CN107081537A - 一种工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝及其焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝，包括钢带外皮和包裹在钢带外皮内的金属粉芯，所述金属粉芯各成分及其在金属粉芯中所占的质量百分比含量为：镍粉11～13％；硅铁3～4％；铝铁1.0～2.0％；硅锰合金12～14％；碳化硅1.5～2.5％；硼铁4～6％；钛酸钾0.3～0.75％；钼铁4.5～5.5％；余量为铁粉及不可避免的杂质。本发明提供的这种金属粉芯药芯焊丝使用75～80％的Ar和20～25％的CO2保护气体焊接，其熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度≥550MPa；抗拉强度为670～770MPa；伸长率≥22％；‑60℃条件下，KV2≥50J；电弧稳定且焊后具有极少的熔渣。

Description

一种工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝及其焊接方法
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝及其焊接方法。
背景技术
金属粉芯药芯焊丝具有焊接效率高，焊接工艺好，焊缝成型美观，焊后熔渣少可连续施焊等特点，熔敷速度可达15.5kg/h。在工程机械行业为了降低设备自重、减少能耗往往采取提高结构强度的措施，目前Q500、Q550级别钢板在工程机械焊接中得到大量应用。工程机械制造中因焊接质量及效率的要求，机器人高速自动焊得到越来越多的应用，对配套焊接材料也提出较高要求，尤其需要具有焊接过程电弧稳定、焊缝成型良好、焊后几乎无熔渣等可以减少焊后清理工作的焊丝。
然而当前工程机械行业使用的大部分为高强钢配套实心焊丝，存在焊接飞溅大、提高焊接电压焊后熔渣偏多的现象，焊后清理熔渣、飞溅等工作量较大，增加制造周期和成本。由于金属粉芯药芯焊丝的药芯中大部分为铁合金，市面上现有金属粉芯药芯焊丝都是采用在药芯组分中加入少量的K、Na、Ti等元素来增加电弧稳定性和减少焊接飞溅的，这类产品虽然因电弧稳定性优于实心焊丝，降低焊接过程中的飞溅，但是由于Ti元素的存在，焊道容易变黑、成型不良和焊后熔渣量比实心焊丝要多，同样增加焊后清理工作。目前在工程机械行业特别是机器人自动焊要求焊后无需清理熔渣即可连续施焊，上述的金属粉芯药芯焊丝明显不适用于工程机械行业的焊后无清渣机器人自动焊接。
发明内容
本发明的目的是提供一种工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝，使得其焊接后无熔渣，且焊接工艺性能优良。
本发明的技术方案是提供了一种工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝，包括钢带外皮和包裹在钢带外皮内的金属粉芯，所述金属粉芯各成分及其在金属粉芯中所占的质量百分比含量为：镍粉11～13％；硅铁3～4％；铝铁1.0～2.0％；硅锰合金12～14％；碳化硅1.5～2.5％；硼铁4～6％；钛酸钾0.3～0.75％；钼铁4.5～5.5％；余量为铁粉及不可避免的杂质。
进一步的，所述金属粉芯质量占药芯焊丝总质量的12.5～13.5％。
进一步的，所述铝铁中的铝质量百分比为50～55％；铝铁粒度为80～150目。
进一步的，所述碳化硅的纯度大于99％，且碳化硅的粒度为180～220目。
进一步的，所述钛酸钾中钾质量百分比为25～30％，且钛酸钾粒度为80～100目。
进一步的，所述钼铁中的钼质量百分比为55～60％；钼铁粒度为80～120目。
进一步的，所述铁粉中的铁质量百分比大于99％；铁粉粒度为150～200目。
进一步的，所述金属粉芯中Si元素质量含量为0.3～0.8％，Mn元素质量含量为1.0～1.5％，且Mn/Si质量比为2～3。
进一步的，所述钢带外皮采用1.0mm厚、14mm宽的SPCC钢带。
另外，本发明还提供了上述工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝的焊接方法，焊接条件为：保护气体为75～85％Ar+15～25％CO2的混合气；焊接电流280～320A；焊接电压27～28V；焊接速度360～420mm/min。
本发明工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝的设计原理如下：
本发明采取C-Al-Si-Mn联合脱氧方式，C、Al、Si、Mn来源于碳化硅、铝铁、硅铁、硅锰合金，其原理为：C、Al、Si、Mn与O元素的亲和力大于Fe，优先与O发生反应，减少焊缝含氧量提高性能及Fe的氧化烧损，增加熔敷效率，同时高温下细颗粒碳化硅中的C与O结合生成CO2进入大气中，能够有效减少焊后熔渣生成量；Al脱氧能力大于Si、Mn，有Al的存在可减少Si、Mn的烧损，同时保护B元素不被氧化，促进针状铁素体形核，从而确保焊缝金属具有优良的力学性能。
本发明工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝中金属粉芯各成分的作用如下：
镍粉中含有大量的Ni，作为合金剂使用，焊接过程中几乎全部过渡到焊缝中，焊缝中适量的Ni可降低脆性转变温度，保证低温下具有良好的低温韧性。
硅铁采用75#硅铁，硅锰合金采用6322硅锰合金；硅铁、硅锰合金、碳化硅作为脱氧剂，同时具有合金剂作用，适量的Si元素(0.3～0.8％)、Mn元素(1.0～1.5％)能够保证药芯焊丝熔敷金属强度和低温韧性，而合适的Mn/Si比(2～3)能够保证良好的焊缝成型，因反应过程中放热加速焊丝融化，提高融化效率，同时可降低熔滴表面张力，减小飞溅，焊缝中含有适量的Si还可降低焊缝屈强比。
钼铁作为合金剂使用，可提高焊缝强度，钼铁中的钼质量百分比为55～60％，焊接过程中几乎全部过渡到焊缝中，焊缝中少量的钼存在可使晶粒细化，过量时焊缝强度急剧提高。
铝铁作为脱氧剂，可减少Si、Mn合金剂的烧损，有效增加熔敷效率，铝铁中的铝质量百分比为50～55％，用Al替代Ti时既可保护B元素不被氧化达到细化晶粒的作用，又能保证焊缝的光亮；铝铁含量低于1.0％时上述效果不明显，铝铁含量低于2.5％时铁水流动性差焊缝成型不美观；铝铁为铁合金，其粒度80～150目之间，流动性好，发尘量少，对焊接技工的健康更有利。
