CN104923963B - 一种气保焊丝及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气保焊丝技术领域，尤其是一种气保焊丝及其生产方法，其原料的化学成分组成的质量百分比为：C:0.01‑0.04％，Si：1.1‑1.3％，Mn：1.1‑2.1％，Ti：1.0‑2.1％，S：0.009‑0.013％，Al：0.23‑0.31％，P≤0.013％，B：0.003‑0.01％，V：0.0005‑0.001％，余量为铁和不必要的杂质；通过合理元素配比设计，使得制备的焊丝的抗拉强度高，达到了540MPa，在‑40℃的环境下，其抗冲击功达到了606190KV2，J；并且在焊接过程中的飞溅率降低到了2％以下。

Description

一种气保焊丝及其生产方法
技术领域
本发明涉及气保焊丝技术领域，尤其是一种气保焊丝及其生产方法。
背景技术
CO2气保焊成本低、效率高，在钢结构的焊接中得到广泛应用。由于CO2气比空气重，因此从喷嘴中喷出的CO2气可以在电弧区形成有效的保护层，防止空气进入熔池，避免空气中氧等气体的不利影响。焊丝通过送丝滚轮不断的送进，与工件之间产生电弧，在电弧热的作用下，熔化焊丝和工件形成熔池。随着焊枪的移动，熔池凝固形成焊缝。二氧化碳保护气体价格低廉，采用短路过渡时焊缝成形良好，使用含脱氧元素的焊丝即可获得无内部缺陷焊缝。这种焊接方法目前已成为黑色金属材料最重要焊接方法之一。
但现有技术中的气保焊丝在单纯的采用二氧化碳气体作为保护气体进行焊接处理时，其容易发生飞溅，造成焊接质量较差，焊接焊缝强度较低，焊条损失量较大，其主要原因是二氧化碳气体容易与焊条中的碳形成一氧化碳，为此，对于气保焊丝在焊接过程中的保护气体成为降低焊接飞溅过程的关键因素之一。并且，在气保焊丝中，为了使得抗压强度等等性能得到稳定，不得不限制焊丝中含有一定量的碳元素，进而也使得制备的焊丝在焊接过程中发生飞溅也在所难免。
为此，有大量的研究者结合焊丝容易飞溅的技术领域，将焊丝中的原料成分进行调整，如专利号为201110174068.8的《能降低焊接飞溅的CO2气保焊丝》其组分及重量百分比为：C∶0.04～0.08％，Si∶0.80～1.0％，Mn∶1.40～1.70％，P≤0.020％，S∶0.005～0.020％，Ti∶0.15～0.25％，Als∶0.05～0.10％，N≤0.006％，其余为Fe及不可避免的杂质。由于采用了合理的S及Al的含量，两元素并与其他元素的相互匹配，故能在相同焊接工艺条件下的焊接飞溅率降低至少50％，而且焊缝成形及焊缝的力学性能，尤其是韧性均能满足要求。
但是，上述现有技术依然还不能够将焊接过程的飞溅降低到最低，为此，本研究者结合多年探索的经验，将焊丝制备过程中的原料化学成分组成的质量百分比进行限定，并结合对于焊接过程中的保护气体的选择与组配，进而使得焊丝在焊接过程中的飞剑率得到了改善，并且使得焊丝的抗压、抗拉强度得到了改善，进而为气保焊丝技术领域提供了一种新思路。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种气保焊丝及其生产方法。
具体是通过以下技术方案得以实现的：
一种气保焊丝，其原料的化学成分组成的质量百分比为：C:0.01-0.04％，Si：1.1-1.3％，Mn：1.1-2.1％，Ti：1.0-2.1％，S：0.009-0.013％，Al：0.23-0.31％，P≤0.013％，B：0.003-0.01％，V：0.0005-0.001％，余量为铁和不必要的杂质。
