CN107350659A - 适用于全位置焊接的460MPa级无缝药芯焊丝及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于全位置焊接的460MPa级无缝药芯焊丝及制造方法，所述焊丝包括SPHC钢带外皮和填充药粉，填充药粉成分及含量占药芯总重量的百分比如下：金红石：32‑42%，石英：2‑3%，氟化钠：1.5‑2.5%，锆英砂：2‑3%，长石：3‑5%，锰硅合金：14‑16%，电解锰：3‑5%，低碳锰铁：3‑5%，铝镁合金：2‑3%，硼铁：0.3‑0.5%，镍粉：4‑6%，余量为铁粉，药粉填充率为14‑16%；本发明提供的制造方法为在线填粉并焊合，利用轧辊和拉丝模具减径到Ф1.2mm‑Ф1.6mm，减径过程中进行700℃保温3h退火；本发明提供的适用于全位置焊接的460MPa级无缝药芯焊丝，在CO₂气体保护作用下，焊接电弧稳定，具有良好的全位置焊接工艺性，可进行平焊、立向上、横焊和仰焊，焊缝成形美观。

Description

适用于全位置焊接的460MPa级无缝药芯焊丝及制造方法

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，具体来说是一种适用于全位置焊接的460MPa级无缝药芯焊丝及制造方法。

背景技术

随着经济社会的发展，海洋工程装备、船舶建造和桥梁用钢板强度级别逐渐增大，特别是海洋工程装备和船舶长年浸泡在大海中，因此对钢板和焊缝的强度、耐腐蚀性、冲击韧性和抗裂性要求越来越高。

460MPa级钢板具有良好的力学性能和焊接性能，广泛应用于海洋平台装备、船舶建造和桥梁，但与其相配套的焊材因技术要求比较高，尤其低温冲击韧性的稳定性和抗裂性难以保证，因此该强度级别药芯焊丝主要依靠进口，但国外焊材价格较高，且供货无法保证，造成海洋平台、船舶建造和桥梁工期延误。

相比有缝药芯焊丝，无缝药芯焊丝因在制造过程中采用在线填粉，填充率稳定，无空管串粉现象，从而保持药粉的均匀性以获得稳定的低温冲击韧性；在线焊合的方法可有效避免空气中水蒸气进入到药粉，拉丝减径过程中因需经过退火处理，退火过程中药粉里的氢原子会从焊丝中溢出，因此无缝药芯焊丝能有效降低扩散氢的含量，扩散氢维持在3.5ml/100g以下的水平，扩散氢的降低带来焊缝的抗裂性增强。

因此，针对目前海洋工程、船舶建造和桥梁用460MPa级药芯焊丝的现状，开发出性能稳定的无缝药芯焊丝迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于全位置焊接的460MPa级无缝药芯焊丝及制造方法，适用于海洋工程、舰船制造和桥梁等技术领域。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种适用于全位置焊接的460MPa级无缝药芯焊丝，所述焊丝包括SPHC钢带外皮和填充药粉，填充药粉成分及含量占药芯总重量的百分比如下：金红石：32-42%，石英：2-3%，氟化钠：1.5-2.5%，锆英砂：2-3%，长石：3-5%，锰硅合金：14-16%，电解锰：3-5%，低碳锰铁：3-5%，铝镁合金：2-3%，硼铁：0.3-0.5%，镍粉：4-6%，余量为铁粉，药粉填充率为14-16%。

所述焊丝直径为1.2mm-1.6mm。

所述SPHC钢带外皮的性能要求保证值为显微硬度不大于188HV，抗拉强度不大于340MPa，伸长率不小于44%。

一种如上所述的适用于全位置焊接的460MPa级无缝药芯焊丝的制造方法，采用在线填粉并焊合的方法制造成无缝药芯焊丝，利用轧辊和拉丝模具减径到Ф1.2mm-Ф1.6mm，减径过程中进行消除应力退火。

所述的退火条件为700℃保温3h。

本发明药粉各组分的设计原则如下：金红石是主要的造渣剂、稳弧剂，改善焊缝成形，减少飞溅，全位置焊接不可缺少；当药芯中的金红石量太低，难以体现上述特征，金红石量太高，会造成焊缝中氧含量的增加，低温冲击韧性下降，渣层太厚，影响气体溢出，造成表面压坑的存在。金红石占药芯总重量的百分比为32-42%时效果最佳；

石英可以调整液态熔渣的黏度和流动性，改善焊丝的工艺性。同时在高温到低温的过程中SiO₂会经历相变过程，并且在相变的同时还伴有体积变化，有利于渣壳剥离，石英含量过高或过低都不利于脱渣。石英加入量为2%-3%时效果最佳；

氟化钠中氟离子能固化氢离子，达到去氢的目的，钠离子对稳定电弧效果明显，其加入量太低会造成去氢能力不足，加入量过高会造成焊接飞溅增大。氟化钠含量维持在1.5-2.5%效果最佳；

锆英砂的目的在于改善焊缝脱渣，锆英砂主要成分为ZrO₂及SiO₂。其中ZrO₂具有负的线膨胀系数，在冷却过程中体积变化，对渣壳顺利剥离有正面作用，并且ZrO₂可以调节渣池粘度，改善焊缝成型，保证焊缝的工艺性。锆英砂的加入量为2-3%较为合适。

