CN110202291A

CN110202291A - 一种50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝及其应用

Info

Publication number: CN110202291A
Application number: CN201910458852.8A
Authority: CN
Inventors: 杨恒闯; 杨宗全; 蔡俊; 陈成; 何涛; 宋昌宝; 刘�东
Original assignee: Wuhan Tiemiao Welding Materials Co Ltd
Current assignee: Wuhan Tiemiao Welding Materials Co Ltd
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2019-09-06
Anticipated expiration: 2039-05-29
Also published as: CN110202291B

Abstract

本发明属于焊接材料领域，涉及一种50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝，包括外皮及填充于所述外皮内的药芯，所述药芯的组分及各组分占所述药芯的质量百分含量如下：TiO₂35%～42%、钛酸钾5%～8%、硅酸盐3%～5%、氟化钠2%～3%、Si 3%～6%、Mn 10%～16%、Mg 1%～3%、Al 1%～3%、Cu 2%～5%、Ni 5%～10%、Cr 2%～8%，Fe余量。本发明还提供上述的药芯焊丝的应用，用于50公斤级焊耐候钢的全位置焊接。本发明提供的50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝通过药芯粉料向熔敷金属过渡适量的Ni、Cr、Cu及其他合金元素，使焊接金属具有优异的耐候性，其耐候指数I大于6.5，焊接接头腐蚀倾向小，焊接结构安全性高；可用于CO₂气体保护焊全位置焊接，焊接工艺性能优良，焊缝成形美观。

Description

一种50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝及其应用

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝及其应用。

背景技术

耐候钢因其具备耐大气腐蚀的特点，在桥梁、汽车、铁路车辆等行业应应用范围逐渐扩大，耐候钢具有减轻自重、节约维护成本、提高建造效率等优势。普通钢结构桥梁现阶段主要采用涂装解决锈蚀问题，但涂装费用及后期维护成本较高。因此耐候桥梁用钢在国内外得到了广泛发展。采用普通药芯焊丝焊接耐候钢时，其焊接接头因耐候指数I较低，导致焊接接头表面腐蚀倾向大，从而影响焊接结构的安全及使用；而采用耐候指数高的耐候钢配套药芯焊丝时，其焊接接头腐蚀倾向小，从而可以保证焊接结构的安全使用。

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耐候指数I大于6.5的50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝及其应用，焊接接头腐蚀倾向小，焊接结构的安全性高。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝，包括外皮及填充于外皮内的药芯，所述药芯的组分及各组分占所述药芯的质量百分含量如下：TiO₂ 35%～42%、钛酸钾 5%～8%、硅酸盐 3%～5%、氟化钠 2%～3%、Si 3%～6%、Mn10%～16%、Mg 1%～3%、Al 1%～3%、Cu 2%～5%、Ni 5%～10%、Cr 2%～8%，Fe余量。

进一步地，所述药芯中，Mg的质量百分含量与Al的质量百分含量之和为4%～6%。

进一步地，所述药芯占所述药芯焊丝的质量百分含量为14.0%～14.5%。

进一步地，所述药芯焊丝的熔敷金属中，Ni元素的质量百分含量为0.90%～1.25%，Cr元素的质量百分含量为0.25%～0.35%，Cu元素的质量百分含量为0.35%～0.40%。

作为一种优选的实施方式，所述药芯中，各组分占所述药芯的质量百分含量如下：TiO₂ 37%、钛酸钾 8%、硅酸盐 3%、氟化钠 2%、Si 6%、Mn 14%、Mg 3%、Al 2%、Cu 3%、Ni 7%、Cr 3%，Fe 12%。

作为一种优选的实施方式，所述药芯中，各组分占所述药芯的质量百分含量如下：TiO₂ 42%、钛酸钾 5%、硅酸盐 4%、氟化钠 2.6%、Si 3%、Mn 16%、Mg 3%、Al 1%、Cu 5%、Ni6%、Cr 5%，Fe 7.4%。

作为一种优选的实施方式，所述药芯中，各组分占所述药芯的质量百分含量如下：TiO₂ 39%、钛酸钾 6%、硅酸盐 5%、氟化钠 2.5%、Si 4%、Mn 12%、Mg 2%、Al 3%、Cu 4%、Ni9%、Cr 7%，Fe 6.%。

本发明还提供上述的药芯焊丝的应用，用于50公斤级焊耐候钢的全位置焊接。

进一步地，采用CO₂气体保护焊，焊接电流为240A～250A，焊接电压为26V～27V，焊接速度25cm/min～27cm/min。

本发明的设计原理如下：

TiO₂：调节熔渣熔点和粘度，改善电弧稳定性和焊缝成型；加入量少于35%时电弧稳定性不佳，影响立焊工艺性能；当加入量超过42%时，会使焊缝成形变差，熔池气体不易逸出而产生气孔；因此，加入量控制在35～42%。