所述的原料的化学成分组成的质量百分比为：C:0.025％，Si：1.2％，Mn：1.7％，Ti：1.5％，S：0.011％，Al：0.26％，P≤0.008％，B：0.006％，V：0.0008％，余量为铁和不必要的杂质。
所述的原料化学成分组成还包括有Cr，其质量百分比为0.0001-0.0003％。
所述的原料化学成分组成还包括有Cu，其质量百分比为0.01-0.03％。
所述的原料化学成分组成还包括有Cu，其质量百分比为0.02％。
在其应用于焊接时，采用的保护气体为二氧化碳气体和氩气进行混合的混合气体，其中二氧化碳气体占混合气体的体积百分比为91.3-99.15％。
上述的气保焊丝的制备方法，包括冶炼、轧制、拉丝、镀铜、盘丝步骤，其中在冶炼过程中采用真空炉真空冶炼处理，其中真空度为0.1-0.9MPa。
所述的轧制是在温度为1250-1450℃下进行的。
所述的拉丝是采用多道连拉的方式进行，即将在温度为1250-1450℃下轧制完成的焊条，直接拉丝到Ф1.2mm，再将从直径为1.2mm拉丝到直径为0.75-0.95mm，并在此过程中，进行4次连续拉丝处理，每次拉丝后的焊条缩小的直径均相等，每拉丝完一次，冷凝1-2s，直至获得成品气保焊丝。
所述的盘丝，是将制备的气保焊丝进行绕制盘卷起来，并在盘卷过程中，采用润滑剂进行处理，待绕制完成后，再采用草酸清洗焊丝；其中所述的润滑剂，其原料成分以重量份计为皂角1-2份、氯化镍0.1-0.13份和氯化石蜡0.5-0.9份。
上述的润滑剂的制备方法是将皂角置于粉碎机中粉碎处理，并在粉碎过程中加入氯化镍粉末，再将得到的粉末加入到氯化石蜡中，并调整温度为300-350℃处理1-5min，并在加热处理过程，采用搅拌速度为500-1000r/min搅拌处理，再调整温度为100-130℃处理2-3min，再降温至温度常温，即可获得润滑剂。
在上述的降温至常温的过程中，是采用降温速度为1-3℃/min进行降温处理。
与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：
C：对焊缝金属具有强化作用，但在CO2气保焊中，易与CO2气体作用生成CO气体，在熔融金属中聚集后爆炸形成飞溅。因此，其含量应控制较低。基于确保焊缝金属的强化作用，降低焊丝焊接过程的飞溅率，进而结合Si元素的使用量，将碳元素的用量限定在0.01-0.04％；并且，Si元素在CO2气保焊中具有较强的脱氧作用，还能增加焊缝强度，是CO2气体保护焊中不可缺少的合金元素。但焊缝中Si含量太高时会影响焊缝的韧性，于是，基于此，再Mn元素存在的环境下，对Si元素的用量限定为1.1-1.3％；而Mn元素：是焊缝强韧化的有效元素，同时也是脱氧元素，能防止引起热裂纹的铁硫化物的形成。
再者，结合Ti、S、Al、P、B、V等元素的存在，使得Ti这种较活泼元素，在与CO2气体作用后形成的Ti化物能改变熔滴金属表面活性，从而促进熔滴的有效过渡，减少飞溅。Ti还有利于在焊缝中形成微细的Ti化合物，细化焊缝晶粒。并且结合硫元素的含量的限定，进而使得不会因为硫含量较高，进而增加焊缝热裂纹倾向，降低抗硫化物腐蚀性能，也不会因为硫含量太低，导致增加熔滴表面张力，从而不利于焊缝成形的缺陷得到解决。再结合Al元素的控制，进而使得焊缝具有较高的韧性，也降低了焊接过程中的飞溅率。再结合P、B、V等元素含量的控制，不仅使得制备的焊丝的抗拉强度高，达到了540MPa，在-40℃的环境下，其抗冲击功达到了606190KV2，J；并且在焊接过程中的飞溅率降低到了2％以下。
