CN106624424A - 一种具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝 - Google Patents

一种具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土10～20％、铁酸钙3～8％、金红石0～5％、长石5～6％、氟化铝5～7％、氟化镍3～4％、镁铝合金粉1～3％、锰铁粉1～2％、大理石2～3％、碳酸钡0.5～1％，余量为铁粉。本发明以焙烧铁矾土替代部分金红石，有效提高了焊缝的低温冲击韧性，同时具有易脱渣，飞溅小的优点。

Description

一种具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝
技术领域
本发明涉及药芯技术领域，尤其涉及一种具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝。
背景技术
药芯焊丝是一种高效和高性能焊接材料，具有工艺性能好、熔敷速度快、生产效率高的优点，广泛应用于各个工业化制造的焊接领域。目前大多数药芯焊丝使用金红石作为主要的熔渣成型材料，金红石渣系药芯焊丝具有成型好、易脱渣和飞溅小等优点，且可以实现横向、上向、下向、立向等全位置的焊接。但是金红石渣系药芯焊丝中的Ti在焊接时会过渡到熔敷金属中，降低焊接接头的低温冲击韧性，这对高强钢焊接带来极为不利的影响。因此，研制一种既满足实现全位置焊接，又具备优良低温冲击韧性的高性能药芯焊丝成为亟需解决的问题。
发明内容
本发明提出了一种具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，以焙烧铁矾土替代部分金红石，形成CaO-Al2O3-SiO2和CaO-SiO2-Fe2O32个主要的三元渣系，本发明具有优良的低温冲击韧性，易脱渣，飞溅小，焊接性能优良。
本发明提出的一种具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土10～20％、铁酸钙3～8％、金红石0～5％、长石5～6％、氟化铝5～7％、氟化镍3～4％、镁铝合金粉1～3％、锰铁粉1～2％、大理石2～3％、碳酸钡0.5～1％，余量为铁粉。
优选地，焙烧铁矾土在药芯中的重量百分比为10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％、15％、15.5％、16％、16.5％、17％、17.5％、18％、18.5％、19％、19.5％、20％，铁酸钙在药芯中的重量百分比为3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％，金红石在药芯中的重量百分比为0％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％，长石在药芯中的重量百分比为5％、5.1％、5.2％、5.3％、5.4％、5.5％、5.6％、5.7％、5.8％、5.9％、6％，氟化铝在药芯中的重量百分比为5％、5.2％、5.4％、5.6％、5.8％、6％、6.2％、6.4％、6.6％、6.8％、7％，氟化镍在药芯中的重量百分比为3％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％、3.9％、4％，镁铝合金粉在药芯中的重量百分比为1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3％，锰铁粉在药芯中的重量百分比为1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％，大理石在药芯中的重量百分比为2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3％，碳酸钡在药芯中的重量百分比为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％。
优选地，焙烧铁矾土中包含了Al2O3、SiO2和Fe2O3。
优选地，Al2O3、SiO2和Fe2O3在焙烧铁矾土中所占的重量百分数为80～90％。
优选地，Fe2O3在焙烧铁矾土中所占的重量百分数10～15％。
优选地，焙烧铁矾土中还包括CaO、MgO、TiO2、P和S中的一种或多种。
优选地，焙烧铁矾土中P和S含量不超过1％。
优选地，焙烧铁矾土的粒径为5～30mm。
优选地，焙烧铁矾土的粒径为10～15mm。
优选地，药芯填充率为17～23％，药芯填充率是指药芯占药芯焊丝的重量百分数。
优选地，焙烧铁矾土和铁酸钙的重量比为2～4：1。
优选地，镁铝合金粉、锰铁粉、大理石和碳酸钡的重量比为2：1.5：2.5：0.75。
优选地，所述焙烧铁矾土采用铁矾土在900～1000℃下焙烧1～2h制得，焙烧一方面是为了去除铁矾土中多余的水分，另一方面是使铁矾土分解成包含γ-Al2O3和SiO2以及Fe2O3的混合物。
优选地，焙烧铁矾土14～18％、铁酸钙4～6％、金红石0～3％、长石5.2～5.8％、氟化铝5.5～6.5％、氟化镍3.4～3.6％、镁铝合金粉1.5～2.5％、锰铁粉1.3～1.6％、大理石2.3～2.7％、碳酸钡0.65～0.85％，余量为铁粉。
优选地，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土15％、铁酸钙5％、金红石1.5％、长石5.5％、氟化铝6％、氟化镍3.5％、镁铝合金粉2％、锰铁粉1.5％、大理石2.5％、碳酸钡0.75％，余量为铁粉。
各原料在本发明中的作用：
