CN105750762A - 一种全位置焊接碱性药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及全位置焊接碱性药芯焊丝，可有效解决全位置焊接、具有高韧性、良好脱渣性的碱性药芯焊丝问题，该焊丝是由冷轧低碳钢带包覆药芯制成，所述的冷轧低碳钢带与药芯的质量百分比为冷轧低碳钢带68～74%、药芯26～32%；药芯是萤石、锆英砂、氟化钡、碳酸钡、氧化钙、氟硅酸钾、45#硅铁、金属锰、镍粉、钛铁粉和焊接材料专用的还原铁粉FHY100.25混匀制成；本发明方法简单，原材料丰富，成本低，所述焊丝的焊缝金属具有优良的抗裂性及低温冲击韧性，尤其是具有全位置焊接性能；焊接工艺性能好，电弧稳定，飞溅小，焊缝成型好，平焊能自动脱渣。

Description

一种全位置焊接碱性药芯焊丝
技术领域
本发明涉及焊丝，特别是一种全位置焊接碱性药芯焊丝。
背景技术
焊丝是焊接工艺中必不可少的，根据施焊时焊工所持焊条与焊件之间的相互位置的不同，焊缝可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种方位，其中：
（1）平焊焊缝倾角0°～5、焊缝转角0°～10°的焊接位置称为平焊位置。在平焊位置进行的焊接就称为平焊。平焊是最容易焊接的一个位置。
（2）立焊焊缝倾角80°～90°、焊缝转角0°～180°的焊接位置称为立焊位置。在立焊位置进行的焊接就称为立焊。
（3）横焊焊缝倾角0°～5°，焊缝转角70°～90°的焊接位置称为横焊位置。在横焊位置进行的焊接就称为横焊。
（4）仰焊焊缝倾角0°～15°，焊缝转角165°～180°的焊接位置称为仰焊位置。仰焊是最难焊的一个位置。
（5）全位置焊同时包含平焊、立焊、横焊和仰焊四种方位的焊接方式，称为全位置焊。
药芯焊丝是近年来迅速发展的一种新型焊接材料，是目前焊接材料中技术含量最高的产品。目前国内药芯焊丝品种主要分为酸性药芯焊丝和碱性药性焊丝。和酸性药芯焊丝相比，碱性焊接材料具有低氢、高韧性、高抗裂性和优异的力学性能等优点，因此重要零件的焊接一般首选碱性焊材。但是，碱性药芯焊丝在全位置焊接时，易造成焊道熔融下坠，仅适合平焊位置焊接。
药芯焊丝中常加的氟化物为CaF2，CaF2在药芯焊丝中具有降低药粉熔点的作用，具有稀渣作用，可以改善熔渣的保护效果，但对焊丝的全位置焊接而言，CaF2易造成焊道熔融下坠。另外，在碱性药芯焊丝中，常加的造渣剂为MgO，其具有降低熔渣表面张力、细化熔滴、减少飞溅的作用，但MgO为高熔点氧化物，过量会提高熔渣熔点，易引起焊缝金属产生气孔等缺陷。
BaF2与常用造渣剂CaF2相比，其在熔滴过渡和保护熔池方面具有更优异的能力，含BaF2高的熔渣能在较高的温度下凝固，并且凝固的速度较快，可有效阻止立焊、仰焊中熔滴的下流，从而满足全位置焊接的要求。ZrO2也是碱性造渣剂，但具有较大的线膨胀系数，有利于药芯焊丝的高温脱渣。因此如何利用BaF2与CaF2混合共同充当氟化物使用，用ZrO2替代MgO作为碱性造渣剂，研究开发出一种可用于全位置焊接、具有高韧性、良好脱渣性的全位置焊接碱性药芯焊丝，是需要认真解决的技术问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种全位置焊接碱性药芯焊丝，可有效解决全位置焊接、具有高韧性、良好脱渣性的碱性药芯焊丝问题。
本发明解决的技术方案是，该焊丝是由冷轧低碳钢带包覆药芯制成，所述的冷轧低碳钢带与药芯的质量百分比为冷轧低碳钢带68～74%、药芯26～32%；
所述的药芯是由以下质量百分比计的：萤石30%～40%、锆英砂4%～10%、氟化钡3.5%～9%、碳酸钡2%～7%、氧化钙4%～9%、氟硅酸钾2%～5%、45#硅铁3%～7%、金属锰4%～8%、镍粉2%～5%、钛铁粉1%～6%和余量为焊接材料专用的还原铁粉FHY100.25混匀制成；
