各圈之间留有缝隙。
本发明所提供的高强度结构钢用气体保护焊实心焊丝具有以下特点：
1.本发明焊丝采用CO2气体保护焊接时，所得熔敷金属的力学性能达到抗拉强度500MPa级钢结构焊接要求。
2.本发明焊丝中通过少量合金元素的加入，来提高焊缝金属的强度及韧性，改善焊接操作工艺。
3.本发明焊丝生产工艺简单，节能、高效。
4.本发明焊丝适用于焊接相应强度级别高强钢结构的焊接，可广泛用于工程机械、煤矿机械、船舶建造、桥梁建设等行业。
附图说明
图1是本发明高频烘干装置的结构示意图；
图中：1、电控箱；2、烘干线圈；3、焊丝。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
本发明的500MPa级结构钢用气体保护焊实心焊丝，所述焊丝包括下列重量百分比含量的元素：C：0.04%～0.12%,Mn：1.30%～1.90%,Si:0.75%～1.60%,Ti:0.003～0.009%,B:0.002%～0.009%,Al:0.002%～0.008%,Cu:0.09%～0.40%,S:≤0.009%,P:≤0.014%,余量为Fe及其不可避免的杂质。
上述的500MPa级结构钢用气体保护焊实心焊丝的制备方法，按照所述配方比例的原料，经电炉冶炼，再经锻造、热轧制成盘条，原料盘条经机械剥壳、电解、涂硼、拔丝、镀铜、层绕，即可完成焊丝的制造过程。
如图1所示，在拔丝环节前端加装高频烘干装置，所述高频烘干装置，包括电控箱1，电控箱的一侧壁上设有烘干线圈2，烘干线圈的轴线与焊丝运行方向平行，焊丝3从烘干线圈的内部穿过，烘干线圈的各圈之间留有缝隙。
本发明设计机理是，利用适量的脱氧剂Ti、Al的冶金反应，降低焊接时的飞溅程度，Ti、B元素的加入使晶粒细化，提高焊缝金属的韧性，减小焊接飞溅，改善焊接操作工艺。采用CO2气体保护用于500MPa强度级别碳钢、低合金钢结构的焊接。
发明焊丝中各种元素的主要作用：
C是保证强度的重要因素，过高的C在焊缝中也是致脆元素，随着C含量的增加会促进高碳马氏体的形成，严重影响焊缝金属的抗裂性能和冲击韧性，降低碳的含量也可起到降低焊接飞溅的作用。所以在焊丝中要严格控制碳的含量，将焊丝中的C含量控制在0.04%～0.12%之间。
Si、Mn作为主要的脱氧元素，适量的Si、Mn可提高熔敷金属的韧性，控制Si含量还可以改善焊接工艺性能，焊丝中的Si含量控制在0.75%～1.60%之间，Mn含量控制在1.30%～1.90%之间。
少量的Cu不仅可以固溶强化焊缝金属，而且提高了焊缝金属的耐腐蚀性能，但Cu元素含量过高会降低焊接的电弧稳定性，并在焊接中易产生高温裂纹，因此将焊丝中的Cu含量控制在0.09%～0.40%之间。
S、P作为杂质元素，含量偏高时会严重影响焊缝金属的韧性，应尽量降低。
利用加入适量的脱氧剂Ti、Al的冶金反应，降低焊接时的飞溅程度。
通过少量的添加Ti、B元素使晶粒细化，提高焊缝金属的韧性，减小焊接飞溅，改善焊接操作工艺。
焊丝生产工艺中通过对拔丝机构进行改进在其前端加装高频烘干装置，来取代传统工艺涂硼后的烘干环节繁杂的设备，这样不仅简化了设备，而且降低了能耗。通过烘干线圈上通交变电流，使得焊丝表面产生感应电流，焊丝表面发热，从而将硼化液中的溶剂——水蒸发掉，直接将电能转化为用于使水蒸发的热能。能源利用直接，无中间环节，没有大量的热能浪费，能源利用率高。同时，由于焊丝是从线圈中直接穿过的，无需经过过线轮，这也就避免了现有技术中重新穿丝过程需要等整个烘干箱冷却才能的问题，同时也避免了绕线轮轴承处于高温状态下运行易损坏的问题，以及焊丝在绕过过线轮时硼化液粘到过线轮的轮槽中，造成润滑剂粘不上和焊丝表面划伤的问题。
焊接过程中采用的保护气体：
采用CO2气体保护，CO2气体价格低廉，可降低用户的使用成本。
实施例1
焊丝成分重量百分比含量为C：0.07%,S:0.008%,P:0.012%，Si:0.85%,Mn:1.55%,Ti:0.008%,B:0.004%,Al:0.002%,Cu:0.15%,,余量为Fe及其不可避免的杂质，各组分重量之和为100%。
