CN104722962A - 高强钢用高强韧性气保护药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

一种高强钢用高强韧性气保护药芯焊丝，属于焊接材料技术领域。该药芯包括外皮和药粉芯。药粉芯占药芯焊丝总重量的12％-25％，外皮为工业纯铁带；药粉芯成分的重量百分比为：石墨粉：0-10％，TiO2：5-20％，Mn-Fe合金：10-40％，Si-Fe合金：0.5-2％，Al-Mg合金：0.5-4％，Ni：2-15％，Cr-Fe合金：1-30％，Mo-Fe合金：1-30％，Ti-Nb-V-Fe合金：1-20％，氟化物：0.5-3％；还添加微量稀土钇元素的氧化物Y2O3≤1％，余量为铁粉。优点在于，该焊丝经以上成分配比，具有高强度、高韧性、易拖渣、硬度适中的特点，焊后接头强度能实现与1000MPa高强钢板的等强匹配。

Description

高强钢用高强韧性气保护药芯焊丝
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，特别涉及一种高强钢用高强韧性气保护药芯焊丝，用于100KG及其以上级别高强钢板的气体保护焊。
背景技术
随着我国重型汽车行业的不断发展，钢铁仍是重装车辆制造的主要材料，但其内涵发生了重大变化，从先前软钢为主发展到以高强度钢板为主，结合先进的钢铁加工技术，钢铁材料强度不断提升，在实现车身轻量化的同时，又对与之匹配的高强度高韧性焊材提出了苛刻要求。
目前，国内制造重型卡车用高强钢板主要以Q550高强钢和Q700高强钢为主，而随着车身轻量化技术的发展，Q900及其以上级别高强钢的使用量逐渐攀升，但对于配套焊材的开发还相对滞后。Q550和Q700配套焊材考虑到性价比影响，多选用实心焊丝，当钢板强度高于1000MPa后，实心焊材焊接过程中对钢板的热输入相比药芯焊丝而言较大，钢板焊后强度不足，同时，实心焊丝在生产过程中存在严重的加工硬化，需增加焊线拉拔过程中的退火工序，提高了实心焊材生产成本。因此，药芯焊丝的技术和成本优势得到体现，但制约药芯焊丝发展的瓶颈在于如何提高韧性的同时改善焊接电弧的稳定性和焊后脱渣性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强钢用高强韧性气保护药芯焊丝，适用于小线能量下焊接1000MPa以上级别高强钢板，同时解决了拖渣性不良的问题，提高了焊接生产效率。
本发明解决问题的思路是：合理设计焊丝成分，焊丝配用合适的保护气氛得到力学性能优异的焊接接头及合理的微观组织。合理的成分设计是提高电弧稳定性和焊后脱渣性的关键。本发明提供一种成分的管状药芯焊丝包括外皮和药粉芯，药粉芯占药芯焊丝总重量的12％-25％，外皮为工业纯铁带。为保证焊接电弧稳定性和拖渣性，药粉芯成分按重量百分比，除添加石墨粉(0-10％)，TiO2(5-20％)，Mn-Fe合金(10-40％)，Si-Fe合金(0.5-2％)，Al-Mg合金(0.5-4％)，Ni(2-15％)，Cr-Fe合金(1-30％)，Mo-Fe合金(1-30％)，Ti-Nb-V-Fe合金(1-20％)，氟化物(0.5-3％)为NaF、KF、BaF2、MgF2、CaF2、Na2AlF2和Na2SiF2中的一种或几种外，还添加微量稀土钇元素的氧化物Y2O3(≤1％)，余量为铁粉。
该药芯焊丝的熔敷金属成分范围如下：C:0.05-0.2％，Mn:0.50-2.0％，Cr:0.1-1.0％，Mo:0.1-1.0％，Ti+Nb+V:0.1-0.2％，Ni:0.1-4.0％，Ti:0.01-0.20％，稀土元素微量，余量为Fe及不可避免的微量杂质，均为质量百分数。
药芯中各组分的作用如下：
石墨粉的作用时初步调节焊丝C成分。
TiO2可改善焊渣的覆盖性能和脱渣性，提高电弧稳定性，减少飞溅。
Al-Mg合金主要作用为脱氧，产生的Al2O3具有调节高温熔渣粘度的物理特性，改善焊接工艺性能。
氟化物中的NaF和KF，高温下分解，气化，产生大量蒸汽降低了电弧气氛中的氢分压，起到去氢作用。同时，氟化物与Ti发生焊接冶金反应，产生的TiF4可与电弧中的H分子及水蒸气发生二次化学反应，形成不溶于钢液的HF气体，在保护熔池的同时，二次降低了焊缝中的H含量。
其他氟化物如BaF3可促进小线能量焊接条件下的短路熔滴过渡的电弧稳定性。
Y2O3在焊接电弧的高温作用下(弧住区温度达5000-30000K)足以促进如下反应式向右进行。所形成的稀土钇元素具有较高的表面活性，易吸附熔滴并降低其表面张力，显著减少短路过渡的焊接飞溅。此外，稀土钇元素在熔池中优先与S发生化学反应，形成产物一部分形成渣系，一部分留存在金属中形成细小夹杂物，在后续焊缝凝固过程中促进针状铁素体形核，在降低杂质S元素的同时，起到改善韧性的作用。所形成的氧元素与焊缝中的碳元素形成CO，随后与电弧中的氧元素二次形成CO2，形成焊接保护气氛。