焊接时，采用CO2气体保护；
所述的萤石：CaF2≥96%，S，P：≤0.01%，余量为非主要物质；
所述的锆英砂：ZrO2＞66%，S，P：＜0.02%，余量为非主要物质；
所述的氟化钡：工业级；
所述的碳酸钡：工业级；
所述的氧化钙：CaO＞98%，余量为非主要物质；
所述的氟硅酸钾：工业级；
所述的45#硅铁：Si:40%～45%，C:<0.10%，S、P：<0.03%，余量为铁；
所述的金属锰：Mn≥99.5%，C:<0.03%，S、P：<0.03%，余量为非主要物质；
所述的镍粉：Ni≥99.5%，C:<0.01%，余量为非主要物质；
所述的钛铁：Ti:40%～45%，C:<0.05%，S、P：<0.05%，余量为铁；
所述药芯粉颗粒要求：60筛目通过率100%，大于180目筛通过率<20%；
所述的钢带为0.5～0.8×10～14mmSPCC冷轧低碳钢带；
所述的焊丝直径为φ1.2～1.6mm；
所述的CO2气体纯度：CO2>99.5%，H2O<0.3%。
本发明方法简单，原材料丰富，成本低，所述焊丝的焊缝金属具有优良的抗裂性及低温冲击韧性，尤其是具有全位置焊接性能；焊接工艺性能好，电弧稳定，飞溅小，焊缝成型好，平焊能自动脱渣。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式作详细说明。
实施例1
本发明可用于全位置焊接的碱性药芯焊丝，该药芯焊丝是由低碳冷轧钢带和药芯构成，以质量百分比计：低碳冷轧钢带70%、药芯30%，首先选用宽度为14mm，厚度为0.5mm的SPCC低碳冷轧钢带，通过成型机压制成U型，然后将药芯填充到U型槽中，再将U型槽开口处合口形成O型，从而使药芯包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，成Ф1.6mm的全位置焊接碱性药芯焊丝；
所述的药芯是由重量百分比计的：萤石30%，锆英砂10%，氟化钡3.5%，碳酸钡4%，氧化钙9%，氟硅酸钾2%，45#硅铁7%，金属锰6%，镍粉5%，钛铁粉1%，余量为FHY100.25的焊接材料专用铁粉，混合均匀制成。
实施例2
本发明可用于全位置焊接的碱性药芯焊丝，该药芯焊丝是由低碳冷轧钢带和药芯构成，以质量百分比计：低碳冷轧钢带72%、药芯28%，首先选用宽度为12mm，厚度为0.6mm的SPCC低碳冷轧钢带，通过成型机压制成U型；然后将药芯填充到U型槽中，再将U型槽开口处合口形成O型，从而使药芯包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，成Ф1.6mm的全位置焊接碱性药芯焊丝；
所述的药芯是由重量百分比计的：萤石33%，锆英砂5%，氟化钡4.5%，碳酸钡2%，氧化钙7%，氟硅酸钾4.5%，45#硅铁4%，金属锰4%，镍粉2%，钛铁粉3%，余量为FHY100.25的焊接材料专用铁粉，混合均匀制成。
实施例3
本发明可用于全位置焊接的碱性药芯焊丝，该药芯焊丝是由低碳冷轧钢带和药芯构成，以质量百分比计：低碳冷轧钢带72%、药芯28%，首先选用宽度为10mm，厚度为0.8mm的SPCC低碳冷轧钢带，通过成型机压制成U型；然后将药芯填充到U型槽中，再将U型槽开口处合口形成O型，从而使药芯包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，成Ф1.6mm的全位置焊接碱性药芯焊丝；
所述的药芯是由重量百分比计的：萤石35%，锆英砂10%，氟化钡9%，碳酸钡5%，氧化钙6%，氟硅酸钾3%，45#硅铁3%，金属锰8%，镍粉4%，钛铁粉2%，余量为FHY100.25的焊接材料专用铁粉，混合均匀制成。