本发明的飞溅率降低，不仅仅是在原料化学成分的调整上得出来，本发明通过实验调整，采用本发明的单独的焊丝进行全二氧化碳气体保护焊接处理，仅仅能够使得飞溅率降低到1.91-1.97％左右，进而在采用二氧化碳气体与氩气进行组合保护处理，其中对二氧化碳气体与氩气体积比进行调整，当二氧化碳气体为80％时，其飞溅率达到了1.7％左右，但是氩气使用量较大，成本较高，在二氧化碳气体使用量达到99％时，其飞溅率依然为此在1.7％左右，甚至达到了1.6％，可见，较低的氩气含量也能够降低飞溅率，同时，进一步的降低二氧化碳的含量，在二氧化碳含量为91.3-99.15％时，其焊接过程的飞溅率达到1.6-1.7％，在二氧化碳含量为99.17％时，其飞溅率增大到了1.85％，在二氧化碳含量为91％时，其飞溅率为1.71％，可见在二氧化碳气体与氩气进行组合成保护气体时，也能够降低气保焊丝焊接过程的飞溅率，降低焊条的损失，提高焊缝金属的韧性。
由此，可以得出，本发明通过碳、硅、Mn、Ti、S、Al、P、B、V、余量铁为铁的限制，进而使得各化学元素组成的配方之间能够准确的相互作用，进而通过合理配比的设计以及各元素之间的相互匹配，进而提高了气保焊丝的质量，降低了气保焊丝在焊接过程中的飞溅率，也提高了焊缝金属的柔韧性。
再者，本发明结合Cr、Cu元素的加入，进而使得制备的气保焊丝的抗氧化性、抗腐蚀性得到增强，提高了焊接过程中的抗氧化和抗腐蚀性能。
同时，本发明还通过制备方法的处理，使得制备的焊丝的外观形态美，并且不容易变形，使得焊丝质量得到保证，尤其是润滑剂在盘丝过程中的使用，进而使得焊丝表面形成膜，防止了氧气侵入的氧化，尤其是采用草酸洗涤处理之后，进一步的提高了焊丝的光洁度。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
一种气保焊丝，其原料的化学成分组成的质量百分比为：C:0.01％，Si：1.3％，Mn：1.1％，Ti：2.1％，S：0.009％，Al：0.23％，P≤0.004％，B：0.003％，V：0.001％，余量为铁和不必要的杂质。
所述的原料化学成分组成还包括有Cr，其质量百分比为0.0002％。
所述的原料化学成分组成还包括有Cu，其质量百分比为0.02％。
在其应用于焊接时，采用的保护气体为二氧化碳气体和氩气进行混合的混合气体，其中二氧化碳气体占混合气体的体积百分比为91.3％。
上述的气保焊丝的制备方法，包括冶炼、轧制、拉丝、镀铜、盘丝步骤，其中在冶炼过程中采用真空炉真空冶炼处理，其中真空度为0.3MPa。
所述的轧制是在温度为1450℃下进行的。
所述的拉丝是采用多道连拉的方式进行，即将在温度为1450℃下轧制完成的焊条，直接拉丝到Ф1.2mm，再将从直径为1.2mm拉丝到直径为0.75mm，并在此过程中，进行4次连续拉丝处理，每次拉丝后的焊条缩小的直径均相等，每拉丝完一次，冷凝1s，直至获得成品气保焊丝。
所述的盘丝，是将制备的气保焊丝进行绕制盘卷起来，并在盘卷过程中，采用润滑剂进行处理，待绕制完成后，再采用草酸清洗焊丝；其中所述的润滑剂，其原料成分以重量计为皂角1kg、氯化镍0.13kg和氯化石蜡0.5kg。
