CN109530960A

CN109530960A - 一种适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝及其应用

Info

Publication number: CN109530960A
Application number: CN201811391448.5A
Authority: CN
Inventors: 孟庆润; 汪昌红; 汪涛; 包润新
Original assignee: Wuhan Tiemiao Welding Materials Co Ltd
Current assignee: Wuhan Tiemiao Welding Materials Co Ltd
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2019-03-29
Anticipated expiration: 2038-11-21
Also published as: CN109530960B

Abstract

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝，包括碳钢外皮及填充于所述碳钢外皮内的药芯，所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比：氟化钡25～30%，氟化锂4～7%，氟化稀土2～3%，镁粉14～16%，铝粉8～12%，石墨1～2%，金属锰4～7%，余量为铁粉。本发明还提供上述适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝的应用，所述小规格自保护药芯焊丝用于轻型钢结构的焊接。本发明提供的用药芯焊丝焊接时无需气体保护，仅靠焊接时药芯组分中的造渣、造气和强还原物质对焊接过程进行保护，抗风能力强，熔敷效率高，且满足美标AWS 5.20 中E71T‑11相关要求。

Description

一种适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝及其应用

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝及其应用。

背景技术

自保护药芯焊丝作为一种新型的焊接材料，与传统气保护药芯焊丝相比，焊接时无需气体保护，仅靠焊接时药芯组分中的造渣、造气和强还原物质对焊接过程进行保护，抗风能力强，熔敷效率高，其熔敷效率一般比焊条高15%。

小规格（焊丝直径0.8mm～1.0mm）自保护药芯焊丝主要应用于钢门、钢窗、薄板等轻型钢结构的焊接，替代传统的手工焊条；用于全位置焊接时，其产品力学性能应满足美标AWS 5.20中E71T-11对熔敷金属力学性能及化学成分的要求。AWS5.20中E71T-11具体技术要求如表1和表2所示。

与直径2.0mm的自保护药芯焊丝相比较，小规格（焊丝直径0.8mm～1.0mm）自保护药芯焊丝的焊丝直径较小，很容易产生气孔，导致焊缝的强度以及韧性降低，还会引起产生裂纹。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝及其应用，满足美标AWS 5.20 中E71T-GS对熔敷金属力学性能及化学成分的要求，可用于轻型钢结构的焊接。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝，包括碳钢外皮及填充于所述碳钢外皮内的药芯，所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比：氟化钡25～30%，氟化锂4～7%，氟化稀土2～3%，镁粉14～16%，铝粉8～12%，石墨1～2%，金属锰4～7%，余量为铁粉。

进一步地，所述药芯占所述小规格自保护药芯焊丝总质量的14～14.5%。

进一步地，所述小规格自保护药芯焊丝的横截面直径为0.8mm～1.0mm。

进一步地，所述碳钢外皮中各组分占碳钢钢带的质量百分比如下：Mn ≤0.42%，Si≤0.015%，C≤0.004%，S≤0.004%，P≤0.004%。

进一步地，所述小规格自保护药芯焊丝采用对接O型的方式封口。

作为一种实施方式，所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比：氟化钡25%，氟化锂5%，氟化稀土3%，镁粉14%，铝粉10%，石墨1%，金属锰5%，余量为铁粉。

作为一种实施方式，所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比：氟化钡27%，氟化锂4%，氟化稀土2%，镁粉15%，铝粉12%，石墨2%，金属锰4%，余量为铁粉。

作为一种实施方式，所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比：氟化钡30%，氟化锂7%，氟化稀土2%，镁粉16%，铝粉8%，石墨1.5%，金属锰7%，余量为铁粉。

本发明提供的这种适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝用于轻型钢结构的焊接。

本发明的适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝中药芯成分的设计原则如下：

氟化钡熔渣可以在较高温度下凝固，且凝固速度快，使其满足全位置焊接的要求。在常用的氟化物中，Ba的电离电位为5.21V，小于Ca的电离电位6.11V，Ba比Ca更加容易电离，可以使电弧更加稳定，保证良好工艺性，因此，控制氟化钡占所述药芯总重量的25～30%。

