CN106736023A - 一种低氢低烟雾型药芯焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低氢低烟雾型药芯焊丝，本发明药芯焊丝熔敷金属的机械性能稳定，其熔敷金属的扩散氢含量降低到5ml/100g以下(水银法)，其焊接烟尘量可降低到600mg/100g以下，具有低氢低烟雾性。本发明焊接时发烟/发尘量小，环保健康，扩散氢含量低，低温冲击韧性较好，焊接工艺性能优异。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料领域，特别涉及一种低氢低烟雾型药芯焊丝。
背景技术
根据熔渣碱度分子理论和离子理论，将药芯焊丝分为酸性、碱性和中性药芯焊丝。碱性药芯焊丝主要采用钛钙型渣系，其焊缝金属的扩散氢含量较低，低温冲击韧性良好，但焊接工艺性能较差，在焊接时发烟/发尘量大，导致焊工在焊接操作时看不清熔池，影响其正常焊接，还严重危害焊工健康。酸性渣系的药芯焊丝主要采用金红石、硅铝酸盐进行造渣，其焊接工艺性能优异，焊接时发烟/发尘量小，但其焊缝金属的扩散氢含量较高，低温冲击韧性较差。中性渣系的药芯焊丝其各项性能列于上两种焊丝之间，但也常常不能符合焊接工艺质量要求。因而迫切需要创造一种扩散氢含量低、烟尘量少的药芯焊丝。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低氢低烟雾型药芯焊丝，其不但具有优异的焊接工艺性能和力学性能，而且具有较低的熔敷金属扩散氢含量及较少的焊接烟尘量。
本发明的技术方案是：一种低氢低烟雾型药芯焊丝，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％；所述钢带是超低C、低P、S钢带；以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述超低C、低P、S钢带的组分如下：
C：0.010～0.020％；
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：0.1～5.0％；
Al+Mg：1～8％；
C：0.01～0.15％；
Mn：8～18％；
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，所述焊药的组分优选如下：
TiO2：35～55％；
SiO2：2～6％；
ZrO2：1～4％；
氟化物：0.1～3.0％；
Na2O：0.05～3.00％；
K2O：0.1～5.0％；
Al+Mg：1～8％；
C：0.01～0.15％；
Mn：10～18％；
Si：0.5～5.0％；
Ti：0.1～5.0％；
B：0.01～0.10％；
Fe：余量。
优选的，所述低氢低烟雾型药芯焊丝，以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述超低C、低P、S钢带的组分如下：
C：0.012～0.015％；
Si：0.015～0.025％；
Mn：0.19～0.28％；
Al：0.025～0.032％；
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：
TiO2：40.3～46.8％；
SiO2：3.8～5.2％；
ZrO2：1.7～3.2％；
氟化物：0.8～2.2％；
Na2O：0.41～0.89％；
K2O：1.6～2.6％；
Al+Mg：3.0～4.2％；
C：0.09～0.12％；
Mn：14.5～15.6％；
Si：1.7～2.2％；
Ti：2.2～2.5％；
B：0.05～0.06％；
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，所述低氢低烟雾型药芯焊丝的熔敷金属的组分包括：C：0.033～0.039％；Mn：1.10～1.18％；Si：0.39～0.49％；P：0.011～0.014％；S：0.005～0.009％；Ti：0.048～0.060％；Al：0.001～0.010％。
所述焊丝的焊接烟尘量在600mg/100g以下。
在钢带生产过程中采用清洁制程，使用高温的碱性液体除去钢带表面的铁锈、油污，在伸线过程中尽量少用产烟尘多的润滑剂，能够有效地减少发烟/发尘量。
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(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。
本发明采用超低C、低P、S的钢带，超低C的钢带有助于获得较低的熔敷金属含碳量(C≤0.04％)，因而可减少焊接烟尘量，低P、S有助于获得优异的抗热裂性能；利用氟化物进行去氢处理，因而熔敷金属的扩散氢含量可降低到5ml/100g以下(水银法)；在保证熔敷金属较低扩散氢含量及烟尘量的基础上，尽量减少氟化物的使用；采用清洁制程，除去钢带表面的铁锈、油污，在伸线过程中尽量少用产烟尘多的润滑剂，这些措施都有效的减少了发烟/发尘量；熔敷金属中的Mn含量降低到1.2％以下，这可减少Mn烟尘；本发明药芯焊丝的焊接烟尘量可降低到600mg/100g以下，而一般品的焊接烟尘量为800-900mg/100g。
本发明药芯焊丝熔敷金属的机械性能稳定，具有优异的抗裂性能，其熔敷金属的扩散氢含量降低到5ml/100g以下，其焊接烟尘量可降低到600mg/100g以下，具有低氢低烟雾性。本发明焊接时发烟/发尘量小，环保健康，扩散氢含量低，低温冲击韧性较好，焊接工艺性能优异。