实施例4
本发明可用于全位置焊接的碱性药芯焊丝，该药芯焊丝是由低碳冷轧钢带和药芯构成，以质量百分比计：低碳冷轧钢带74%、药芯26%，首先选用宽度为10mm，厚度为0.8mm的SPCC低碳冷轧钢带，通过成型机压制成U型；然后将药芯填充到U型槽中，再将U型槽开口处合口形成O型，从而使药芯包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，成Ф1.2mm的全位置焊接碱性药芯焊丝；
所述的药芯是由重量百分比计的：萤石37%，锆英砂8%，氟化钡6%，碳酸钡7%，氧化钙9%，氟硅酸钾5%，45#硅铁6%，金属锰7%，镍粉4%，钛铁粉5%，余量为FHY100.25的焊接材料专用铁粉，混合均匀制成。
实施例5
本发明可用于全位置焊接的碱性药芯焊丝，该药芯焊丝是由低碳冷轧钢带和药芯构成，以质量百分比计：低碳冷轧钢带74%、药芯26%，首先选用宽度为10mm，厚度为0.8mm的SPCC低碳冷轧钢带，通过成型机压制成U型；然后将药芯填充到U型槽中，药芯占药芯焊丝质量的26%；再将U型槽开口处合口形成O型，从而使药芯包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，成Ф1.2mm的全位置焊接碱性药芯焊丝；
所述的药芯是由重量百分比计的：萤石40%，锆英砂6%，氟化钡5%，碳酸钡6%，氧化钙8%，氟硅酸钾3.5%，45#硅铁5%，金属锰5%，镍粉3%，钛铁粉4%，FHY100.25的焊接材料专用铁粉10%，粉碎，混合均匀制成。
实施例6
本发明可用于全位置焊接的碱性药芯焊丝，该药芯焊丝是由低碳冷轧钢带和药芯构成，以质量百分比计：低碳冷轧钢带74%、药芯26%，首先选用宽度为10mm，厚度为0.8mm的SPCC低碳冷轧钢带，通过成型机压制成U型；然后将药芯填充到U型槽中，再将U型槽开口处合口形成O型，从而使药芯包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，成Ф1.2mm的全位置焊接碱性药芯焊丝；
所述的药芯是由重量百分比计的：萤石40%，锆英砂6%，氟化钡8%，碳酸钡7%，氧化钙6%，氟硅酸钾5%，45#硅铁7%，金属锰8%，镍粉5%，钛铁粉3.5%，余量为FHY100.25的焊接材料专用铁粉，混合均匀制成。
本发明焊接过程中采用CO2气体保护，CO2气体纯度：CO2>99.5%，H2O<0.3%。
本发明所述药芯为粉状，其颗粒度要求：60目筛通过率100%，大于180目筛通过率<20%。
需要指出的是，本发明的创新核心在于给出了全位置焊药芯焊丝中药芯的组合物，以及BaF2和ZrO2质量分数范围，而且本发明上述给出的实施例只是用于说明本发明的具体实施方式，而不是用于限制本发明的保护范围，凡是对本领域熟习的技术人员来说，只要不离开本发明的技术特征范围可作各种变化或修正，其本质与本发明的技术方案相同，均属于本发明的保护范围。
本发明经实际应用的测试，取得了非常好的有益技术效果，有关资料如下：
在实验中，以市售药芯碱性焊丝为对比例。
随机选取本发明实施例作为实验组，对比例中的碱性药芯焊丝，在CO2气体(CO2气体纯度为：CO2>99.5%，H2O<0.3%)保护下焊接，焊接电流为180-260A，焊接电压为22~30V，焊接速度为1.2m/min，气体流量为20L/min。按GB/T25776―2010《焊接材料焊接工艺性能评定方法》对碱性药芯焊丝的焊接工艺性能(焊缝成形、电弧稳定性、焊缝脱渣性、焊接飞溅率等)进行评价，结果如表1所示。
表1
