CN106563890A - 一种成本较低廉的高性能镍基特种焊丝 - Google Patents

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Abstract

一种成本较低廉的高性能镍基特种焊丝，该焊丝中的Ni含量为55-70wt%，该焊丝的药芯化学成分（占焊丝重量%）包括：烧结粉：5.0~9.0，Fe3O4：0.21~0.7，TiO2：0.15~1.0，Al：0.15~0.5，Ti：0~0.4，Si：0.1~0.5，Mn：2.0~3.5，Mo：0~0.4，Ni：0.5~1.1，Cr：0.1~0.4，Cu：0~0.3，Fe：1.10~2.0，以上各药芯化学成分的组合占焊丝重量的：13.0~15.5%。按照本发明的配方配制并加工的药芯粉料制作的药芯焊丝，可在气保护下焊接，满足船舶与海洋工程应用要求。

Description

一种成本较低廉的高性能镍基特种焊丝
技术领域
本发明涉及到一种镍基焊接材料，尤其是是涉及船舶与海洋工程合金钢配套CO2气体保护镍基药芯焊丝。
背景技术
船舶与海洋工程应用Ni-Cr合金钢的场合较多，其在海水中的自然浸泡电位较C-Mn合金系的B级船体钢高，如继续应用C-Mn合金系的CO2气体保护药芯焊丝进行焊接，焊缝金属电位较Ni-Cr合金低，其结果是在海水中形成母材为大阴极、焊缝为小阳极的腐蚀电偶，势必加快焊缝的腐蚀。鉴于此，需要药芯焊丝所形成的焊缝海水中自然浸泡电位与Ni-Cr合金钢匹配。另一方面，这样的药芯焊丝焊接C-Mn合金系的B级船体钢时，由于所形成的焊缝的电位比母材高，其结果是在海水中形成母材为大阳极、焊缝为小阴极的接头，成为在母材均匀腐蚀的情况下，焊缝受到保护的有利局面。
发明内容
本发明的目的在于为船舶与海洋工程应用Ni-Cr合金钢提供腐蚀性能配套的CO2气体保护焊接用镍基药芯焊丝及其制备方法。
按照本发明的配方配制并加工的药芯粉料制作的镍基药芯焊丝，可以在CO2气保护的条件下焊接，且满足船舶与海洋工程应用Ni-Cr合金焊接之如下技术要求：
①熔敷金属成分(wt％)
C Mn Si S P Cr Ni Cu
≤0.06 ≥0.80 ≤0.50 ≤0.025 ≤0.025 ≥0.20 ≥0.80 0～0.5
②熔敷金属海水自然浸泡电位：≥-710mV(相对甘汞电极)；
③熔敷金属力学性能：符合对应强度级别的船舶与海洋工程应用Ni-Cr合金钢配套技术要求。
如在中国船级社(CCS)的3y级要求下，熔敷金属力学性能指标如下：
屈服强度Rel，MPa 抗拉强度Rm，MPa A，％ Akv，J(-20℃)
≥400 ≥480 ≥22 ≥47
根据以上考虑，本发明提供一种船舶与海洋工程合金钢配套CO2气体保护镍基药芯焊丝，其中：
1)药芯渣系采用钛-氟-铝原位反应渣系，该焊丝的药芯化学成分(占焊丝重量％)包括：
烧结粉：4.5～9.0，
Fe3O4：0.21～0.7，
TiO2：0.15～1.0，
Al：0.15～0.5，
Ti：0～0.4，
Si：0.1～0.5，
Mn：2.0～3.5，
Mo：0～0.4，
Ni：0.5～1.1，
Cr：0.1～0.4，
Cu：0～0.3，
Fe：1.0～2.0，
以上各药芯化学成分的组合占焊丝重量的：13.0～15.5％，该焊丝中的Ni含量为55-70wt％。
其中，烧结粉由以下材料配制并加工而成：
①烧结粉组成(重量，％)
TiO2：30～80、SiO2：8～15、MgO：1～7、氟化物MgF2+NaF的组合(在该组合物中，MgF2≤40％)：1～7、ZrO2：1～7、Al2O3：2～10、K2O+Na2O的组合(在该组合物中，K2O≤40wt％)：0～5。
②烧结粉的制备：按上述配方配粉后充分混拌，然后经900℃高温除水、烧结；将烧结后的混合料破碎到一定颗粒度后备用。
2)上述药芯在焊接过程中所形成的熔渣中的Al2O3组分重量的50％以上来自药芯配方所安排的Al与Fe3O4及CO2等氧化剂的原位反应产物。
在上述药芯粉料(含烧结粉)组成物中，各组分的主要作用如下：
(1)Ni、Cr、Cu的主要作用是提高焊缝海水中自然浸泡电位。
(2)Al与Fe3O4等反应，由此带来附加反应热改善电弧性能以及反应产物改善渣的物理性能等(钛-氟-铝原位反应渣系特征之一)。
(3)TiO2起造渣与稳弧的作用等。
(4)K2O、Na2O主要起稳弧的作用等。
(5)氟化物的主要作用是提高焊丝的抗气孔性等。
(6)K2O、Na2O和氟化物还起烧结剂的作用。
(7)MgO与氟化物一起维持熔渣一定的碱度，以使焊缝金属获得足够的韧性。
(8)SiO2、Al2O3、ZrO2等的作用是造渣与改善渣的性能作用等。
(9)Ti、Si、Mn的主要作用是脱氧与合金化焊缝金属，而Mo(还有Ni)的主要作用是强化与韧化焊缝金属等。
本发明所述药芯焊丝达到的技术效果是：按上述技术生产的药芯焊丝的熔敷金属力学性能达到技术指标要求(CO2气体保护)：
具体实施方式
实施例：
根据本发明的药芯焊丝药芯粉料的化学成分及制作工艺要求，制作三批药芯焊丝，三批焊丝所采用的钢带和药芯粉料的成分如表1所示。三批焊丝所施焊的母材及施焊工艺参数如表2所示。施焊后对所得的熔敷金属进行了力学性能测试与海水自然浸泡电位测定，测试结果如表3所示。
表1实施例——镍基药芯焊丝钢带成分及药芯组成(重量，％)
表2实施例——镍基药芯焊丝施焊母材及焊接工艺参数
表3实施例——镍基药芯焊丝熔敷金属性能
注：夏比冲击功为五个试样的平均值。
上述各实施例的配方配制并加工的药芯粉料制作的药芯焊丝，可以在CO2气保护的条件下焊接，且满足船舶与海洋工程应用Ni-Cr合金焊接之如下技术要求：
①熔敷金属成分(wt％)
C Mn Si S P Cr Ni Cu
≤0.06 ≥0.80 ≤0.50 ≤0.025 ≤0.025 ≥0.20 ≥0.80 0～0.5
②熔敷金属海水自然浸泡电位：≥-710mV(相对甘汞电极)；
③熔敷金属力学性能：符合对应强度级别的船舶与海洋工程应用Ni-Cr合金钢配套技术要求。
如在中国船级社(CCS)的3y级要求下，熔敷金属力学性能指标如下：
Rel，MPa Rm，MPa A，％ Akv，J(-20℃)
≥400 ≥480 ≥22 ≥47

