CN106392362A - 超低氢型酸性药芯焊丝 - Google Patents

超低氢型酸性药芯焊丝 Download PDF

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CN106392362A CN201611163806.8A CN201611163806A CN106392362A CN 106392362 A CN106392362 A CN 106392362A CN 201611163806 A CN201611163806 A CN 201611163806A CN 106392362 A CN106392362 A CN 106392362A
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Abstract

本发明公开了一种超低氢型酸性药芯焊丝，本发明药芯焊丝具有优异的焊接工艺性能，其熔敷金属的机械性能优异且稳定，其熔敷金属的扩散氢含量降低到超低氢水平(≤3ml/100g，水银法)，因而焊缝具有良好的抗冷裂性能。

Description

超低氢型酸性药芯焊丝
技术领域
本发明属于焊接材料领域，特别涉及一种超低氢型酸性药芯焊丝。
背景技术
近年来，药芯焊丝凭借高效、节能等一系列优点，被广泛应用于造船、钢结构、石油化工等领域。但是焊缝中氢的存在会造成气孔、裂纹、白点及脆断等工艺缺陷，因而需要尽量降低焊缝中的氢含量。而这样的焊接主要采用碱性渣系的超低氢型药芯焊丝，但这种焊丝在以CO2作保护气体时熔渣流动性过大，熔滴过渡形式为粗颗粒过渡，操作手感和焊接工艺性能极差，难以完成立、横位置的焊接。而采用普通的酸性渣系的药芯焊丝，其焊接工艺性能优异，但药粉中含有大量的金红石、硅铝酸盐和其他酸性氧化物，这不但提高了电弧稳定性，使电弧柔软，而且会使液态金属与熔渣的界面张力降低，促使熔滴颗粒变小，易形成喷射过渡，适用于全位置焊接。但酸性药芯焊丝存在的一个最大的问题是焊缝金属的低温冲击韧性很差。随着工业装备向超低氢、高韧性发展，迫切需要一种焊接工艺性能优良、扩散氢含量较低的药芯焊丝。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种超低氢型酸性药芯焊丝，所述药芯焊丝在焊接时不但具有优异的工艺性能，而且可获得超低的扩散氢含量及优异的低温冲击韧性。
本发明的技术方案是：一种超低氢型酸性药芯焊丝，由焊药和钢带构成，所述焊药包裹于钢带内，所述焊药占焊丝总重量的10～20％，；所述钢带是低P、S钢带；以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低P、S钢带的组分如下：
C：0.010～0.030％；
Si：0.01～0.03％；
Mn：0.10～0.30％；
Al：0.005～0.035％；
P：0.005～0.010％；
S：0.005～0.010％；
Fe：余量；
以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
TiO2：30～60％；
SiO2：1～10％；
ZrO2：0.5～5.0％；
氟化物：0.1～5.0％；
Na2O：0.1～5.0％；
K2O：0.1～5.0％；
Al+Mg：1～8％；
C：0.01～0.20％；
Mn：8～20％；
Si：0.5～5.0％；
Ti：0.1～5.0％；
B：0.01～0.10％；
Fe：余量。
优选的，以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
TiO2：35～55％；
SiO2：3～8％；
ZrO2：0.5～3.0％；
氟化物：1～5％；
Na2O：0.1～2.0％；
K2O：0.1～3.0％；
Al+Mg：1～8％；
C：0.05～0.20％；
Mn：12～20％；
Si：0.5～5.0％；
Ti：0.1～5.0％；
B：0.01～0.10％；
Fe：余量。
优选的，所述超低氢型酸性药芯焊丝，以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低P、S钢带的组分如下：
C：0.022～0.026％；
Si：0.015～0.026％；
Mn：0.14～0.25％；
Al：0.022～0.033％；
P：0.006～0.08％；
S：0.005～0.007％；
Fe：余量；
以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
TiO2：40.1～48.1％；
SiO2：3.6～5.4％；
ZrO2：1.6～3.2％；
氟化物：1.5～3.6％；
Na2O：0.42～0.84％；
K2O：1.4～2.5％；
Al+Mg：4.1～4.4％；
C：0.12～0.14％；
Mn：15.1～16.4％；
Si：2.0～2.3％；
Ti：1.9～2.6％；
B：0.06～0.10％；
Fe：余量。
所述氟化物至少包括NaF、CaF2、BaF2、Na3AlF6、K3AlF6、K2SiF6、LiF中的一种或多种。
以重量百分比计，所述焊丝的熔敷金属的组分包括：C：0.049～0.056％；Mn：1.25～1.35％；Si：0.43～0.48％；P：0.011～0.014％；S：0.005～0.008％；Ti：0.046～0.060％；Al：0.001～0.003％。