Y2O3→2Y(g)+3O(g)
4Y+3S→Y4S3
C+O→CO
CO+[O]→CO2(g)
熔覆金属成分中，C元素提高金属的强度和硬度，合理范围在0.05-0.2％，过低则降低金属强度，同时影响熔池的流动性，不利于拖渣；过高则降低金属冲击韧性。Si元素提供适当的熔渣年度，稳定电弧，强脱氧剂，可还原MnO，保证Mn含量在较高水平，提高金属强度。Mn元素提高金属强度和硬度，Mn含量偏低，熔池凝固过程中的晶界易优先形成铁素体带，含量偏高不易得到针状铁素体组织，同时材料延伸率降低，影响焊接结构安全性，其合理范围在0.1-1.0％之间。Cr和Mo在此的主要作用时提高淬透性，含量过低效果不明显，含量过高，易与C元素形成碳化物，恶化冲击韧性，其合理范围均在0.1-1.0％。Ti、Nb、V均为强碳化物形成元素，合理搭配可在多层多道焊的回火区内形成TiC、NbC和VC的多相复合析出物，弥补多层多道焊后的强度不足，合理范围应控制在0.1-0.2％之间，过高易降低金属延伸率和冲击韧性。Ni元素主要作用时提高金属韧性，有利于促进贝氏体组织形成，含量过低，效果不佳，含量过高，影响生产成本。
本发明的优点在于，该焊丝经以上成分配比，具有高强度、高韧性、易拖渣、硬度适中的特点，焊后接头强度能实现与1000MPa高强钢板的等强匹配。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例：
一种1000MPa级别高强钢用高韧性气保护药芯焊丝包括外皮和药粉芯，外皮采用工业纯铁带，药粉芯占药芯总重量的22％，药芯化学组成按重量百分比为：石墨粉占3％，TiO2占6％，Mn-Fe合金占15％，Si-Fe合金占1％，Al-Mg合金占1％，Ni占-10％，Cr-Fe合金占5％，Mo-Fe合金占6％，Ti-Nb-V-Fe合金占4％，氟化物总和占1.5％，Y2O3占0.2％，余量为铁粉。
其中，Mn-Fe合金中Mn含量50％。Si-Fe合金中Si含量15％。Al-Mg合金中Al含量占45％。Cr-Fe合金中Cr含量占60％。Mo-Fe合金中Mo含量占50％。Ti-Nb-V-Fe合金中Ti-Nb-V成分分别占15％，10％和15％。
将上例中的药芯焊丝分别与6mm厚Q960高强钢板、10mm厚Q960高强钢板、6mm厚Q1100高强钢板以及10mm厚Q1100高强钢板进行平板对接焊接试验。采用短路熔滴过渡，焊接电流选择100A-130A，焊接电压选择16V-18V，焊接速度以确保单面焊双面成型质量为标准，焊接过程中电弧稳定，飞溅少，焊缝脱渣性优良。采用GB/T229-2007及GB/T228-2002标准检测得到焊接接头力学性能指标为：抗拉强度依次为1010MPa，1070MPa，1050MPa和1100MPa，断后延伸率依次为14％，15％，13％和14％，-40℃焊缝中心半尺寸冲击吸收功依次为67J，92J，48J和55J。该成分药芯焊丝与同级别实心焊丝相比，成本降低约25％-50％。

Claims (3)

1.一种高强钢用高强韧性气保护药芯焊丝，包括外皮和药粉芯，其特征在于：药粉芯占药芯焊丝总重量的12％-25％，外皮为工业纯铁带；药粉芯成分的重量百分比为：石墨粉：0-10％，TiO2：5-20％，Mn-Fe合金：10-40％，Si-Fe合金：0.5-2％，Al-Mg合金：0.5-4％，Ni：2-15％，Cr-Fe合金：1-30％，Mo-Fe合金：1-30％，Ti-Nb-V-Fe合金：1-20％，氟化物：0.5-3％；还添加微量稀土钇元素的氧化物Y2O3≤1％，余量为铁粉。
2.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于：Mn-Fe合金中Mn含量50％，Si-Fe合金中Si含量15％，Al-Mg合金中Al含量占45％，Cr-Fe合金中Cr含量占60％，Mo-Fe合金中Mo含量占50％，Ti-Nb-V-Fe合金中Ti-Nb-V成分分别占15％，10％和15％。
3.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于：氟化物为NaF、KF、BaF2、MgF2、CaF2、Na2AlF2和Na2SiF2中的一种或几种。
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