氟化锂可以去氢，适量可以稳定电弧；本实施例中，加入量过大电弧稳定性不好，增加焊接飞溅和烟尘，加入量过少去氢能力不足，容易出现气孔压坑，因此，控制氟化锂占所述药芯总重量的4～7%。相同质量的氟化物中BaF₂的含氟量最低大约为25%，而LiF等含氟量较高大约在65%以上，氟化锂的含氟量较多（与氟化钡共同作用）可保证去氢能力，提高抗气孔性。

氟化稀土可以去氢，且稀土元素可以固定氮，与杂质硫的亲和力大，改变夹杂质的形状、数量和分布，减少夹杂质对韧性的有害作用因此，控制氟化稀土占所述药芯总重量的2～3%。

镁粉是强脱氧剂，用于提高塑韧性，加入量少于14%时提高塑韧性能力不足，加入Mg量大于16%时，不利于焊缝成型，且会使渣量过多，因此，控制Mg占所述药芯总重量的14～16%。

铝是自保护焊丝中重要的脱氧剂，熔敷金属中铝含量增加时，熔敷金属中含氧量、氮含量明显下降，抗气孔性能明显上升。之所以铝可以有效减小焊缝气孔的敏感性，主要原因是脱氧能力非常强，其脱氧力排在钛、碳、镁之前。同时铝与氮有很强的结合力，可以形成稳定的氮化物且不溶于焊缝金属中而熔于熔渣，因此一定量的铝可以保证抗气孔性能。因此，控制铝占所述药芯总重量的8～12%。

石墨的适量加入可增加电弧稳定性，提高焊丝性能，石墨加入过多对低温韧性不利，因此，控制石墨占所述药芯总重量的百分比为1～2%。

金属锰是脱氧剂，用于降低焊缝金属的含氧量，增加焊缝金属强度和抗裂性，提高低温冲击韧性，调节铁水流动性。因此，金属锰占所述药芯粉料总重量的百分比为4～7%。

铁粉能改善焊接电弧状态，调节铁水熔点和粘度，余量加入。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明提供的这种小规格自保护药芯焊丝的渣系以氟化钡为主，该渣系特点是可以实现良好的全位置焊接性，尤其是立向下焊操作性良好；不需要保护气体，采用镁-铝联合脱氧，降低焊缝中O、N含量，从而保证力学性能的要求，同时加入适量矿物质，改善焊缝成型及电弧稳定性，添加氟化稀土以降低焊缝金属中S含量并改变夹杂物形态，从而改善塑韧性，使该产品满足美标AWS 5.20 中E71T-11相关要求；

（2）本发明提供的这种小规格自保护药芯焊丝，与传统气保护药芯焊丝相比，焊接时无需气体保护，仅靠焊接时药芯组分中的造渣、造气和强还原物质对焊接过程进行保护，抗风能力强，熔敷效率高；

（3）本发明提供的这种小规格自保护药芯焊丝所使用的原材料均为高品位原料，S、P含量少，有利于提高药芯焊丝的性能；

（4）本发明提供的这种小规格自保护药芯焊丝通过加入大量的铝、镁、锰等较强的脱氧剂，使熔敷金属中含氧量、氮含量明显下降，抗气孔性能明显上升，可以保证抗气孔性能；同时加入氟化稀土细化晶粒，保证焊缝金属的韧性和塑性。

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。

本发明提供一种适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝，包括碳钢外皮及填充于所述碳钢外皮内的药芯，所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比：氟化钡25～30%，氟化锂4～7%，氟化稀土2～3%，镁粉14～16%，铝粉8～12%，石墨1～2%，金属锰4～7%，余量为铁粉。本发明提供的这种小规格自保护药芯焊丝采用氟化钡渣系，可以实现良好的全位置焊接性，尤其是立向下焊操作性良好；不需要保护气体，采用镁-铝联合脱氧，降低焊缝中O、N含量，从而保证力学性能的要求，同时加入适量矿物质，改善焊缝成型及电弧稳定性，添加氟化稀土以降低焊缝金属中S含量并改变夹杂物形态，从而改善塑韧性，使该产品满足美标AWS 5.20 中E71T-11相关要求。

