CN108015448B - 一种低尘低毒型药芯焊丝及其使用方法 - Google Patents

一种低尘低毒型药芯焊丝及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低尘低毒型药芯焊丝，包括钢皮和药芯，所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石40～48％，石英6～12％，磁铁矿6～10％，铝粉4～6％，硅铁10～15％，钛铁3～5％，镍粉4～5％，大理石1～3％，余量为铁粉及不可避免的杂质；该药芯焊丝中药芯的填充率为14～16％。本发明中由于其药芯中不含有锰元素和氟化物，该药芯焊丝焊接过程中发尘量显著减少，且其焊接烟尘中不含有有害的氟化物，几乎不含有MnO；同时本发明药芯焊丝采用富氩保护气体焊接，熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度≥470MPa；抗拉强度≥550MPa；伸长率≥22％；‑60℃条件下，Akv≥47J。

Description

一种低尘低毒型药芯焊丝及其使用方法
技术领域
本发明属于焊接材料制造技术领域，具体涉及一种低尘低毒型药芯焊丝。
背景技术
锰是钢铁工业中常见的五大元素之一，是常用的强化元素；由于锰是奥氏体形成元素，也是常用的金属韧化元素，因而为了保证钢材的强度和低温韧性，在各种钢材中锰含量都较高，如常用的钢材16Mn，其主要成分就是锰、碳。同样药芯焊丝的冶金原理与炼钢类似，锰是重要的合金元素，对提高药芯焊丝熔敷金属的强度和低温冲击韧性具有重要作用，并且在药芯焊丝焊接形成的熔渣中也含有大量的MnO，可以提高熔渣碱度确保焊缝熔敷具有良好的低温冲击韧性，因而以往无论是药芯焊丝还是已公开的低尘低毒焊接材料都未能避免在药粉或药皮中特意添加锰，其来源有金属锰、硅锰合金、低碳锰铁、中碳锰铁等，如：CN102189353A公开的气体保护电弧焊接用药芯焊丝，相对于焊丝总质量含有Mn：1.0-4.0质量％；CN85107951A公开的高效低尘铁粉焊条，其药皮中含有Fe-Mn：2-10％；CN1404960A公开的低尘环保型碳钢电焊条，其药皮中含有锰5-10；CN1124186A公开的低尘碳钢电焊条，其药皮中含有中碳锰铁：5-14％。然而在药芯焊丝焊接过程中会产生大量的烟尘，由于药粉中含有大量的锰元素，从而导致烟尘中含有较高的MnO，焊工长期吸入焊接烟尘将导致“锰中毒”、“焊工尘肺”等职业病。研究表明，焊接烟尘中氧化锰和氟化物是对人体危害最大的两类物质，因此，控制锰和氟化物等就成为研制低尘低毒药芯焊丝或焊接材料的必然选项。
发明内容
本发明的目的是提供一种低尘低毒型药芯焊丝，使其药芯中不含锰、氟化物、钾、钠等在焊接过程中易产生烟尘的物质，而同时药芯焊丝熔敷金属具有良好的低温冲击韧性，高的抗拉强度，以及良好的焊接工艺性能。
本发明的技术方案是提供了一种低尘低毒型药芯焊丝，包括钢皮和药芯，所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石40～48％，石英6～12％，磁铁矿6～10％，铝粉4～6％，硅铁10～15％，钛铁3～5％，镍粉4～5％，大理石1～3％，余量为铁粉及不可避免的杂质；该药芯焊丝中药芯的填充率为14～16％。
进一步的，所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石44～48％，石英8～10％，磁铁矿6～9％，铝粉4～6％，硅铁10～12％，钛铁4～5％，镍粉4～5％，大理石2～3％，余量为铁粉及不可避免的杂质；该药芯焊丝中药芯的填充率为14～16％。
优选的，所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石48％，石英10％，磁铁矿6％，铝粉4％，硅铁10％，钛铁4％，镍粉5％，大理石3％，余量为铁粉及不可避免的杂质；该药芯焊丝中药芯的填充率为14％。
