CN104874942B - 药芯焊丝及其在立向上自动小车焊接中的应用 - Google Patents

药芯焊丝及其在立向上自动小车焊接中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种药芯焊丝及其在立向上自动小车焊接中的应用，该药芯焊丝由碳钢外皮包裹药芯组成，药芯包括二氧化钛5.10～5.90％；二氧化硅0.70～0.80％；氟化钠、氟化锂和六氟铝酸钠中任意两种以上的金属氟化物0.25～0.30％；铁的氧化物和氧化铝0.90～1.10％；稳弧剂0.40～0.50％；铝、镁、锰铁、硅铁、镍和铁金属粉末余量；其中，稳弧剂由钛酸钾、氟化锂和钠水玻璃粉经750℃高温烧结而成。该焊丝能满足半自动全位置焊接，适应焊接电流范围可达180A～260A，具有焊接效率高、焊缝成型好、免打磨等优点，更适用于小车行走立向上全自动焊接。

Description

药芯焊丝及其在立向上自动小车焊接中的应用
技术领域
本发明涉及焊接材料领域，具体涉及一种药芯焊丝及其在立向上自动小车焊接中的应用。
背景技术
半自动全位置药芯焊丝在造船业的使用已是一种常态，全自动焊接用药芯焊丝也已经在平焊/平角焊焊位使用。随着造船工业自动化的进一步普及，劳动成本的逐年增长，作业环境的进一步细化分工，以及高级技能焊接操作者的短缺，自动化焊接已经不满足于平焊/平角焊焊位，有少数造船厂已经开始向立向上角焊自动化焊接方向发展。
目前使用的药芯焊丝主要是以金红石为主要组分的酸性药芯焊丝。该类焊丝可进行全位置焊接，但在进行自动小车立向上焊接时，焊接电流的使用范围较窄，焊缝凸度偏大，制约了该类药芯焊丝在自动化焊接方面的发展。
发明内容
为了解决药芯焊丝全位置焊接性，本发明提供了一种药芯焊丝，更适合于自动化焊接。
本发明提供的药芯焊丝，由碳钢外皮包裹药芯组成，其特征在于，按占焊丝总质量的百分比计，药芯成分包括：
二氧化钛5.10～5.90％；
二氧化硅0.70～0.80％；
金属氟化物0.25～0.30％；
金属氧化物0.90～1.10％；
稳弧剂0.40～0.50％；
金属粉末余量；其中，
所述金属氟化物为氟化钠、氟化锂和六氟铝酸钠中任意两种以上的混合物；金属氧化物为铁的氧化物和氧化铝；稳弧剂由钛酸钾、氟化锂和钠水玻璃粉混合经750℃高温烧结而成；金属粉末包括铝、镁、锰铁、硅铁、镍和铁。
上述配方中，加入强氧化剂Al、Mg、Si、Mn，降低焊缝金属中的氧含量，提高熔化金属的粘性。当焊缝金属中的氧含量降低至200ppm以下时，焊缝金属的粘性显著提高，增加焊缝金属的抗重力作用，从而得到优良的全位置焊接性。
为了稳定电弧，降低飞溅的发生量，选用了有稳定电弧作用的钛酸钾、氟化锂以及起调节熔炼温度和调节熔渣特性作用的钠水玻璃粉。钛酸钾和氟化锂的流动性很差，在配方中直接加入，将直接影响粉料的流动性，导致药芯填充的稳定性变差。同时，钛酸钾、氟化锂和钠水玻璃粉都是易吸潮物质，含有水分，直接使用将导致药芯含水量增加。为了改善粉料流动性，降低药芯含水量，将钛酸钾、氟化锂与助熔剂钠水玻璃粉一起进行750℃高温烧结，并保温2小时，然后把烧结得到的物质重新加工成粉末状，粒度控制在-80目100％通过。、通过重熔，改善粉料流动性，保证粉料填充的均匀性。处理后的稳弧剂含水量可以控制到0.10％以下，且再吸潮性大大降低。实验证明，稳弧剂在空气中放置10天，水分增加量小于0.10％。稳弧剂的加入量一般控制在焊丝全重的0.40～0.50％。
