CN106624446A - 一种490MPa级高强度钢用双气体保护药芯焊丝 - Google Patents

一种490MPa级高强度钢用双气体保护药芯焊丝 Download PDF

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CN106624446A CN201611163872.5A CN201611163872A CN106624446A CN 106624446 A CN106624446 A CN 106624446A CN 201611163872 A CN201611163872 A CN 201611163872A CN 106624446 A CN106624446 A CN 106624446A
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Abstract

本发明公开了一种490MPa级高强度钢用双气体保护药芯焊丝，本发明药芯焊丝采用100％CO2及80％Ar+20％CO2作保护气体进行焊接时，均能获得优异的焊接工艺性能及熔敷金属机械性能，因而能够在亚洲及欧洲通用。

Description

一种490MPa级高强度钢用双气体保护药芯焊丝
技术领域
本发明属于焊接材料领域，特别涉及一种490MPa级高强度钢用双气体保护药芯焊丝。
背景技术
气保焊中保护气体的功能是保护熔融金属免受周围空气的影响及提供给电弧合适的条件。如果空气与熔融金属接触，空气中的氧会氧化金属，氮可能会引起气孔或使焊缝金属变脆，以及空气中的水分也会引起气孔。保护气体的成分会影响到材料的过渡，因而会影响到飞溅的数量及大小，也会影响到焊道的外观、焊缝形状及合金元素的烧损。
一般而言，用纯CO2作保护气体，电弧稳定性较差，熔滴呈非轴向过渡，飞溅较大，焊缝成型较差，合金元素的过渡系数较低，但CO2气体的价格非常便宜；而在Ar气体中加入少量的氧化性气体(一般为CO2)，可显著提高电弧稳定性，使熔滴细化，有利于改善焊缝成型，同时合金元素的过渡系数也较高，但混合气的价格贵，成本高。
由于全球各地产业结构的不同及保护气价格的差异，亚洲药芯焊丝的MAG焊主要采用CO2保护气，而欧洲则主要是用混合气体(Ar-CO2系列)的场合居多。为了使490MPa级高强度钢用药芯焊丝能够在亚洲及欧洲通用，因此需要开发一种既可采用CO2，也可采用Ar+CO2作保护气体进行焊接的药芯焊丝。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种490MPa级高强度钢用双气体保护药芯焊丝，本发明在采用100％CO2及80％Ar+20％CO2作保护气体进行焊接时，均可获得优异的焊接工艺性能及熔敷金属机械性能，因而能够在亚洲及欧洲通用。
本发明的技术方案是：一种490MPa级高强度钢用双气体保护药芯焊丝，由焊药和钢带构成，焊药包裹于钢带内，所述焊药占焊丝总重量的10～20％；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：0.1～3.0％；
Na2O：0.05～5.00％；
K2O：0.1～4.0％；
Al+Mg：1～8％；
C：0.01～0.15％；
Mn：6～16％；
Si：0.5～5.0％；
Ti：0.1～5.0％；
B：0.01～0.08％；
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：
TiO2：40～50％；
SiO2：2～8％；
ZrO2：1～3％；
氟化物：0.1～3.0％；
Na2O：0.05～3.00％；
K2O：0.1～4.0％；
Al+Mg：2～7％；
C：0.05～0.15％；
Mn：8～16％；
Si：0.5～5.0％；
Ti：0.1～5.0％；
B：0.01～0.08％；
Fe：余量。
优选的，所述490MPa级高强度钢用双气体保护药芯焊丝，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：0.019～0.027％；
Mn：0.21～0.29％；
Al：0.018～0.030％；
P：0.007～0.008％；
S：0.005～0.006％；
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：
TiO2：43.6～45.2％；
SiO2：3.2～5.1％；
ZrO2：1.0～2.4％；
氟化物：1.6～2.2％；
Na2O：0.39～0.65％；
K2O：0.19～0.36％；
Al+Mg：3.3～4.3％；
C：0.10～0.12％；
Mn：12.8～13.6％；
Si：2.3～2.7％；
Ti：2.2～2.5％；
B：0.02～0.026％；
Fe：余量。
所述氟化物至少包括NaF、CaF2、BaF2、Na3AlF6、K3AlF6、K2SiF6、LiF中的一种。
按照重量百分比，所述490MPa级高强度钢用双气体保护药芯焊丝的熔敷金属的化学成分包括：
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，对低温韧性不利。
氟化物(包括NaF、CaF2、BaF2、Na3AlF6、K3AlF6、K2SiF6、LiF)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，可获得优异的抗裂性。本发明在采用100％CO2及80％Ar+20％CO2作保护气体时，均可获得优异的焊接工艺性能，其中80％Ar+20％CO2的焊接工艺性稍好于100％CO2；通过加入适当含量的Mn、Si、Al、Mg等元素可满足这两种气体的不同脱氧需求；采用这两种气体焊接时，由于合金元素过渡系数的不同，势必会造成熔敷金属的化学成分有所偏差，而本发明药芯焊丝通过加入微量的Ti、B等合金元素，不但可抑制先共析铁素体的形成，还可获得较多的针状铁素体来细化晶粒，因而允许在一个宽广的化学成分范围内获得优异的机械性能，其中80％Ar+20％CO2条件下的机械性能稍优于100％CO2。
本发明药芯焊丝采用100％CO2及80％Ar+20％CO2作保护气体进行焊接时，均能获得优异的焊接工艺性能及熔敷金属机械性能，因而能够在亚洲及欧洲通用。
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。
本发明由低P、S钢带和焊药组成，焊药包裹在钢带内，采用低P、S的钢带，其钢带组分(重量百分比％)如表1。
表1钢带成分组成及含量表
C Si Mn Al
0.010-0.030 0.01-0.03 0.10-0.30 0.005～0.035
P S Fe /
0.005-0.010 0.005-0.010 余量 /
焊药占焊丝全重量比例为10％～20％，其焊药组分(重量百分比％)如表2。
表2焊药成分及含量表
TiO2 SiO2 ZrO2 氟化物 Na2O K2O Al+Mg
30-60 1-10 0.5-5.0 0.1-3.0 0.05-5.00 0.1-4.0 1-8
C Mn Si Ti B Fe /
0.01-0.15 6-16 0.5-5.0 0.1-5.0 0.01-0.08 余量 /
更好的焊药组分(重量百分比％)优选见表3：
表3优选的焊药成分及含量表
TiO2 SiO2 ZrO2 氟化物 Na2O K2O Al+Mg
40-50 2-8 1-3 0.1-3.0 0.05-3.00 0.1-4.0 2-7
C Mn Si Ti B Fe