实施例2
焊丝成分重量百分比含量为C：0.05%,S:0.008%,P:0.012%，Si:1.15%,Mn:1.65%,Ti:0.005%,B:0.003%,Al:0.002%,Cu:0.14%,,余量为Fe及其不可避免的杂质，各组分重量之和为100%。
实施例3
焊丝成分重量百分比含量为C：0.06%,S:0.008%,P:0.010%，Si:1.25%,Mn:1.75%,Ti:0.005%,B:0.003%,Al:0.002%,Cu:0.12%,,余量为Fe及其不可避免的杂质，各组分重量之和为100%。
实施例4
焊丝成分重量百分比含量为C：0.06%,S:0.007%,P:0.012%，Si:1.56%,Mn:1.55%,Ti:0.002%,B:0.004%,Al:0.002%,Cu:0.15%,,余量为Fe及其不可避免的杂质，各组分重量之和为100%。
实施例5
焊丝成分重量百分比含量为C：0.05%,S:0.006%,P:0.008%，Si:1.45%,Mn:1.75%,Ti:0.008%,B:0.002%,Al:0.001%,Cu:0.15%,,余量为Fe及其不可避免的杂质，各组分重量之和为100%。
实施例6
焊丝成分重量百分比含量为C：0.05%,S:0.007%,P:0.008%Si:1.55%,Mn:1.58%,Ti:0.009%,B:0.004%,Al:0.001%,Cu:0.18%,,余量为Fe及其不可避免的杂质，各组分重量之和为100%。
现将本发明焊丝化学成分设计的依据叙述如下：
按照上述配方比例，经电炉冶炼，再经锻造、热轧、退火、拔丝、镀铜、缠轴、包装等工序后，即可完成焊丝的制造过程。具体地说，本发明焊丝经电炉冶炼，再经锻造、热轧、退火制成盘条，盘条要经过机械脱壳去除表层氧化皮然后进行表层涂硼、拔丝（焊丝拔丝时通过高频烘干使焊丝表面洁净，并充分的保护了焊丝表面涂层）。酸洗、镀铜、水洗烘干，最后焊丝经缠轴、包装工序后，即可完成焊丝的制造过程。
根据本发明焊丝的化学成分范围，加工成直径0.4mm～2.0mm的成品焊丝。按以上方法制得焊丝成品，焊丝镀层均匀，结构紧密，松弛直径≥1000mm,翘距≤4mm。
对实施例1-6制备成的直径1.95mm焊丝，进行焊接试验所得熔敷金属的力学性能如表1所示。
表1实施例焊丝熔敷金属的力学性能
本发明的500MPa强度级别碳钢及低合金钢结构用气体保护焊实心焊丝及其制备工艺，采用CO2气体保护用于相应强度级别钢结构的焊接，可广泛用于工程机械、煤矿机械、船舶制造、海洋工程、桥梁建设等行业。
通过烘干线圈上通交变电流，使得焊丝表面产生感应电流，焊丝表面发热，焊丝上的硼化液吸热，从而将硼化液中的溶剂——水蒸发掉，直接将电能转化为用于使水蒸发的热能。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (1)

1.一种500MPa级结构钢用气体保护焊实心焊丝的制备方法，其特征在于，按照下述配方比例的原料，经电炉冶炼，再经锻造、热轧制成盘条，原料盘条经机械剥壳、电解、涂硼、拔丝、镀铜、层绕，即可完成焊丝的制造过程；
所述焊丝包括下列重量百分比含量的元素：C：0.04％～0.12％，Mn：1.30％～1.90％，Si：0.75％～1.60％，Ti：0.003～0.009％，B：0.002％～0.009％，Al：0.002％～0.008％，Cu：0.09％～0.40％，S：≤0.009％，P：≤0.014％，余量为Fe及其不可避免的杂质；
在拔丝环节前端加装高频烘干装置，所述高频烘干装置，包括电控箱(1)，电控箱的一侧壁上设有烘干线圈(2)，烘干线圈的轴线与焊丝运行方向平行，焊丝(3)从烘干线圈的内部穿过，烘干线圈的各圈之间留有缝隙。
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