本发明中的碳钢外皮的化学成分见表3。

根据碳钢外皮的厚度和宽度情况，确定合适的药芯焊丝的填充率，本发明的药芯焊丝的填充率（药芯占焊丝总重量百分比）为14～14.5%。本发明实施例1～3提供的药芯焊丝中药芯的各组分及其占所述小规格自保护药芯焊丝的质量百分比见表4。

本发明提供的小规格自保护药芯焊丝的制备方法：采用钢带法生产所述小规格自保护药芯焊丝，在所述碳钢外皮内填充所述药芯，并采用对接O型的方式封口，药芯的配方见表4，填充率为14～14.5%，经拉拔成型减径后即得横截面直径为0.8mm的药芯焊丝。本发明提供的这种小规格自保护药芯焊丝适用于轻型钢结构的焊接。

采用本发明实施例1~3提供的药芯焊丝进行试验，其熔敷金属的力学性能见表5，熔敷金属化学成分见表6。

从表5可以看出，本发明实施例1~3提供的小规格自保护药芯焊丝的熔敷金属的抗拉强度达490MPa以上，屈服强度达420MPa以上，延伸率达20%以上，满足美标AWS 5.20 中E71T-11对焊丝熔敷金属力学性能的要求；从表6可以看出，本发明实施例1~3提供的小规格自保护药芯焊丝的熔敷金属中各组分的含量：C≤0.015%，Si≤0.015%，Mn ≤0.15%，S≤0.02%，P≤0.03%，Al≤0.16%，满足美标AWS 5.20 中E71T-11对焊丝熔敷金属中化学成分及含量的要求。

综上所述，本发明提供的这种小规格自保护药芯焊丝的熔敷金属力学性能及化学组分均满足美标AWS 5.20 中E71T-11相关要求，可用于钢门、钢窗、薄板等轻型钢结构的焊接。

另外，对上述实施例1～3中得到的熔敷金属进行射线探伤试验，结果为Ⅰ级，焊缝中没有裂纹，无气孔，成型美观。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝，包括碳钢外皮及填充于所述碳钢外皮内的药芯，其特征在于：所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比：氟化钡25～30%，氟化锂4～7%，氟化稀土2～3%，镁粉14～16%，铝粉8～12%，石墨1～2%，金属锰4～7%，余量为铁粉。

2.如权利要求1所述的一种适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝，其特征在于：所述药芯占所述小规格自保护药芯焊丝总质量的14～14.5%。

3.如权利要求1所述的一种适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝，其特征在于：所述小规格自保护药芯焊丝的横截面直径为0.8mm～1.0mm。

4.如权利要求1所述的一种适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝，其特征在于：所述碳钢外皮中各组分占碳钢钢带的质量百分比如下：Mn ≤0.42%，Si≤0.015%，C≤0.004%，S≤0.004%，P≤0.004%。

5.如权利要求1所述的一种适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝，其特征在于：所述小规格自保护药芯焊丝采用对接O型的方式封口。

6.如权利要求1所述的一种适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝，其特征在于：所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比：氟化钡25%，氟化锂5%，氟化稀土3%，镁粉14%，铝粉10%，石墨1%，金属锰5%，余量为铁粉。

7.如权利要求1所述的一种适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝，其特征在于：所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比：氟化钡27%，氟化锂4%，氟化稀土2%，镁粉15%，铝粉12%，石墨2%，金属锰4%，余量为铁粉。

8.如权利要求1所述的一种适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝，其特征在于：所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比：氟化钡30%，氟化锂7%，氟化稀土2%，镁粉16%，铝粉8%，石墨1.5%，金属锰7%，余量为铁粉。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的适用于全位置焊接的小规格自保护药芯焊丝的应用，其特征在于：所述小规格自保护药芯焊丝用于轻型钢结构的焊接。