铁的氧化物属于中性氧化物，在配方中主要起修整焊道形状的作用。加入铁的氧化物还可以平衡渣与铁水的氧化势，使渣容易脱落。铁的氧化物加入量一般控制在0.15～0.40％。另外，加入氧化铝也可以降低飞溅。氧化铝的加入量控制在1.00％以下，优选控制在0.60～0.90％。
优选地，所述稳弧剂中钛酸钾、氟化锂和钠水玻璃粉的质量比为5:2:3。
优选地，所述金属粉中铝占药芯焊丝总重量的0.50～0.80％，镁占药芯焊丝总重量的0.30％以内，硅占药芯焊丝总重量的0.50％以内，锰占药芯焊丝总重量的0.90～1.40％，镍占药芯焊丝总重量的0.20～0.50％。
强氧化剂Al在焊接过程中可以提高熔化金属的粘性，使得在全位置焊接过程中焊道形状良好。但是，如果Al含量不到焊丝全重的0.50％时立焊焊接电流将降低，不能适用于大电流焊接。而Al含量超过焊丝全重的0.80％时焊缝金属中的Al含量将过剩，恶化焊缝组织，使韧性降低。因此应控制焊缝中的Al含量。当焊缝金属中的Al含量低于0.05％时，可以得到好的冲击韧性。
强氧化剂Mg的氧化产物属于碱性氧化物，可提高熔渣碱度及焊缝金属的低温冲击韧性。但由于Mg的氧化物改变了熔渣特性，恶化了立焊缝成型，使焊缝形状外凸。本专利中加入Mg旨在提高焊缝金属的低温冲击韧性。Mg的加入量控制在焊丝全重的0.30％以内。
Si有提高母材和焊缝金属的熔合的效果。但焊缝金属中Si的含量超过0.90％时将恶化焊缝金属的韧性。另外，Si也导致强度过高，影响韧性。因此应控制焊缝中Si的含量，一般控制在0.50％以内。
Mn是奥氏体形成元素，有提高焊缝金属韧性的作用，但含量过高时焊缝金属的强度过高，导致韧性下降。因此应将焊缝中的Mn控制在0.90～1.40％。Ni是确保含Al熔化金属韧性的有效元素。当Ni含量低于焊丝全重的0.1％时效果不明显，Ni含量一般控制在焊丝全重的0.20～0.50％。
优选地，所述二氧化钛来源于金红石和钛酸钾，金红石的用量占药芯焊丝全重的5.10％～5.90％；钛酸钾的用量占药芯焊丝全重的0.70％以下。
金红石作为造渣剂，添加的量应适中。加入量过少，焊缝成型变差，加入量过多，容易导致焊缝表面出现熔渣残留，影响焊缝美观。金红石的量应控制在焊丝全重的5.10％～5.90％。
钛酸钾作为二氧化钛的其中一个来源，首先有利于协调粉料的流动性，钛酸钾的量超过焊丝全重的0.70％，粉料的填充均匀性就会受影响，超过焊丝全重的1.50％，粉料的流动性将受到严重影响。另外，钛酸钾相对价格较低，也会相应降低本发明药芯焊丝的生产成本。
优选地，所述二氧化硅来源于长石、锆英砂和钠水玻璃粉，其中锆英砂的用量占药芯焊丝全重的0.50％以下。
加入锆英砂主要是调节渣特性，一般控制在0.50％以内。
优选地，药芯焊丝中药芯的填充率为10～20％。
碳钢外皮内部包裹的药芯占焊丝总重量的百分比(即填充率)控制在10.0～20.0％。考虑到焊丝的拉拔性，填充率应控制在10.0～16.0％较好。如果低于10.0％，焊接形成的渣量少，熔渣覆盖不全，如果超过16.0％，则在拉丝过程中容易产生断丝现象，影响制造过程的顺利进行。填充率一般控制在12.0～14.0％最佳。
优选地，所述碳钢外皮为SPCC-SD碳钢带。
本发明还提供以上任一所述的药芯焊丝在立向上自动小车焊接中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
该药芯焊丝能满足半自动全位置焊接，更适用于小车行走立向上全自动焊接。该药芯焊丝在进行立向上全位置焊接时，适应焊接电流范围可达180A～260A，具有焊接效率高、焊缝成型好、免打磨等特点，焊缝金属抗拉强度在500～620MPa，低温冲击韧性(-20℃)≥47J。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