上述的润滑剂的制备方法是将皂角置于粉碎机中粉碎处理，并在粉碎过程中加入氯化镍粉末，再将得到的粉末加入到氯化石蜡中，并调整温度为300℃处理1min，并在加热处理过程，采用搅拌速度为500r/min搅拌处理，再调整温度为130℃处理3min，再降温至温度常温，即可获得润滑剂。
在上述的降温至常温的过程中，是采用降温速度为3℃/min进行降温处理。
实施例2
一种气保焊丝，其原料的化学成分组成的质量百分比为：C:0.02％，Si：1.2％，Mn：1.3％，Ti：1.9％，S：0.01％，Al：0.25％，P≤0.009％，B：0.006％，V：0.0009％，余量为铁和不必要的杂质。
所述的原料化学成分组成还包括有Cr，其质量百分比为0.0003％。
所述的原料化学成分组成还包括有Cu，其质量百分比为0.03％。
在其应用于焊接时，采用的保护气体为二氧化碳气体和氩气进行混合的混合气体，其中二氧化碳气体占混合气体的体积百分比为98.17％。
上述的气保焊丝的制备方法，包括冶炼、轧制、拉丝、镀铜、盘丝步骤，其中在冶炼过程中采用真空炉真空冶炼处理，其中真空度为0.8MPa。
所述的轧制是在温度为1380℃下进行的。
所述的拉丝是采用多道连拉的方式进行，即将在温度为1380℃下轧制完成的焊条，直接拉丝到Ф1.2mm，再将从直径为1.2mm拉丝到直径为0.80mm，并在此过程中，进行4次连续拉丝处理，每次拉丝后的焊条缩小的直径均相等，每拉丝完一次，冷凝1.3s，直至获得成品气保焊丝。
所述的盘丝，是将制备的气保焊丝进行绕制盘卷起来，并在盘卷过程中，采用润滑剂进行处理，待绕制完成后，再采用草酸清洗焊丝；其中所述的润滑剂，其原料成分以重量份计为皂角1.7kg、氯化镍0.11kg和氯化石蜡0.6kg。
上述的润滑剂的制备方法是将皂角置于粉碎机中粉碎处理，并在粉碎过程中加入氯化镍粉末，再将得到的粉末加入到氯化石蜡中，并调整温度为310℃处理4min，并在加热处理过程，采用搅拌速度为900r/min搅拌处理，再调整温度为110℃处理2.1min，再降温至温度常温，即可获得润滑剂。
在上述的降温至常温的过程中，是采用降温速度为2℃/min进行降温处理。
实施例3
一种气保焊丝，其原料的化学成分组成的质量百分比为：C:0.025％，Si：1.2％，Mn：1.7％，Ti：1.5％，S：0.011％，Al：0.26％，P≤0.008％，B：0.006％，V：0.0008％，余量为铁和不必要的杂质。
所述的原料化学成分组成还包括有Cr，其质量百分比为0.0001％。
所述的原料化学成分组成还包括有Cu，其质量百分比为0.01％。
在其应用于焊接时，采用的保护气体为二氧化碳气体和氩气进行混合的混合气体，其中二氧化碳气体占混合气体的体积百分比为95.73％。
上述的气保焊丝的制备方法，包括冶炼、轧制、拉丝、镀铜、盘丝步骤，其中在冶炼过程中采用真空炉真空冶炼处理，其中真空度为0.5MPa。
所述的轧制是在温度为1350℃下进行的。
所述的拉丝是采用多道连拉的方式进行，即将在温度为1350℃下轧制完成的焊条，直接拉丝到Ф1.2mm，再将从直径为1.2mm拉丝到直径为0.85mm，并在此过程中，进行4次连续拉丝处理，每次拉丝后的焊条缩小的直径均相等，每拉丝完一次，冷凝1.5s，直至获得成品气保焊丝。