0.05-0.15 8-16 0.5-5.0 0.1-5.0 0.01-0.08 余量
更优选的，所述490MPa级高强度钢用双气体保护药芯焊丝，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：0.019～0.027％；
Mn：0.21～0.29％；
Al：0.018～0.030％；
P：0.007～0.008％；
S：0.005～0.006％；
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：
TiO2：43.6～45.2％；
SiO2：3.2～5.1％；
ZrO2：1.0～2.4％；
氟化物：1.6～2.2％；
Na2O：0.39～0.65％；
K2O：0.19～0.36％；
Al+Mg：3.3～4.3％；
C：0.10～0.12％；
Mn：12.8～13.6％；
Si：2.3～2.7％；
Ti：2.2～2.5％；
B：0.02～0.026％；
Fe：余量。
本发明490MPa级高强度钢用双气体保护药芯焊丝的熔敷金属的化学成分见表4：
保护气体 C Mn Si P
100％CO2 0.036～0.040 1.24～1.34 0.48～0.54 0.012～0.014
80％Ar+20％CO2 0.037～0.041 1.45～1.55 0.62～0.67 0.013～0.014
保护气体 S Ti B Al
100％CO2 0.004～0.006 0.046～0.056 0.0009～0.0013 0.003～0.009
80％Ar+20％CO2 0.004～0.006 0.065～0.077 0.0012～0.0018 0.010～0.015
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 0.027 0.29 0.018 0.007 0.005 余量
表1-2：焊药配方(％)
TiO2 SiO2 ZrO2 氟化物 Na2O K2O Al+Mg
45.2 4.2 1.6 1.6 0.39 0.19 4.3
C Mn Si Ti B Fe
0.10 12.8 2.3 2.6 0.026 24.694
采用100％CO2及80％Ar+20％CO2两种保护气体进行焊接，其熔敷金属的化学成分见表1-3，熔敷金属的机械性能见表1-4：
表1-3：熔敷金属的化学成分(％)
保护气体 C Mn Si P S Ti B Al
100％CO2 0.036 1.24 0.49 0.013 0.004 0.056 0.0012 0.003
80％Ar+20％CO2 0.037 1.45 0.62 0.013 0.004 0.077 0.0018 0.010
表1-4：熔敷金属的机械性能
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 0.025 0.27 0.021 0.007 0.005 余量
表2-2：焊药组分及含量(％)
TiO2 SiO2 ZrO2 氟化物 Na2O K2O Al+Mg
44.8 4.5 1.8 1.7 0.44 0.24 4.1
C Mn Si Ti B Fe
0.10 13.0 2.4 2.5 0.026 24.394
采用100％CO2及80％Ar+20％CO2两种保护气体进行焊接，其熔敷金属的化学成分见表2-3，熔敷金属的机械性能见表2-4：
表2-3：熔敷金属的化学成分(％)
保护气体 C Mn Si P S Ti B Al
100％CO2 0.037 1.26 0.51 0.013 0.005 0.053 0.0013 0.005
80％Ar+20％CO2 0.038 1.47 0.64 0.014 0.004 0.074 0.0017 0.012
表2-4：熔敷金属的机械性能
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 0.023 0.25 0.024 0.007 0.005 余量
表3-2：焊药配方(％)
TiO2 SiO2 ZrO2 氟化物 Na2O K2O Al+Mg
44.4 4.8 2.0 1.8 0.52 0.28 3.7
C Mn Si Ti B Fe
0.11 13.2 2.5 2.4 0.026 24.264
采用100％CO2及80％Ar+20％CO2两种保护气体进行焊接，其熔敷金属的化学成分见表3-3，熔敷金属的机械性能见表3-4：
表3-3：熔敷金属的化学成分(％)
保护气体 C Mn Si P S Ti B Al
100％CO2 0.037 1.32 0.54 0.012 0.005 0.046 0.0013 0.007
80％Ar+20％CO2 0.039 1.54 0.67 0.013 0.005 0.065 0.0016 0.014
表3-4：熔敷金属的机械性能
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 0.021 0.23 0.027 0.008 0.006 余量
表4-2：焊药配方(％)
TiO2 SiO2 ZrO2 氟化物 Na2O K2O Al+Mg
44.0 5.1 1.0 2.0 0.60 0.32 3.5
C Mn Si Ti B Fe
0.11 13.4 2.6 2.3 0.020 25.05
采用100％CO2及80％Ar+20％CO2两种保护气体进行焊接，其熔敷金属的化学成分见表4-3，熔敷金属的机械性能见表4-4：
表4-3：熔敷金属的化学成分(％)
保护气体 C Mn Si P S Ti B Al
100％CO2 0.039 1.27 0.52 0.014 0.006 0.051 0.0009 0.009
80％Ar+20％CO2 0.040 1.49 0.66 0.013 0.005 0.076 0.0012 0.015
表4-4：熔敷金属的机械性能
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 0.019 0.21 0.030 0.008 0.006 余量
表5-2：焊药配方(％)
TiO2 SiO2 ZrO2 氟化物 Na2O K2O Al+Mg
43.6 3.2 2.4 2.2 0.65 0.36 3.3
C Mn Si Ti B Fe
0.12 13.6 2.7 2.2 0.02 25.65
采用100％CO2及80％Ar+20％CO2两种保护气体进行焊接，其熔敷金属的化学成分见表5-3，熔敷金属的机械性能见表5-4：
表5-3：熔敷金属的化学成分(％)
保护气体 C Mn Si P S Ti B Al
100％CO2 0.040 1.34 0.48 0.014 0.006 0.048 0.0010 0.009
80％Ar+20％CO2 0.041 1.55 0.63 0.014 0.006 0.067 0.0013 0.015
表5-4：熔敷金属的机械性能
上述实验可见，本发明药芯焊丝采用100％CO2及80％Ar+20％CO2作保护气体进行焊接时，均能获得优异的熔敷金属机械性能，其中80％Ar+20％CO2条件下合金元素的烧损比100％CO2要少，而屈服强度、抗拉强度、-20℃冲击值均优于100％CO2，但延伸率却不如100％CO2。
本发明药芯焊丝采用100％CO2及80％Ar+20％CO2作保护气体进行焊接时，均能获得优异的焊接工艺性能及熔敷金属机械性能，因而能够在亚洲及欧洲通用。
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 (5)