优选的，所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石44％，石英10％，磁铁矿7％，铝粉4％，硅铁11％，钛铁5％，镍粉5％，大理石3％，余量为铁粉及不可避免的杂质；该药芯焊丝中药芯的填充率为14％。
优选的，所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石47％，石英8％，磁铁矿9％，铝粉6％，硅铁12％，钛铁3％，镍粉5％，大理石2％，余量为铁粉及不可避免的杂质；该药芯焊丝中药芯的填充率为15％。
进一步的，所述钢皮中锰元素含量不超过钢皮质量的0.3％。
本发明药芯焊丝采用常规的药芯焊丝制造工艺制得。
另外，上述低尘低毒型药芯焊丝的在焊接过程中采用80％Ar+20％CO2的富氩气体作保护气，焊接电流250～260A；焊接电压26～27V；焊接速度20～40mm/min。
本发明技术方案的设计原理如下：为了达到低尘低毒的目的，在原材料选择时控制易产生烟尘的碳、氧化钾、氧化钠的含量，不选或少选含有上述物质的原材料，选择Ti作为强化和细化晶粒元素，控制其含量使药芯焊丝抗拉强度和低温韧性均满足相应要求。
具体的，金红石的主要成分是TiO2，作为造渣剂，可以改善脱渣及立焊成形，同时其具有稳定电弧的作用；金红石含量少于40％时，渣量少，立焊操作困难，熔池“铁水”易流淌，成型不好；金红石含量多于48％时，熔渣中TiO2含量过多，将导致熔点升高，焊缝成形变差。
石英主要作为造渣剂，作为主要的酸性氧化物SiO2的来源，可调节熔渣碱度，同时改善熔渣铺展性，以便熔渣能更好覆盖焊缝，防止焊缝或熔池氧化；石英含量少于6％时，熔渣碱度过高，熔渣铺展性不好，焊缝成形差；石英含量多于12％时，熔渣碱度低，焊缝易产生过多酸性夹杂物，从而降低焊缝的低温冲击韧性。
磁铁矿的主要成分是Fe3O4，其增加熔渣的量，可提高熔渣碱度；由于其为铁氧化产物，故在熔滴阶段其可抑制铁的氧化以及铁的蒸发，一定程度上降低焊接过程烟尘的产生；此外，磁铁矿在熔滴阶段可分解析出O2-，能与熔滴中分解生成的H+生成OH-，并过渡到熔渣中，从而降低焊缝氢含量；当磁铁矿含量低于6％时，对烟尘抑制作用不明显；当磁铁矿含量高于10％时，由于含量过多将导致焊缝增氧，降低熔敷金属低温冲击韧性。
铝粉的主要作用是脱氧，降低焊缝氧含量，生成的三氧化二铝可以改善立焊操作性能；但铝粉含量少于4％时，脱氧不足，低温韧性差；当铝粉含量高于6％，将导致焊缝中Al2O3夹渣增多，导致低温冲击韧性下降。
硅铁含有大量的硅，硅作为主要合金元素，提高焊缝强度；当硅铁含量低于10％时，抗拉强度不足；硅铁含量高于15％时，将导致焊缝低温冲击韧性下降。
钛铁含有大量的Ti，主要参与脱氧，在适宜的氧含量环境下，其可氧化生成TiO，能作为结晶形核质点，改善焊缝低温冲击韧性；当钛铁含量低于3％时，脱氧不足，低温冲击韧性低；而钛铁含量大于5％时，焊缝中Ti含量过多，焊缝强度过高，低温冲击韧性下降。
镍粉含有大量Ni，可降低焊缝韧脆转变温度，使焊缝在低温仍具有较好的韧性；当镍粉含量低于4％时，焊缝韧性不足；但过多添加镍粉将增加原材料成本。
大理石含有CaCO3，其在熔滴阶段分解获得CaO，将显著影响熔滴表面张力，使熔滴粗化，减少熔滴氧化或合金蒸发量，从而减少焊接过程中的发尘量；当大理石含量少于1％时，含量不足对熔滴影响不显著；当大理石含量多于3％时，熔滴过于粗大，将显著改变焊接工艺性能，使飞溅变多。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种低尘低毒型药芯焊丝的药芯中不含有锰元素和氟化物，该药芯焊丝焊接烟尘中不含有有害的氟化物，几乎不含有MnO，显著减少了焊接烟尘，有效改善了焊工的工作环境和身心健康。