具体分析本发明中焊药各组分在药芯焊丝中各自发挥的作用如下：
氧化物(包括TiO2、SiO2、ZrO2、Na2O和K2O)的主要作用是造渣、稳弧，美化焊缝，提高脱渣性。氧化物过少时，焊接工艺性能较差，不易形成短渣，对立、横位置不利，氧化物过多时，焊缝含氧量提高，降低了低温韧性。
氟化物(可包括NaF、CaF2、BaF2、Na3AlF6、K3AlF6、K2SiF6、LiF等)的主要作用为造渣和脱氢，另外还可调节粘度，提高熔渣的覆盖性，氟化物过少时，脱氢作用不大，氟化物过多时，焊接烟尘量明显增大，电弧不稳，同时氟化物也具有一定的稀渣能力。
铝和镁的主要作用是脱氧。
碳的主要作用是提供适当的力学性能。
锰的主要作用是脱氧、脱硫和向焊缝中过渡合金元素。
硅的主用作用是通过硅锰联合脱氧，这样脱氧效果更佳，同时过渡合金元素。
微量的Ti和B的主要作用是向焊缝中过渡合金元素，通过Ti和B的复合来细化晶粒，从而提高力学性能。
本发明采用低P、S的钢带，因而具有优异的抗热裂性能；药芯采用TiO2-SiO2酸性渣系，因而具有十分优异的焊接工艺性能；对焊药进行烘干，并利用适量的氟化物进行脱氢处理，因而可将熔敷金属的扩散氢含量降低到超低氢水平(≤3ml/100g，水银法)；熔敷金属的机械性能优异且稳定，尤其是低温冲击韧性。
本发明的有益效果是：本发明的药芯焊丝焊接电弧稳定，焊缝外形美观，具有优异的焊接工艺性能，其熔敷金属的机械性能优异且稳定，其熔敷金属的扩散氢含量降低到超低氢水平(≤3ml/100g，水银法)，因而焊缝具有良好的抗冷裂性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本发明由钢带和焊药组成，焊药包裹在钢带内，采用低P、S的碳钢钢带，其钢带组分(重量百分比％)如下表：
焊药占焊丝总重量的比例为10％～20％，其焊药组分(重量百分比％)如下表：
TiO2 SiO2 ZrO2 氟化物 Na2O K2O Al+Mg
30-60 1-10 0.5-5.0 0.1-5.0 0.1-5.0 0.1-5.0 1-8
C Mn Si Ti B Fe /
0.01-0.20 8-20 0.5-5.0 0.1-5.0 0.01-0.10 余量 /
更好的焊药组分(重量百分比％)优选如下表：
更优选的，所述超低氢型酸性药芯焊丝，以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低P、S钢带的组分如下：
C：0.022～0.026％；
Si：0.015～0.026％；
Mn：0.14～0.25％；
Al：0.022～0.033％；
P：0.006～0.08％；
S：0.005～0.007％；
Fe：余量；
以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
TiO2：40.1～48.1％；
SiO2：3.6～5.4％；
ZrO2：1.6～3.2％；
氟化物：1.5～3.6％；
Na2O：0.42～0.84％；
K2O：1.4～2.5％；
Al+Mg：4.1～4.4％；
C：0.12～0.14％；
Mn：15.1～16.4％；
Si：2.0～2.3％；
Ti：1.9～2.6％；
B：0.06～0.10％；
Fe：余量。
实施例1：
采用焊丝生产行业内通用的制造工艺，按表1-1的钢带组分制作钢带(即外皮)，按照表1-2的焊药配方进行配制并将焊药包裹于钢带内(overlap)：
表1-1：钢带组分(％)
C Si Mn Al P S Fe
0.022 0.015 0.14 0.022 0.006 0.005 余量
表1-2：焊药配方(％)
TiO2 SiO2 ZrO2 氟化物 Na2O K2O Al+Mg
40.1 5.4 3.2 2.6 0.84 2.5 4.1
C Mn Si Ti B Fe
0.12 16.0 2.0 2.6 0.06 余量
其熔敷金属化学成分见表1-3，力学性能及扩散氢含量(水银法)见表1-4：
表1-3：熔敷金属化学成分(％)
C Mn Si P S Ti Al
0.050 1.33 0.45 0.011 0.005 0.060 0.002
表1-4：力学性能及扩散氢含量
实施例2：
采用与实施例1相同的焊丝制造方法，按表2-1的钢带组分及表2-2的焊药配方进行配制：
表2-1：钢带组分(％)
C Si Mn Al P S Fe
0.023 0.017 0.17 0.025 0.006 0.006 余量
表2-2：焊药配方(％)
TiO2 SiO2 ZrO2 氟化物 Na2O K2O Al+Mg
42.4 4.8 2.6 3.6 0.54 2.2 4.2
C Mn Si Ti B Fe
0.13 15.1 2.1 2.0 0.06 余量
其熔敷金属化学成分见表2-3，力学性能及扩散氢含量(水银法)见表2-4：
表2-3：熔敷金属化学成分(％)
表2-4：力学性能及扩散氢含量
实施例3：
采用与实施例1相同的焊丝制造方法，按表3-1的钢带组分及表3-2的焊药配方进行配制：
表3-1：钢带组分(％)
C Si Mn Al P S Fe
0.024 0.020 0.19 0.027 0.007 0.005 余量
表3-2：焊药配方(％)
TiO2 SiO2 ZrO2 氟化物 Na2O K2O Al+Mg
44.5 3.6 1.8 1.8 0.48 1.8 4.4