焊道外观的评价以目视进行，确认焊道是否蛇行，焊道形状是否呈现凸状，是否形成背面焊道(烧穿)。当不存在蛇行、凸状及背面焊道时，评价为优；形成不被视为问题程度的余高高度低于2.3mm凸状时，评价为良；蛇行、余高高度为2.3mm以上凸状、背面焊道出现的任一种存在时，评价为不良。
飞溅量<0.50g/min为优；0.50g/min<飞溅量<1.00g/min为良；飞溅量>1.00g/min时，为不良。从表1中可以看出，本发明产品焊接质量明显优于对比例，而且焊丝的熔覆速度明显提高，和对比例相比，本发明焊丝的熔覆速度提高的百分比，如表2所示。
表2
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
18% 17% 21% 20% 24% 19%
本发明实施例1-6和对比例药芯焊丝进行熔敷，并按国家GB/T228-2008标准测定熔覆金属的力学性能，其结果如表3。
表3
本发明实施例1-6和对比例药芯焊丝在-60℃时，进行抗冲击韧度试验，其结果如表4。
表4
本发明实施例1-6和对比例药芯焊丝在同一条件下进行全位置焊接，其结果如表5。
表5
经测试，钢带的抗拉强度：280~350MPa，伸长率：≥35%。
从上述实验资料可以看出，本发明的全位置焊接用碱性药芯焊丝不仅具有优良的焊接工艺性能，且其力学性能有了显著提高，尤其是是其全位置焊接性能更好，能更好地应用在工业生产中，具有很强的实用价值和商业价值。

Claims (8)

1.一种全位置焊接碱性药芯焊丝，其特征在于，该焊丝由冷轧低碳钢带包覆药芯制成，所述的冷轧低碳钢带与药芯的质量百分比为冷轧低碳钢带68～74%、药芯26～32%；
所述的药芯是由以下质量百分比计的：萤石30%～40%、锆英砂4%～10%、氟化钡3.5%～9%、碳酸钡2%～7%、氧化钙4%～9%、氟硅酸钾2%～5%、45#硅铁3%～7%、金属锰4%～8%、镍粉2%～5%、钛铁粉1%～6%和余量为焊接材料专用的还原铁粉FHY100.25混匀制成。
2.根据权利要求1所述的全位置焊接碱性药芯焊丝，其特征在于，所述的萤石：CaF2≥96%，S，P：≤0.01%，余量为非主要物质；
所述的锆英砂：ZrO2＞66%，S，P：＜0.02%，余量为非主要物质；
所述的氟化钡：工业级；
所述的碳酸钡：工业级；
所述的氧化钙：CaO＞98%，余量为非主要物质；
所述的氟硅酸钾：工业级；
所述的45#硅铁：Si:40%～45%，C:<0.10%，S、P：<0.03%，余量为铁；
所述的金属锰：Mn≥99.5%，C:<0.03%，S、P：<0.03%，余量为非主要物质；
所述的镍粉：Ni≥99.5%，C:<0.01%，余量为非主要物质；
所述的钛铁：Ti:40%～45%，C:<0.05%，S、P：<0.05%，余量为铁；
所述药芯粉颗粒要求：60筛目通过率100%，大于180目筛通过率<20%；
所述的钢带为0.5～0.8×10～14mmSPCC冷轧低碳钢带；
所述的焊丝直径为φ1.2～1.6mm。
3.根据权利要求1所述的全位置焊接碱性药芯焊丝，其特征在于，该药芯焊丝由低碳冷轧钢带和药芯构成，以质量百分比计：低碳冷轧钢带70%、药芯30%，首先选用宽度为14mm，厚度为0.5mm的SPCC低碳冷轧钢带，通过成型机压制成U型，然后将药芯填充到U型槽中，再将U型槽开口处合口形成O型，从而使药芯包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，成Ф1.6mm的全位置焊接碱性药芯焊丝；
所述的药芯是由重量百分比计的：萤石30%，锆英砂10%，氟化钡3.5%，碳酸钡4%，氧化钙9%，氟硅酸钾2%，45#硅铁7%，金属锰6%，镍粉5%，钛铁粉1%，余量为FHY100.25的焊接材料专用铁粉，混合均匀制成。