(2)本发明提供的这种低尘低毒型药芯焊丝使用富氩保护气体焊接，具有优良的焊接工艺性能，其熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度≥470MPa；抗拉强度≥550MPa；伸长率≥22％；-60℃条件下，Akv≥47J；可用于低温高强钢的焊接。
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。
实施例中低尘低毒药芯焊丝配方见表1，钢皮为SPCC钢带，其Mn含量0.28％(质量百分比)，采用常规药芯焊丝制造工艺制得。表2所示为对应实施例药芯焊丝熔敷金属的化学成分与力学性能；实施例中低尘低毒药芯焊丝的焊接条件：保护气体为富氩气(80％Ar+20％CO2)；焊接电流250～260A；焊接电压26～27V；焊接速度20～40mm/min。
表1：药芯焊丝中药芯化学成分配比及填充率(质量百分比％)
Figure BDA0001472469470000051
表2：熔敷金属的化学成分与力学性能
Figure BDA0001472469470000052
从表1和表2所示实施例可以看出：本发明提供的这种低尘低毒型药芯焊丝由于其药芯中不含有锰元素和氟化物，该药芯焊丝焊接过程中发尘量显著减少，且其焊接烟尘中不含有有害的氟化物，几乎不含有MnO；同时本发明药芯焊丝采用富氩保护气体焊接，熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度≥470MPa；抗拉强度≥550MPa；伸长率≥22％；-60℃条件下，Akv≥47J。
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 (6)

1.一种低尘低毒型药芯焊丝，包括钢皮和药芯，其特征在于：所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石40～48％，石英6～12％，磁铁矿6～10％，铝粉4～6％，硅铁10～15％，钛铁3～5％，镍粉4～5％，大理石1～3％，余量为铁粉及不可避免的杂质；该药芯焊丝中药芯的填充率为14～16％，所述钢皮中锰元素含量不超过钢皮质量的0.3％。
2.如权利要求1所述的低尘低毒型药芯焊丝，其特征在于：所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石44～48％，石英8～10％，磁铁矿6～9％，铝粉4～6％，硅铁10～12％，钛铁4～5％，镍粉4～5％，大理石2～3％，余量为铁粉及不可避免的杂质；该药芯焊丝中药芯的填充率为14～16％。
3.如权利要求1所述的低尘低毒型药芯焊丝，其特征在于：所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石48％，石英10％，磁铁矿6％，铝粉4％，硅铁10％，钛铁4％，镍粉5％，大理石3％，余量为铁粉及不可避免的杂质；该药芯焊丝中药芯的填充率为14％。
4.如权利要求1所述的低尘低毒型药芯焊丝，其特征在于：所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石44％，石英10％，磁铁矿7％，铝粉4％，硅铁11％，钛铁5％，镍粉5％，大理石3％，余量为铁粉及不可避免的杂质；该药芯焊丝中药芯的填充率为14％。
5.如权利要求1所述的低尘低毒型药芯焊丝，其特征在于：所述药芯成分及其在药芯中所占的质量百分比含量为：金红石47％，石英8％，磁铁矿9％，铝粉6％，硅铁12％，钛铁3％，镍粉5％，大理石2％，余量为铁粉及不可避免的杂质；该药芯焊丝中药芯的填充率为15％。
6.如权利要求1～5任一项所述的低尘低毒型药芯焊丝的使用方法，其特征在于：所述低尘低毒型药芯焊丝采用80％Ar+20％CO2的富氩气体作保护气，焊接电流250～260A；焊接电压26～27V；焊接速度20～40mm/min。
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