所述的盘丝，是将制备的气保焊丝进行绕制盘卷起来，并在盘卷过程中，采用润滑剂进行处理，待绕制完成后，再采用草酸清洗焊丝；其中所述的润滑剂，其原料成分以重量计为皂角1.5kg、氯化镍0.12kg和氯化石蜡0.7kg。
上述的润滑剂的制备方法是将皂角置于粉碎机中粉碎处理，并在粉碎过程中加入氯化镍粉末，再将得到的粉末加入到氯化石蜡中，并调整温度为330℃处理3min，并在加热处理过程，采用搅拌速度为800r/min搅拌处理，再调整温度为120℃处理2.5min，再降温至温度常温，即可获得润滑剂。
在上述的降温至常温的过程中，是采用降温速度为1℃/min进行降温处理。
实施例4
一种气保焊丝，其原料的化学成分组成的质量百分比为：C:0.01％，Si：1.1％，Mn：1.1％，Ti：1.0％，S：0.009％，Al：0.23％，P≤0.013％，B：0.003％，V：0.0005％，余量为铁和不必要的杂质。
在其应用于焊接时，采用的保护气体为二氧化碳气体和氩气进行混合的混合气体，其中二氧化碳气体占混合气体的体积百分比为91.3％。
上述的气保焊丝的制备方法，包括冶炼、轧制、拉丝、镀铜、盘丝步骤，其中在冶炼过程中采用真空炉真空冶炼处理，其中真空度为0.1MPa。
所述的轧制是在温度为1250℃下进行的。
所述的拉丝是采用多道连拉的方式进行，即将在温度为1250℃下轧制完成的焊条，直接拉丝到Ф1.2mm，再将从直径为1.2mm拉丝到直径为0.75mm，并在此过程中，进行4次连续拉丝处理，每次拉丝后的焊条缩小的直径均相等，每拉丝完一次，冷凝1s，直至获得成品气保焊丝。
所述的盘丝，是将制备的气保焊丝进行绕制盘卷起来，并在盘卷过程中，采用润滑剂进行处理，待绕制完成后，再采用草酸清洗焊丝；其中所述的润滑剂，其原料成分以重量计为皂角1kg、氯化镍0.1kg和氯化石蜡0.5kg。
上述的润滑剂的制备方法是将皂角置于粉碎机中粉碎处理，并在粉碎过程中加入氯化镍粉末，再将得到的粉末加入到氯化石蜡中，并调整温度为300℃处理1min，并在加热处理过程，采用搅拌速度为500r/min搅拌处理，再调整温度为100℃处理2min，再降温至温度常温，即可获得润滑剂。
实施例5
一种气保焊丝，其原料的化学成分组成的质量百分比为：C:0.04％，Si：1.3％，Mn：2.1％，Ti：2.1％，S：0.013％，Al：0.31％，P≤0.01％，B：0.01％，V：0.001％，余量为铁和不必要的杂质。
在其应用于焊接时，采用的保护气体为二氧化碳气体和氩气进行混合的混合气体，其中二氧化碳气体占混合气体的体积百分比为99.15％。
上述的气保焊丝的制备方法，包括冶炼、轧制、拉丝、镀铜、盘丝步骤，其中在冶炼过程中采用真空炉真空冶炼处理，其中真空度为0.9MPa。
所述的轧制是在温度为1450℃下进行的。
所述的拉丝是采用多道连拉的方式进行，即将在温度为1450℃下轧制完成的焊条，直接拉丝到Ф1.2mm，再将从直径为1.2mm拉丝到直径为0.95mm，并在此过程中，进行4次连续拉丝处理，每次拉丝后的焊条缩小的直径均相等，每拉丝完一次，冷凝2s，直至获得成品气保焊丝。
所述的盘丝，是将制备的气保焊丝进行绕制盘卷起来，并在盘卷过程中，采用润滑剂进行处理，待绕制完成后，再采用草酸清洗焊丝；其中所述的润滑剂，其原料成分以重量计为皂角2kg、氯化镍0.13kg和氯化石蜡0.9kg。