C Mn Si Ti B Fe
0.14 15.6 2.2 2.3 0.06 余量
其熔敷金属化学成分见表3-3，力学性能及扩散氢含量(水银法)见表3-4：
表3-3：熔敷金属化学成分(％)
C Mn Si P S Ti Al
0.056 1.35 0.43 0.011 0.005 0.054 0.001
表3-4：力学性能及扩散氢含量
实施例4：
采用与实施例1相同的焊丝制造方法，按表4-1的钢带组分及表4-2的焊药配方进行配制：
表4-1：钢带组分(％)
C Si Mn Al P S Fe
0.025 0.023 0.23 0.029 0.008 0.006 余量
表4-2：焊药配方(％)
TiO2 SiO2 ZrO2 氟化物 Na2O K2O Al+Mg
46.2 4.2 1.6 1.5 0.45 1.6 4.3
C Mn Si Ti B Fe
0.13 16.4 2.2 1.9 0.06 余量
其熔敷金属化学成分见表4-3，力学性能及扩散氢含量(水银法)见表4-4：
表4-3：熔敷金属化学成分(％)
C Mn Si P S Ti Al
0.051 1.34 0.48 0.013 0.008 0.048 0.003
表4-4：力学性能及扩散氢含量
实施例5：
采用与实施例1相同的焊丝制造方法，按表5-1的钢带组分及表5-2的焊药配方进行配制：
表5-1：钢带组分(％)
C Si Mn Al P S Fe
0.026 0.026 0.25 0.033 0.008 0.007 余量
表5-2：焊药配方(％)
其熔敷金属化学成分见表5-3，力学性能及扩散氢含量(水银法)见表5-4：
表5-3：熔敷金属化学成分(％)
C Mn Si P S Ti Al
0.049 1.31 0.44 0.011 0.007 0.054 0.003
表5-4：力学性能及扩散氢含量
上述实验可见，本发明药芯焊丝具有优异的焊接工艺性能，其熔敷金属的机械性能优异且稳定，尤其是-20℃冲击韧性。其熔敷金属的扩散氢含量降低到超低氢水平(≤3ml/100g，水银法)，因而焊缝具有良好的抗冷裂性能。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种超低氢型酸性药芯焊丝，由焊药和钢带构成，所述焊药包裹于钢带内，其特征在于，所述焊药占焊丝总重量的10～20％，所述钢带是低P、S钢带；以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低P、S钢带的组分如下：
C：0.010～0.030％；
Si：0.01～0.03％；
Mn：0.10～0.30％；
Al：0.005～0.035％；
P：0.005～0.010％；
S：0.005～0.010％；
Fe：余量；
以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
TiO2：30～60％；
SiO2：1～10％；
ZrO2：0.5～5.0％；
氟化物：0.1～5.0％；
Na2O：0.1～5.0％；
K2O：0.1～5.0％；
Al+Mg：1～8％；
C：0.01～0.20％；
Mn：8～20％；
Si：0.5～5.0％；
Ti：0.1～5.0％；
B：0.01～0.10％；
Fe：余量。
2.根据权利要求1所述的超低氢型酸性药芯焊丝，其特征在于，以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
TiO2：35～55％；
SiO2：3～8％；
ZrO2：0.5～3.0％；
氟化物：1～5％；
Na2O：0.1～2.0％；
K2O：0.1～3.0％；
Al+Mg：1～8％；
C：0.05～0.20％；
Mn：12～20％；
Si：0.5～5.0％；
Ti：0.1～5.0％；
B：0.01～0.10％；
Fe：余量。
3.根据权利要求1所述的超低氢型酸性药芯焊丝，其特征在于，所述超低氢型酸性药芯焊丝，以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述低P、S钢带的组分如下：
C：0.022～0.026％；
Si：0.015～0.026％；
Mn：0.14～0.25％；
Al：0.022～0.033％；
P：0.006～0.08％；
S：0.005～0.007％；
Fe：余量；
以焊药总重量为基准，按重量百分比计，所述焊药的组分如下：
TiO2：40.1～48.1％；
SiO2：3.6～5.4％；
ZrO2：1.6～3.2％；
氟化物：1.5～3.6％；
Na2O：0.42～0.84％；
K2O：1.4～2.5％；
Al+Mg：4.1～4.4％；
C：0.12～0.14％；
Mn：15.1～16.4％；
Si：2.0～2.3％；
Ti：1.9～2.6％；
B：0.06～0.10％；
Fe：余量。
4.根据权利要求1～3任一所述的超低氢型酸性药芯焊丝，其特征在于，以重量百分比计，所述焊丝的熔敷金属的组分包括：C：0.049～0.056％；Mn：1.25～1.35％；Si：0.39～0.48％；P：0.011～0.014％；S：0.005～0.008％；Ti：0.046～0.060％；Al：0.001～0.003％。
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