碳钢外皮采用SPCC-SD钢带，钢带化学成分见表1，药芯按照表2的比例配制粉料，制作成外径为Φ1.2mm的焊丝。焊丝填充率为14.0％。
表1 钢带的化学成分(％)
C Si Mn S P
0.034 0.018 0.22 0.013 0.017
表2 药芯中各组分占焊丝全重的比例(％)
硅铁选自：45SiFe。
锰铁选自：中碳锰铁。
按照表3的焊接工艺，得到工艺性和机械性能见表4，机械性能见表5。
表3 焊接工艺
表4 小车自动立向上焊接的焊缝成型状况
小车自动立向上焊接性的评判基准为在焊脚尺寸控制在5.5/6.5mm时，采用自动小车立向上焊接时焊缝的凸度大小：
优良：焊缝成型非常好(焊缝凸度≤0.5mm)；
良好：焊缝成型好(0.5mm＜焊缝凸度≤1.5mm)；
一般：焊缝成型较凸(1.5mm＜焊缝凸度≤2.5mm)；
差：不能焊接或焊缝成型非常凸(焊缝凸度＞2.5mm)。
表5 熔敷金属机械性能
根据发明例来看，当Al、Mg、Si、Mn、Ni的含量在合适的范围内时，不但具有合适的强度，且低温冲击韧性良好。
如上所述，根据本专利研制的立向上自动小车焊接用药芯焊丝，在直流反接的条件下，采用纯CO2进行气体保护，在适当的自动小车行走速度、焊接电流和电弧电压条件下，在立焊位置均能得到优良的焊缝成型。焊接时，飞溅的发生量很少，并且能得到优异的力学性能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而己，并不用于限制本发明，凡在本发明的权利要求之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种药芯焊丝，由碳钢外皮包裹药芯组成，其特征在于，按占焊丝总质量的百分比计，药芯成分包括：
二氧化钛5.10～5.90％；
二氧化硅0.70～0.80％；
金属氟化物0.25～0.30％；
金属氧化物0.90～1.10％；
稳弧剂0.40～0.50％；
金属粉末余量；填充率为10.0～20.0％；
其中，所述金属氟化物为氟化钠、氟化锂和六氟铝酸钠中任意两种以上的混合物；金属氧化物为铁的氧化物和氧化铝；稳弧剂由钛酸钾、氟化锂和钠水玻璃粉混合经750℃高温烧结而成；
金属粉末包括铝、镁、锰铁、硅铁、镍和铁；所述金属粉末中铝占药芯焊丝总重量的0.50～0.80％，镁占药芯焊丝总重量的0.30％以内，硅占药芯焊丝总重量的0.50％以内，锰占药芯焊丝总重量的0.90～1.40％，镍占药芯焊丝总重量的0.20～0.50％。
2.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述稳弧剂中钛酸钾、氟化锂和钠水玻璃粉的质量比为5:2:3。
3.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述二氧化钛来源于金红石和钛酸钾，金红石的用量占药芯焊丝全重的5.10％～5.90％；钛酸钾的用量占药芯焊丝全重的0.70％以下。
4.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述二氧化硅来源于长石、锆英砂和钠水玻璃粉，其中锆英砂的用量占药芯焊丝全重的0.50％以下。
5.根据权利要求1～4任一所述的药芯焊丝，其特征在于，所述碳钢外皮为SPCC-SD碳钢带。
6.权利要求1～5任一所述的药芯焊丝在立向上自动小车焊接中的应用。
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