4.根据权利要求1所述的全位置焊接碱性药芯焊丝，其特征在于，该药芯焊丝由低碳冷轧钢带和药芯构成，以质量百分比计：低碳冷轧钢带72%、药芯28%，首先选用宽度为12mm，厚度为0.6mm的SPCC低碳冷轧钢带，通过成型机压制成U型；然后将药芯填充到U型槽中，再将U型槽开口处合口形成O型，从而使药芯包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，成Ф1.6mm的全位置焊接碱性药芯焊丝；
所述的药芯是由重量百分比计的：萤石33%，锆英砂5%，氟化钡4.5%，碳酸钡2%，氧化钙7%，氟硅酸钾4.5%，45#硅铁4%，金属锰4%，镍粉2%，钛铁粉3%，余量为FHY100.25的焊接材料专用铁粉，混合均匀制成。
5.根据权利要求1所述的全位置焊接碱性药芯焊丝，其特征在于，该药芯焊丝由低碳冷轧钢带和药芯构成，以质量百分比计：低碳冷轧钢带72%、药芯28%，首先选用宽度为10mm，厚度为0.8mm的SPCC低碳冷轧钢带，通过成型机压制成U型；然后将药芯填充到U型槽中，再将U型槽开口处合口形成O型，从而使药芯包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，成Ф1.6mm的全位置焊接碱性药芯焊丝；
所述的药芯是由重量百分比计的：萤石35%，锆英砂10%，氟化钡9%，碳酸钡5%，氧化钙6%，氟硅酸钾3%，45#硅铁3%，金属锰8%，镍粉4%，钛铁粉2%，余量为FHY100.25的焊接材料专用铁粉，混合均匀制成。
6.根据权利要求1所述的全位置焊接碱性药芯焊丝，其特征在于，该药芯焊丝由低碳冷轧钢带和药芯构成，以质量百分比计：低碳冷轧钢带74%、药芯26%，首先选用宽度为10mm，厚度为0.8mm的SPCC低碳冷轧钢带，通过成型机压制成U型；然后将药芯填充到U型槽中，再将U型槽开口处合口形成O型，从而使药芯包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，成Ф1.2mm的全位置焊接碱性药芯焊丝；
所述的药芯是由重量百分比计的：萤石37%，锆英砂8%，氟化钡6%，碳酸钡7%，氧化钙9%，氟硅酸钾5%，45#硅铁6%，金属锰7%，镍粉4%，钛铁粉5%，余量为FHY100.25的焊接材料专用铁粉，混合均匀制成。
7.根据权利要求1所述的全位置焊接碱性药芯焊丝，其特征在于，该药芯焊丝由低碳冷轧钢带和药芯构成，以质量百分比计：低碳冷轧钢带74%、药芯26%，首先选用宽度为10mm，厚度为0.8mm的SPCC低碳冷轧钢带，通过成型机压制成U型；然后将药芯填充到U型槽中，药芯占药芯焊丝质量的26%；再将U型槽开口处合口形成O型，从而使药芯包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，成Ф1.2mm的全位置焊接碱性药芯焊丝；
所述的药芯是由重量百分比计的：萤石40%，锆英砂6%，氟化钡5%，碳酸钡6%，氧化钙8%，氟硅酸钾3.5%，45#硅铁5%，金属锰5%，镍粉3%，钛铁粉4%，FHY100.25的焊接材料专用铁粉10%，粉碎，混合均匀制成。
8.根据权利要求1所述的全位置焊接碱性药芯焊丝，其特征在于，该药芯焊丝由低碳冷轧钢带和药芯构成，以质量百分比计：低碳冷轧钢带74%、药芯26%，首先选用宽度为10mm，厚度为0.8mm的SPCC低碳冷轧钢带，通过成型机压制成U型；然后将药芯填充到U型槽中，再将U型槽开口处合口形成O型，从而使药芯包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，成Ф1.2mm的全位置焊接碱性药芯焊丝；
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