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，采用超低C、低P、S的钢带，其钢带组分(重量百分比％)如下表：
| C | Si | Mn | Al |
| 0.010-0.020 | 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％)如下表：
| 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 | 0.1-5.0 | 1-8 |
| C | Mn | Si | Ti | B | Fe | |
| 0.01-0.15 | 8-18 | 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：
| TiO2 | SiO2 | ZrO2 | 氟化物 | Na2O | K2O | Al+Mg |
| 35-55 | 2-6 | 1-4 | 0.1-3.0 | 0.05-3.00 | 0.1-5.0 | 1-8 |
| C | Mn | Si | Ti | B | Fe | |
| 0.01-0.15 | 10-18 | 0.5-5.0 | 0.1-5.0 | 0.01-0.10 | 余量 |
更优选的，所述低氢低烟雾型药芯焊丝，以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述超低C、低P、S钢带的组分如下：
C：0.012～0.015％；
Si：0.015～0.025％；
Mn：0.19～0.28％；
Al：0.025～0.032％；
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：
TiO2：40.3～46.8％；
SiO2：3.8～5.2％；
ZrO2：1.7～3.2％；
氟化物：0.8～2.2％；
Na2O：0.41～0.89％；
K2O：1.6～2.6％；
Al+Mg：3.0～4.2％；
C：0.09～0.12％；
Mn：14.5～15.6％；
Si：1.7～2.2％；
Ti：2.2～2.5％；
B：0.05～0.06％；
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 |
| 0.012 | 0.015 | 0.28 | 0.032 | 0.007 | 0.005 | 余量 |
表1-2：焊药配方(％)
| TiO2 | SiO2 | ZrO2 | 氟化物 | Na2O | K2O | Al+Mg |
| 45.6 | 3.8 | 1.7 | 1.2 | 0.41 | 1.6 | 4.2 |
| C | Mn | Si | Ti | B | Fe | |
| 0.11 | 14.8 | 2.1 | 2.5 | 0.06 | 21.92 |
其熔敷金属的化学成分见表1-3，力学性能及扩散氢含量(水银法)见表1-4，按行业常规方法测试焊接烟尘量，其中环境温度20℃，相对湿度60％，总共测试三次，并与其他一般品(代号为A、B、C)进行比较，其结果见表5。
表1-3：熔敷金属的化学成分(％)
| C | Mn | Si | P | S | Ti | Al |
| 0.037 | 1.14 | 0.49 | 0.011 | 0.009 | 0.060 | 0.007 |
表1-4：力学性能及扩散氢含量
表1-5：焊接烟尘量(mg/100g)
| 焊接烟尘量 | 第1次 | 第2次 | 第3次 | 平均值 |
| A | 876.8 | 902.4 | 917.8 | 899.0 |
| B | 786.0 | 844.5 | 868.5 | 833.0 |
| C | 876.2 | 844.5 | 813.7 | 844.8 |
| 实施例1 | 621.2 | 567.9 | 572.8 | 587.3 |
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 |
| 0.013 | 0.018 | 0.25 | 0.030 | 0.007 | 0.005 | 余量 |
表2-2：焊药配方(％)
其熔敷金属的化学成分见表2-3，力学性能及扩散氢含量(水银法)见表2-4，其焊接烟尘量见表2-5。
表2-3：熔敷金属的化学成分(％)
| C | Mn | Si | P | S | Ti | Al |
| 0.033 | 1.15 | 0.39 | 0.014 | 0.008 | 0.050 | 0.010 |
表2-4：力学性能及扩散氢含量
表2-5：焊接烟尘量(mg/100g)
| 第1次 | 第2次 | 第3次 | 平均值 |
| 532.8 | 534.0 | 601.8 | 556.2 |
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(％)
表3-2：焊药配方(％)
| TiO2 | SiO2 | ZrO2 | 氟化物 | Na2O | K2O | Al+Mg |
| 42.6 | 5.0 | 2.8 | 2.2 | 0.73 | 2.4 | 3.2 |
| C | Mn | Si | Ti | B | Fe | |
| 0.11 | 14.5 | 2.0 | 2.4 | 0.06 | 22.00 |