焙烧铁矾土：以Al2O3-SiO2形式结合的矿物存在，在950℃左右受热分解成γ-Al2O3和SiO2以及其它物质。γ-Al2O3一种表面疏松、多细孔结构的比表面大的活性氧化铝。SiO2具有一定的化渣作用。焙烧铁矾土中另一个主要成分是Fe2O3，具有很强的化渣、造渣能力，并且增加了药芯的氧化特性。
铁酸钙：受热分解为CaO和Fe2O3，是一种理想的无氟复合造渣剂，降低了熔渣的粘性，增强了流动性。
金红石：造渣剂，主要成分为TiO2。
长石：长石精矿为白色粉末状，长石精矿中Si02的含量一般在70％左右，同时含有Al2O3，Na2O和K2O等氧化物，可以使焊接电弧变得柔软，起到稳弧作用。
氟化铝和氟化镍：作为造气剂，能提高焊丝的焊接性能，两者配合使用，协同作用，大幅提高了焊缝金属中扩散氢含量，镍增强了焊缝的冲击韧性，同时飞溅和烟尘也得到改善。
镁铝合金粉：一方面作为脱氧剂，另一方面起到固氮作用，形成稳定的氮化物，使焊丝固溶强化，改善焊丝的力学强度。
锰铁粉：主要成分为Mn，形成MnO-SiO2夹杂物，有利熔渣的熔点和粘度降低，利于快速化渣，避免滞熔现象。
大理石、碳酸钡：包含碱土金属Ca和Ba，两者与氧有很强的亲和力，与Mg协同作用，Ca、Mg、Ba在高温下互溶，Ba能降低Ca、Mg的蒸气压，明显减少Ca、Mg的氧化和蒸发，提高Ca、Mg、Ba的利用率，延长含Ca、Mg、Ba合金反应的时间，提高合金的脱氧、脱硫能力。
铁粉：其作用是提高药芯焊丝熔敷速度，调节堆焊金属的成分，形成焊缝金属。
本发明中，以焙烧铁矾土替代部分金红石，降低了焊缝金属中Ti含量，提高了焊缝接头的韧性，焙烧铁矾土形成以CaO-Al2O3-SiO2和CaO-SiO2-Fe2O3为主的三元渣系，其中Al2O3主要为γ-Al2O3，其为表面疏松、多细孔结构的比表面大的活性氧化铝，降低了熔渣的粘度，细化熔滴，SiO2具有一定的化渣作用，焙烧铁矾土中另一个主要成分是Fe2O3，具有很强的化渣、造渣能力，净化熔渣，焊接时易脱渣，有效减小、减少飞溅，并且增加了熔渣的氧化特性；焙烧铁矾土与铁酸钙配合使用，使焊接过程中形成具有良好的流动性、碱度以及氧化性的熔渣，有利于脱硫、脱磷，有效抑制了冷裂纹的出现，进一步提高了焊缝的低温冲击韧性；氟化铝和氟化镍作为造气剂，两者协同作用，有效抑制了氢在焊缝金属中扩散，有利于熔滴过渡，细化熔滴，促进针状铁素体的形成，增强了焊缝的冲击韧性，镍降低脆性转变温度；与Al合理搭配，可有效控制焊缝金属的相转变过程，从而兼顾抗裂性和拉伸强度；长石起到脱氧和强化焊缝的作用，同时提高了电弧的有效电离度，在焊丝表面形成阴极斑点，使电弧在焊接过程中易于上爬从而稳定电弧；锰铁粉、大理石和碳酸钡配合使用，不仅提高了敷熔金属的脱氧能力，有限降低了焊缝中的氧含量，提高了焊缝的焊接性能，而且三者配合使用提高了Ca、Mg、Ba的利用率，提高Ca、Mg、Ba的利用率，间接降低了生产成本。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，其特征在于，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土20％、铁酸钙6％、金红石1％、长石5％、氟化铝5％、氟化镍3％、镁铝合金粉3％、锰铁粉2％、大理石2％、碳酸钡1％，余量为铁粉。
实施例2
一种具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土10％、铁酸钙8％、长石5.5％、氟化铝6％、氟化镍3.5％、镁铝合金粉1.5％、锰铁粉1％、大理石2.5％、碳酸钡0.5％，余量为铁粉；在焙烧铁矾土中，Al2O3、SiO2和Fe2O3所占的重量百分数为85％，Fe2O3所占的重量百分数10％。
实施例3
一种具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土15％、铁酸钙6％、金红石3％、长石6％、氟化铝7％、氟化镍4％、镁铝合金粉1％、锰铁粉1.3％、大理石3％、碳酸钡0.65％，余量为铁粉；在焙烧铁矾土中，Al2O3、SiO2和Fe2O3所占的重量百分数为80％，Fe2O3所占的重量百分数12％，焙烧铁矾土在900℃下焙烧2h。
实施例4
一种具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土14％、铁酸钙4％、金红石1.5％、长石5.2％、氟化铝5.5％、氟化镍3.4％、镁铝合金粉2.5％、锰铁粉1.6％、大理石2.3％、碳酸钡0.65％，余量为铁粉，在焙烧铁矾土中，Al2O3、SiO2和Fe2O3所占的重量百分数为90％，Fe2O3所占的重量百分数15％，焙烧铁矾土在1000℃下焙烧1h，焙烧铁矾土的粒径为5mm。
实施例5
一种具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，其特征在于，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土10％、铁酸钙6％、金红石5％、长石5.8％、氟化铝6.5％、氟化镍3.6％、镁铝合金粉1.5％、锰铁粉1.3％、大理石2.7％、碳酸钡0.85％，余量为铁粉，在焙烧铁矾土中，Al2O3、SiO2和Fe2O3所占的重量百分数为85％，Fe2O3所占的重量百分数10％，焙烧铁矾土在900℃下焙烧2h，焙烧铁矾土的粒径为20mm。
实施例6
一种具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土16％、铁酸钙4％、金红石1.5％、长石5.5％、氟化铝6％、氟化镍3.5％、镁铝合金粉2％、锰铁粉1.5％、大理石2.5％、碳酸钡0.75％，余量为铁粉，在焙烧铁矾土中，Al2O3、SiO2和Fe2O3所占的重量百分数为80％，Fe2O3所占的重量百分数12％，焙烧铁矾土在950℃下焙烧1.5h，焙烧铁矾土的粒径为15mm；