Claims (4)

1.一种镍基焊丝，该焊丝为药芯焊丝，其特征在于，该焊丝中的Ni含量为55-70 wt%，焊丝的药芯化学成分（占焊丝的wt%）包括：
烧结粉：5.0~9.0，
Fe3O4：0.21~0.7，
TiO2：0.15~1.0，
Al：0.15~0.5，
Ti：0~0.4，
Si：0.1~0.5，
Mn：2.0~3.5，
Mo：0~0.4，
Ni：0.5~1.1，
Cr：0.1~0.4，
Cu：0~0.3，
Fe：1.10~2.0。
2.根据权利要求1所述的焊丝，其特征在于，所述的各药芯化学成分的组合占焊丝重量的：13.0~15.5%。
3.根据权利要求1所述的焊丝，其特征在于，所述烧结粉包括如下组份（wt%）：
TiO2：30~80，
SiO2：8~15，
MgO：1~7，
MgF2+NaF：1~7，
ZrO2：1~7，
Al2O3：2~10，
K2O+Na2O：0~5。
4.根据权利要求1所述的焊丝的制备方法，其特征在于，包括所述烧结粉的制备方法：按上述配方配粉后充分混拌，然后经905℃高温除水、烧结；将烧结后的混合料破碎到一定颗粒度后备用。
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