长石的主要组成为Na₂O、K₂O、SiO₂、Al₂O₃，其中Na₂O和K₂O可以提高电弧稳定性，SiO₂和Al₂O₃可以改善熔渣和铁水粘度。当药粉中长石含量较低时难以体现上述特征，含量较高时会造成焊缝含氧量增加，降低焊缝金属的低温冲击韧性。长石占药芯总重量的百分比为3-5%时效果最佳。

锰硅合金是主要的脱氧剂和合金过渡元素，用于降低焊缝金属中氧含量，其含量太低脱氧效果不明显，含量太高会造成焊缝金属过渡的Mn、Si量增加，造成强度较高，低温冲击韧性降低。锰硅合金含量为14-16%较为合适。

电解锰是主要的脱氧剂，用于降低焊缝金属中氧含量，Mn含量太高会造成焊缝强度增加，低温冲击韧性降低。因此，其含量为3-5%时最佳。

低碳锰铁中含有C，C不仅可以脱氧，而且增加电弧稳定性。低碳锰铁加入量过高会造成焊缝强度升高，低温冲击韧性降低。低碳锰铁占药芯总重量的百分比为3-5%最佳。

铝镁合金中的Al和Mg是先期脱氧的主要元素，同时可以改善焊接工艺性。Al和氧反应生成物部分进入焊缝形成夹杂，部分进入到熔渣提高粘度，Mg和氧反应生成的氧化物主要进入到熔渣中，其含量太低造成脱氧不足，含量太高会造成焊缝塑韧性降低。铝镁合金含量2-3%较为合适。

硼铁中的B可作为原子状态偏聚于晶界，这些聚集在晶界的B原子降低晶界能，抑制先共析铁素体的形核和生长，促进针状铁素体的形成，改善焊缝韧性，但是焊缝金属中Ti/B比10：1较为合适。硼铁的加入量为0.3-0.5%最佳。

镍粉对提高低温冲击韧性有利，但Ni含量过高会增大热裂敏感性。镍粉占药芯总重量的百分比为4-6%最佳。

本发明的有益效果：

本发明提供的适用于全位置焊接的460MPa级无缝药芯焊丝，在CO₂气体保护作用下，焊接电弧稳定，具有良好的全位置焊接工艺性，可进行平焊、立向上、横焊和仰焊，焊缝成形美观；

本发明提供的适用于全位置焊接的460MPa级无缝药芯焊丝，氧含量维持在500-650ppm之间，拉伸结果满足要求，-40℃低温冲击韧性>100J；

本发明提供的适用于全位置焊接的460MPa级无缝药芯焊丝，其扩散氢含量经气相色谱法测定<3.5ml/100g；耐海水腐蚀性能优良、强度高且具有良好的抗裂性。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。

实施例1：药芯粉中金红石：34%，石英：2%，氟化钠：1.5%，锆英砂：2.5%，长石：4%，锰硅合金：14%，电解锰：3%，低碳锰铁：4%，铝镁合金：2%，硼铁：0.5%，镍粉：4%，余量为铁粉，药粉填充率15%，焊丝直径Ф1.2mm。

实施例2：药芯粉中金红石：36%，石英：2.5%，氟化钠：2%，锆英砂：2.5%，长石：4%，锰硅合金：14%，电解锰：4%，低碳锰铁：4%，铝镁合金： 2.5%，硼铁：0.5%，镍粉：5%，余量为铁粉，药粉填充率15%，焊丝直径Ф1.4mm。

实施例3：药芯粉中金红石：40%，石英：2.5%，氟化钠：2%，锆英砂：3%，长石：5%，锰硅合金：16%，电解锰：5%，低碳锰铁：3%，铝镁合金：3%，硼铁：0.5%，镍粉：5%，余量为铁粉，药粉填充率16%，焊丝直径Ф1.6mm。

本发明一种适用于全位置焊接的460MPa级无缝药芯焊丝：外皮选用SPHC钢带，性能见表1所示。焊丝熔敷金属化学成分和力学性能见表2和表3。熔敷金属扩散氢含量见表4。

表1 对SPHC钢带性能要求

表2焊丝熔敷金属化学成分

表3焊丝熔敷金属力学性能

表4熔敷金属扩散氢含量（气相色谱法）

Claims (5)

1.一种适用于全位置焊接的460MPa级无缝药芯焊丝，其特征在于：所述焊丝包括SPHC钢带外皮和填充药粉，填充药粉成分及含量占药芯总重量的百分比如下：金红石：32-42%，石英：2-3%，氟化钠：1.5-2.5%，锆英砂：2-3%，长石：3-5%，锰硅合金：14-16%，电解锰：3-5%，低碳锰铁：3-5%，铝镁合金：2-3%，硼铁：0.3-0.5%，镍粉：4-6%，余量为铁粉，药粉填充率为14-16%。

2.如权利要求1所述的适用于全位置焊接的460MPa级无缝药芯焊丝，其特征在于：所述焊丝直径为1.2mm-1.6mm。

3. 如权利要求1所述的适用于全位置焊接的460MPa级无缝药芯焊丝，其特征在于：所述SPHC钢带外皮的性能要求保证值为显微硬度不大于188HV，抗拉强度不大于340MPa，伸长率不小于 44%。

4.一种如权利要求1所述的适用于全位置焊接的460MPa级无缝药芯焊丝的制造方法，其特征在于：采用在线填粉并焊合的方法制造成无缝药芯焊丝，利用轧辊和拉丝模具减径到Ф1.2mm-Ф1.6mm，减径过程中进行消除应力退火。

5.如权利要求4所述的适用于全位置焊接的460MPa级无缝药芯焊丝的制造方法，其特征在于：所述的退火条件为700℃保温3h。