将前述各药芯原料混合均匀后加入U形低碳钢带槽中，填充率为17％，将U形槽合口，使药粉包裹其中，然后经拉拔、减径后得到最终的药芯焊丝。
实施例7
一种具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土10％、铁酸钙5％、金红石1.5％、长石5.5％、氟化铝6％、氟化镍3.5％、镁铝合金粉2％、锰铁粉1.5％、大理石2.5％、碳酸钡0.75％，余量为铁粉，在焙烧铁矾土中，Al2O3、SiO2和Fe2O3所占的重量百分数为85％，Fe2O3所占的重量百分数12％，焙烧铁矾土在900℃下焙烧1h，焙烧铁矾土的粒径为30mm；
将前述各药芯原料混合均匀后加入U形低碳钢带槽中，填充率为23％，将U形槽合口，使药粉包裹其中，然后经拉拔、减径后得到最终的药芯焊丝。
实施例8
一种具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，其特征在于，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土15％、铁酸钙5％、金红石1.5％、长石5.5％、氟化铝6％、氟化镍3.5％、镁铝合金粉2％、锰铁粉1.5％、大理石2.5％、碳酸钡0.75％，余量为铁粉，在焙烧铁矾土中，Al2O3、SiO2和Fe2O3所占的重量百分数为90％，Fe2O3所占的重量百分数15％，焙烧铁矾土在100℃下焙烧1.5h，焙烧铁矾土的粒径为10mm；
将前述各药芯原料混合均匀后加入U形低碳钢带槽中，填充率为20％，将U形槽合口，使药粉包裹其中，然后经拉拔、减径后得到最终的药芯焊丝。
对实施例6-8制得的药芯焊丝进行性能测试，测试数据如下表所示：
从上表可以看出，本发明使用焙烧铁矾土代替部分金红石，焊缝具有较好的延伸率，在-40℃冲击功大于47J，低温冲击韧性大幅提高，焊接性能良好，飞溅率低。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，其特征在于，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土10～20％、铁酸钙3～8％、金红石0～5％、长石5～6％、氟化铝5～7％、氟化镍3～4％、镁铝合金粉1～3％、锰铁粉1～2％、大理石2～3％、碳酸钡0.5～1％，余量为铁粉。
2.根据权利要求1所述的具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，其特征在于，焙烧铁矾土中包含Al2O3、SiO2和Fe2O3；优选地，Al2O3、S iO2和Fe2O3在焙烧铁矾土中所占的重量百分数为80～90％。
3.根据权利要2所述的具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，其特征在于，Fe2O3在焙烧铁矾土中所占的重量百分数10～15％。
4.根据权利要求1所述的具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，其特征在于，焙烧铁矾土和铁酸钙的重量比为2～4：1。
5.根据权利要求1所述的具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，其特征在于，镁铝合金粉、锰铁粉、大理石和碳酸钡的重量比为2：1.5：2.5：0.75。
6.根据权利要求1所述的具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，其特征在于，所述焙烧铁矾土采用铁矾土在900～1000℃下焙烧1～2h制得。
7.根据权利要求1所述的具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，其特征在于，焙烧铁矾土的粒径为5～30mm；优选地，焙烧铁矾土的粒径为10～15mm。
8.根据权利要求1所述的具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，其特征在于，药芯填充率为17～23％。
9.根据权利要求1-8任一项所述的具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，其特征在于，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土14～18％、铁酸钙4～6％、金红石0～3％、长石5.2～5.8％、氟化铝5.5～6.5％、氟化镍3.4～3.6％、镁铝合金粉1.5～2.5％、锰铁粉1.3～1.6％、大理石2.3～2.7％、碳酸钡0.65～0.85％，余量为铁粉。
10.根据权利要求9所述的具有优良低温冲击韧性的药芯焊丝，其特征在于，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土15％、铁酸钙5％、金红石1.5％、长石5.5％、氟化铝6％、氟化镍3.5％、镁铝合金粉2％、锰铁粉1.5％、大理石2.5％、碳酸钡0.75％，余量为铁粉。
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CN113441876A (zh) * 2021-07-20 2021-09-28 桂林航天工业学院 压力容器用气体保护药芯焊丝及其制备方法

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