1.一种490MPa级高强度钢用双气体保护药芯焊丝，由焊药和钢带构成，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：0.1～3.0％；
Na2O：0.05～5.00％；
K2O：0.1～4.0％；
Al+Mg：1～8％；
C：0.01～0.15％；
Mn：6～16％；
Si：0.5～5.0％；
Ti：0.1～5.0％；
B：0.01～0.08％；
Fe：余量。
2.根据权利要求1所述的490MPa级高强度钢用双气体保护药芯焊丝，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：
TiO2：40～50％；
SiO2：2～8％；
ZrO2：1～3％；
氟化物：0.1～3.0％；
Na2O：0.05～3.00％；
K2O：0.1～4.0％；
Al+Mg：2～7％；
C：0.05～0.15％；
Mn：8～16％；
Si：0.5～5.0％；
Ti：0.1～5.0％；
B：0.01～0.08％；
Fe：余量。
3.根据权利要求1所述的490MPa级高强度钢用双气体保护药芯焊丝，其特征在于，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：0.019～0.027％；
Mn：0.21～0.29％；
Al：0.018～0.030％；
P：0.007～0.008％；
S：0.005～0.006％；
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：
TiO2：43.6～45.2％；
SiO2：3.2～5.1％；
ZrO2：1.0～2.4％；
氟化物：1.6～2.2％；
Na2O：0.39～0.65％；
K2O：0.19～0.36％；
Al+Mg：3.3～4.3％；
C：0.10～0.12％；
Mn：12.8～13.6％；
Si：2.3～2.7％；
Ti：2.2～2.5％；
B：0.02～0.026％；
Fe：余量。
4.根据权利要求1～3任一所述的490MPa级高强度钢用双气体保护药芯焊丝，其特征在于，所述氟化物至少包括NaF、CaF2、BaF2、Na3AlF6、K3AlF6、K2SiF6、LiF中的一种。
5.根据权利要求1～3任一所述的490MPa级高强度钢用双气体保护药芯焊丝，其特征在于，按照重量百分比，所述490MPa级高强度钢用双气体保护药芯焊丝的熔敷金属的化学成分包括：
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