CN1068270C - 高韧性全位置焊接用气保护药芯焊丝 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种保护气体条件下高韧性全位置焊药芯焊丝，其中药粉的化学组成(重量%)为：TiO₂30-55%，Mn5-20%，Si0.5-5%，Al0.5-5%，Mg0.5-5%，氟化物0.5-5%，MgO1-10%，其它氧化物1-10%，烧结剂2-10%，其余为铁粉。烧结剂的化学组成(重量%)为：磺酸盐40-70%，氧化物30-60%。采用该药芯焊丝施焊，焊缝金属不仅具有优异的低温冲击韧性，同时具有极佳的焊接工艺性能和全位置焊接适应性。

Description

高韧性全位置焊接用气保护药芯焊丝

本发明属于焊接材料领域。涉及保护气体焊接用药芯焊丝。

药芯焊丝是一种新型高效的焊接材料，具有生产效率高、焊接质量好、焊接成本低等优点，分为自保护和气保护两大类，而气保护药芯焊丝则主要包括金红石型药芯焊丝和碱性药芯焊丝。

普通金红石药芯焊丝焊接工艺性、全位置操作性好，但是，焊缝金属的低温冲击韧性和抗裂性稍差。而碱性药芯焊丝的低温冲击韧性和抗裂性好，但焊接工艺性能差，不易进行全位置焊接。因此，如何将这两种焊丝的优点更好地结合起来，一直是近年来国内外焊接工作者追求的目标。

我国专利(公开号CN1117902A)采用H08A或08Al钢带制造药芯焊丝，虽可通过调整药芯的合金成份，获得可接受的低温韧性，但由于钢带的含碳量高，必然引起焊接烟尘和飞溅增大，同时影响其电弧过渡形式和焊接工艺性能。

美国专利US 4,7 32,061在采用低碳钢和低杂质元素含量的钢带的同时，在药芯中加入焊丝总重0.1-0.5％的Al₂O₃，以提高焊丝的工艺性能，改善焊丝的全位置操作性。该专利认为Al若以金属粉的形式加入到气保护药芯焊丝配方中，但Al过渡到焊缝中会损害焊缝的冲击韧性。

本发明的目的在于提供一种熔敷金属不仅具有优异的力学性能，而且焊丝具有极佳的焊接工艺性和全位置操作适应性气保护焊接用药芯焊丝。

针对上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明所述的高韧性全位置焊接用气保护药芯焊丝的钢带的化学组成(重量％)为：C≤0.03％,Mn 0.1-0.30％,S≤0.015％,P≤0.015％，余为Fe。

本发明所述的高韧性全位置焊接用气保护药芯焊丝的药粉的化学组成(重量％)为：TiO₂30-55％,Mn 5-20％,Si 0.5-5％,Al 0.5-5％,Mg 0.5-5％,氟化物0.5-5％,MgO 1-10％，其它氧化物1-10％，烧结剂2-10％，其余为铁粉。

其中氟化物为BaF₂、MgF₂、CaF₂、Na₃AlF₆、Na₂SiF₆中任一种或任两种以上之和。

烧结剂的化学组成(重量％)为：碳酸盐40-70％，氧化物30-60％，

其中，碳酸盐为Li₂CO₃、Na₂CO₃、K₂CO₃中任一种。

氧化物为SiO₂、Al₂O₃、TiO₂、MnO₂中任一种。

Al、Mg以金属Al粉和Mg粉形式加入。

药粉的填充率为10-25％，

在上述药粉的化学成分中，各组份的作用机制如下：

(1)药粉中TiO₂起造渣和稳弧的作用。

(2)Mg粉，并配以适量的Al粉，起纯净焊缝、降低焊缝金属的氧含量和氮含量的作用，以提高焊缝的韧性。本焊缝有极高的低温韧性。

(3)氟化物的主要作用是降低熔点、稀释熔渣和增加熔渣的透气性以及达到去氢的目的。

(4)烧结剂与MgO联合加入，是本焊丝的主要特征，适当的配比，可以稳定电弧，并能形成射流过渡。因此，本焊丝的焊接工艺性能极为优良，飞溅极少。烧结剂还可以提高焊丝的抗吸潮能力。

(5)药粉中，加入SiO₂、Al₂O₃、FeO、MnO₂等其它氧化物，可改善熔渣的物理性能，有利于全位置焊，改善脱渣性能等。

采用本发明所述的药芯焊丝进行低碳钢和低合金钢的焊接，其焊缝金属可获得如下优异的力学性能：

σs≥410MPa

σb≥500MPa

δ≥26％，

0℃V型缺口平均夏比冲击吸收功≥120J，-20℃平均夏比冲击功≥100J,-40℃平均夏比冲击功≥70J。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)采用低碳和低杂质元素含量的钢带制造该种药芯焊丝，钢带的含C≤0.03％，S,P均≤0.015％，以提高焊缝金属的纯净度，降低焊接烟尘和飞溅量。

(2)将烧结剂技术应用到气保护药芯焊丝中，改善药粉的不均匀性、吸潮性以及电弧的过渡形式，使得焊接电弧在很大的电流范围内呈喷射过渡形式，大大地提高了焊丝的焊接工艺性能。

(3)加入一定量的氧化物，如Al₂O₃、MgO等物质来调整TiO₂基焊丝的熔点和粘度，改善熔渣的物理特性，提高焊丝的全位置适应性。

(4)加入金属Al粉和Mg粉，降低焊缝金属的氧含量和氮含量。

(5)为保证不影响焊丝工艺性能药粉中不加入硼或硼的氧化物。

实施例：

根据本发明的药芯焊丝药粉的化学成分，制备三批高韧性全位置焊接用气保护药芯焊丝。三批药芯焊丝所采用的钢带化学组成和药粉化学组成如表1所示。三批药芯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，测试结果如表3所示。

表1实施例药芯焊丝钢带及药粉的化学组成(重量％)

表2实施例药芯焊丝施焊母材及焊接工艺参数

批号参数	1	2	3
				母材钢号厚度    mm	16Mn20	16Mn20	16Mn20
焊接电流  A	280	250	270
				焊接电压(直接反接)	28	29	27
焊接速度cm/min	24	26	25
				焊丝干伸长度mm	25	20	22

表3实施例熔敷金属力学性能

注：表中夏比冲击功，系五个试样的平均值。

Claims (6)

1、一种高韧性全位置焊接用气保护药芯焊丝，以低碳钢带为焊丝外皮，其特征在于药粉的化学组成(重量％)为：TiO₂30-55％,Mn 5-20％,Si 0.5-5％,Al 0.5-5％,Mg 0.5-5％，氟化物0.5-5％,MgO 1-10％，其它氧化物1-10％烧结剂2-10％，其余为铁粉；烧结剂的化学组成(重量％)为：碳酸盐40-70％，氧化物30-60％。

2、根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于氟化物为BaF₂、MgF₂、SiO₂、CaF₂、Na₃AlF₆、Na₂SiF₆中任一种或任两种以上之和。

3、根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于其它氧化物为Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、FeO或MnO₂中任一种。

4、根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于烧结剂中的碳酸盐为Li₂CO₃、Na₂CO₃、K₂CO₃中任一种。

5、根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于烧结剂中的氧化物为SiO₂、Al₂O₃、TiO₂、MnO₂中任一种。

6、根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于药粉的填充率为10-25％。