其熔敷金属的化学成分见表3-3，力学性能及扩散氢含量(水银法)见表3-4，其焊接烟尘量见表3-5。
表3-3：熔敷金属的化学成分(％)
| C | Mn | Si | P | S | Ti | Al |
| 0.036 | 1.10 | 0.43 | 0.011 | 0.005 | 0.054 | 0.001 |
表3-4：力学性能及扩散氢含量
表3-5：焊接烟尘量(mg/100g)
| 第1次 | 第2次 | 第3次 | 平均值 |
| 587.4 | 543.9 | 562.8 | 564.7 |
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 |
| 0.015 | 0.025 | 0.19 | 0.025 | 0.008 | 0.006 | 余量 |
表4-2：焊药配方(％)
| TiO2 | SiO2 | ZrO2 | 氟化物 | Na2O | K2O | Al+Mg |
| 46.8 | 4.6 | 2.4 | 1.5 | 0.64 | 2.6 | 3.5 |
| C | Mn | Si | Ti | B | Fe | |
| 0.12 | 15.6 | 2.2 | 2.2 | 0.05 | 17.79 |
其熔敷金属的化学成分见表4-3，力学性能及扩散氢含量(水银法)见表4-4，其焊接烟尘量见表4-5。
表4-3：熔敷金属的化学成分(％)
| C | Mn | Si | P | S | Ti | Al |
| 0.039 | 1.18 | 0.48 | 0.013 | 0.008 | 0.048 | 0.003 |
表4-4：力学性能及扩散氢含量
表4-5：焊接烟尘量(mg/100g)
| 第1次 | 第2次 | 第3次 | 平均值 |
| 512.8 | 563.9 | 521.7 | 532.8 |
上述实验可见，本发明药芯焊丝熔敷金属的机械性能稳定，其熔敷金属的扩散氢含量降低到5ml/100g以下(水银法)，其焊接烟尘量可降低到600mg/100g以下(而一般品的焊接烟尘量在800-900mg/100g)，具有低氢低烟雾性。
本发明焊接时发烟/发尘量小，环保健康，扩散氢含量低，低温冲击韧性较好，焊接工艺性能优异。
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)
1.一种低氢低烟雾型药芯焊丝，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％；所述钢带是超低C、低P、S钢带；以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述超低C、低P、S钢带的组分如下：
C：0.010～0.020％；
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：0.1～5.0％；
Al+Mg：1～8％；
C：0.01～0.15％；
Mn：8～18％；
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所述的低氢低烟雾型药芯焊丝，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％；
SiO2：2～6％；
ZrO2：1～4％；
氟化物：0.1～3.0％；
Na2O：0.05～3.00％；
K2O：0.1～5.0％；
Al+Mg：1～8％；
C：0.01～0.15％；
Mn：10～18％；
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所述的低氢低烟雾型药芯焊丝，其特征在于，所述低氢低烟雾型药芯焊丝，以钢带总重量为基准，按重量百分比计，所述超低C、低P、S钢带的组分如下：
C：0.012～0.015％；
Si：0.015～0.025％；
Mn：0.19～0.28％；
Al：0.025～0.032％；
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：
TiO2：40.3～46.8％；
SiO2：3.8～5.2％；
ZrO2：1.7～3.2％；
氟化物：0.8～2.2％；
Na2O：0.41～0.89％；
K2O：1.6～2.6％；
Al+Mg：3.0～4.2％；
C：0.09～0.12％；
Mn：14.5～15.6％；
Si：1.7～2.2％；
Ti：2.2～2.5％；
B：0.05～0.06％；
Fe：余量。
4.根据权利要求1～3任一所述的低氢低烟雾型药芯焊丝，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：0.033～0.039％；Mn：1.10～1.18％；Si：0.39～0.49％；P：0.011～0.014％；S：0.005～0.009％；Ti：0.048～0.060％；A1：0.001～0.010％。
5.根据权利要求1～3任一所述的低氢低烟雾型药芯焊丝，其特征在于，所述焊丝的焊接烟尘量在600mg/100g以下。
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2016
- 2016-12-15 CN CN201611159434.1A patent/CN106736023A/zh not_active Withdrawn
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