碳化硅中含有近30％的C，作为合金剂和脱氧剂使用，当碳化硅粒度180～220目之间时，焊接过程中特别是大规范焊接时，较细粒度的碳化硅有利于C能够优先与O反应生成CO2进入大气中，有效减少焊后熔渣量，与石墨相比具有良好的耐吸潮性；碳化硅含量低于1.5％时上述效果不明显，碳化硅含量低于2.5％时熔敷金属强度过高，低温韧性变差；另外，选用碳化硅的纯度大于99％，高纯度碳化硅可以确保C和Si的比例稳定。
钛酸钾作为稳弧剂，含有25～30％钾，钾具有较低的电离势，确保焊接过程具有优良的电弧工艺性，无飞溅产生，减少焊后清理工作。同时K的电弧颜色为纯白色，较Na、Ti等元素黄色的电弧易于观察熔池及焊道；钛酸钾含量低于0.3％时上述效果不明显，酸钾含量高于0.75％时电弧发散、吹力过大，容易形成咬边等缺陷；同时钛酸钾为造渣剂，松装比较金属粉料轻，故将其粒度控制在80～100目，其流动性更好。
铁粉，铁粉中的铁质量百分比大于99％，药芯组分余量加入大量的铁粉有利于提高焊接效率，同时将铁粉的粒度控制在150～200目，有利于药芯组分混合时粉料均匀性控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝具有优良的焊接工艺性，熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度Rp0.2≥550MPa；抗拉强度Rm为670～770MPa；伸长率A≥22％；-60℃条件下KV2≥50J。
(2)本发明提供的这种工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝焊接过程中采用75～80％的Ar和20～25％的CO2混合气体保护焊接，Ar比例越高电弧越稳定、焊后熔渣量越少。
(3)本发明提供的这种工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝在机器人自动焊接过程中电弧工艺优良，几乎无飞溅和极少的焊后熔渣量，减少焊后清理工作，有效降低生产周期和节约生产成本。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝采用常规药芯焊丝制造工艺制得，钢带外皮采用1.0mm×14mm的低硫、磷含量的SPCC钢带，其化学成分如表1所示，金属粉芯的配方如表2所示，
表1：SPCC钢带化学成分(％)
C Si Mn S P
0.029 0.011 0.24 0.0079 0.0085
表2：金属粉芯药芯焊丝配方(质量百分比％)
采用上述对应实施例金属粉芯药芯焊丝配合混合气体(75～85％Ar+15～25％CO2)保护进行焊接，焊接条件：焊接电流280～320A；焊接电压27～28V；焊接速度360～420mm/min。对应实施例金属粉芯药芯焊丝熔敷金属化学成分、力学性能及熔渣占焊材质量百分比如表3所示。
表3：
由表3可知，本发明本发明的金属粉芯药芯焊丝使用75～80％的Ar和20～25％的CO2保护气体焊接，其熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度≥550MPa；抗拉强度为670～770MPa；伸长率≥22％；-60℃条件下，KV2≥50J；电弧稳定且焊后具有极少的熔渣。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝，包括钢带外皮和包裹在钢带外皮内的金属粉芯，其特征在于：所述金属粉芯各成分及其在金属粉芯中所占的质量百分比含量为：镍粉11～13％；硅铁3～4％；铝铁1.0～2.0％；硅锰合金12～14％；碳化硅1.5～2.5％；硼铁4～6％；钛酸钾0.3～0.75％；钼铁4.5～5.5％；余量为铁粉及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝，其特征在于：所述金属粉芯质量占药芯焊丝总质量的12.5～13.5％。
3.如权利要求1所述的工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝，其特征在于：所述铝铁中的铝质量百分比为50～55％；铝铁粒度为80～150目。
4.如权利要求1所述的工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝，其特征在于：所述碳化硅的纯度大于99％，且碳化硅的粒度为180～220目。
5.如权利要求1所述的工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝，其特征在于：所述钛酸钾中钾质量百分比为25～30％，且钛酸钾粒度为80～100目。
6.如权利要求1所述的工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝，其特征在于：所述钼铁中的钼质量百分比为55～60％；钼铁粒度为80～120目。
7.如权利要求1所述的工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝，其特征在于：所述铁粉中的铁质量百分比大于99％；铁粉粒度为150～200目。
8.如权利要求1所述的工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝，其特征在于：所述金属粉芯中Si元素质量含量为0.3～0.8％，Mn元素质量含量为1.0～1.5％，且Mn/Si质量比为2～3。
9.如权利要求1所述的工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝，其特征在于：所述钢带外皮采用1.0mm厚、14mm宽的SPCC钢带。
10.如权利要求1～9任一项所述的工程机械高速焊用金属粉芯药芯焊丝的焊接方法，其特征在于：焊接条件为：保护气体为75～85％Ar+15～25％CO2的混合气；焊接电流280～320A；焊接电压27～28V；焊接速度360～420mm/min。
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