上述的润滑剂的制备方法是将皂角置于粉碎机中粉碎处理，并在粉碎过程中加入氯化镍粉末，再将得到的粉末加入到氯化石蜡中，并调整温度为350℃处理5min，并在加热处理过程，采用搅拌速度为1000r/min搅拌处理，再调整温度为130℃处理3min，再降温至温度常温，即可获得润滑剂。
在上述的降温至常温的过程中，是采用降温速度为3℃/min进行降温处理。
并且，本发明还基于上述实施例的基础上，对制备的气保焊丝进行焊接熔敷金属性能试验，具体是：按GB/T8110进行CO2+Ar焊接熔敷金属性能试验，焊接参数为：焊接电流约260-280A，焊接电压约29-33V，焊接速度约30.14cm/min。得出其焊接后的外观形态如表2所示，其熔敷金属焊接力学性能如表3所示。
表2
表3
从以上试验结果可以看出，本发明进行CO2+Ar气体保护时，焊接飞溅很小。焊缝很窄，且冲击功很低。对于此类抗拉强度为500MPa级CO2气保焊丝，因此本发明焊缝金属也具有较好的韧性。
本发明焊丝所用合金体系合理，盘条冶炼、轧制及焊丝拉拔工艺容易实现。批量生产时可采用转炉或电炉炼钢、方坯连铸、线材轧制厂轧制盘圆，然后在焊丝生产厂制造出所需规格的镀铜焊丝。

Claims (7)

1.一种气保焊丝，其特征在于，其原料的化学成分组成的质量百分比为：C:0.01-0.04％，Si：1.1-1.3％，Mn：1.1-2.1％，Ti：1.0-2.1％，S：0.009-0.013％，Al：0.23-0.31％，P≤0.013％，B：0.003-0.01％，V：0.0005-0.001％，余量为铁和不必要的杂质；所述的气保焊丝的制备方法，包括冶炼、轧制、拉丝、镀铜、盘丝步骤，其中在冶炼过程中采用真空炉真空冶炼处理，其中真空度为0.1-0.9MPa；
所述的拉丝是采用多道连拉的方式进行，即将在温度为1250-1450℃下轧制完成的焊条，直接拉丝到Ф1.2mm，再将从直径为1.2mm拉丝到直径为0.75-0.95mm，并在此过程中，进行4次连续拉丝处理，每次拉丝后的焊条缩小的直径均相等，每拉丝完一次，冷凝1-2s，直至获得成品气保焊丝。
2.如权利要求1所述的气保焊丝，其特征在于，所述的原料的化学成分组成的质量百分比为：C:0.025％，Si：1.2％，Mn：1.7％，Ti：1.5％，S：0.011％，Al：0.26％，P≤0.008％，B：0.006％，V：0.0008％，余量为铁和不必要的杂质。
3.如权利要求1或2所述的气保焊丝，其特征在于，所述的原料化学成分组成还包括有Cr，其质量百分比为0.0001-0.0003％。
4.如权利要求1或2所述的气保焊丝，其特征在于，所述的原料化学成分组成还包括有Cu，其质量百分比为0.01-0.03％。
5.如权利要求3所述的气保焊丝，其特征在于，所述的原料化学成分组成还包括有Cu，其质量百分比为0.02％。
6.如权利要求1、2、5任一项所述的气保焊丝，其特征在于，在其应用于焊接时，采用的保护气体为二氧化碳气体和氩气进行混合的混合气体，其中二氧化碳气体占混合气体的体积百分比为91.3-99.15％。
7.如权利要求1所述的气保焊丝，其特征在于，所述的盘丝，是将制备的气保焊丝进行绕制盘卷起来，并在盘卷过程中，采用润滑剂进行处理，待绕制完成后，再采用草酸清洗焊丝；其中所述的润滑剂，其原料成分以重量份计为皂角1-2份、氯化镍0.1-0.13份和氯化石蜡0.5-0.9份。
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