钛酸钾：可调节电弧稳定性，使电弧柔和，减少飞溅；加入量少于5%时，电弧稳定性效果不明显，加入量超过8%，易造成熔渣堆积，影响焊缝成形；因此加入量控制为5%～8%。

硅酸盐：可降低熔池中铁水的表面张力，增强铁水流动性，细化熔滴，降低飞溅、改善熔渣覆盖性能；加入量少于3%时，上述作用不明显；反之当加入量超过5%时，会降低熔渣熔点，熔渣流动性太强，使角焊缝等角性变差。

氟化钠：用作去氢剂，降低焊缝扩散氢含量；加入量少于2%时去氢能力不足，焊缝易产生气孔压坑；加入量超过3%时焊接飞溅和烟尘增大，影响焊接工艺性能。

Si：Si是重要脱氧剂，焊丝中含有一定量的Si能降低焊缝金属的氧含量，提高低温冲击韧性，调节铁水的流动性；在耐候钢中Si元素有利于细化锈层中的氧化物，从而降低耐候钢的整体腐蚀率。Si加入量低于3%时会导致脱氧不足，焊缝金属强度和低温冲击韧性不能满足要求；当Si加入量超过6%时会使焊缝强度过高，焊缝塑性下降、抗裂性变差。

Mn：Mn是主要脱氧剂，降低焊缝金属的含氧量，增加焊缝金属强度和抗裂性；当Mn加入量低于10%时会导致脱氧不足，焊缝金属强度和低温冲击韧性不能满足要求；当加入量超过16%时，会使焊缝强度过高。

Mg：Mg与Al是强脱氧剂，提高冲击韧性，加入量少于1%时提高低温冲击韧性能力及脱氧能力不足，大于3%时由于脱氧产物含有镁的氧化物使熔渣的熔点上升导致凝固速度加快，不利于焊缝气体的排除，也会造成立焊成形变差。

Al：Al与Mg是强脱氧剂，提高冲击韧性，脱氧产物Al₂O₃可改善立焊工艺性能，立焊成形更加美观。Al加入量少于1%时提高低温冲击韧性能力及脱氧能力不足，改善立焊工艺性能不明显；大于3%时由于脱氧产物含有Al的氧化物使焊缝金属含有Al₂O₃夹渣，对冲击韧性不利。

Mg与Al含量之和低于4%时，脱氧不充分，影响冲击韧性；高于6%时，脱氧太强，电弧稳定性变差，飞溅增多，对焊接工艺性能不利。

Cu：Cu可提高耐候钢的耐腐性；耐候钢在腐蚀过程中，其表面产生Cu的富集现象，在腐蚀层和Cu的富集层之间形成一层紧密的CuO中间层，可减缓或阻止腐蚀介质继续向内侵蚀。Cu加入量低于2%时上述效果不明显，耐候指数偏低，超过5%时，增加制造成本。

Ni：Ni可提高钢的自腐蚀点位，增加了钢的稳定性。加入量低于5%时，上述效果不明显，耐候指数偏低，超过10%时焊缝金属抗拉强度偏高。

Cr：Cr是耐候钢中常见的合金元素，Cr能够在钢表面形成致密的氧化膜，提升电极电位，产生钝化效果，提高钢的耐蚀性。与Cu元素同时加入钢中时提高钢的耐蚀性效果尤为明显。当加入量低于2%时，上述效果不明显，耐候指数I偏低；超过8%时会使钢碳当量或焊接冷裂纹敏感性指数提高，提高淬硬倾向，冲击韧性随之下降。

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50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝通过药芯粉料向熔敷金属过渡适量的Ni、Cr、Cu及其他合金元素，使焊接金属具有优异的耐候性，其耐候指数I大于6.5，焊接接头腐蚀倾向小，焊接结构的安全性高；

（2）本发明提供的50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝通过对药芯组分的调整，控制焊缝金属中Mn、Si、C及其他合金元素的含量，保证熔敷金属抗拉强度高于500MPa，延伸率大于20%，-20℃低温冲击吸收能量大于60J；

（3）本发明提供的50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝可以用于CO₂气体保护焊全位置焊接，焊接工艺性能优良，焊缝成形美观。

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。

本发明实施例1～3提供的药芯焊丝中药芯的各组分及其占所述药芯的质量百分含量如表1所示，其中药芯占药芯焊丝总质量的14%。

对采用上述三个实施例的药芯粉料制得的三种药芯焊丝进行熔敷金属理化性能试验，试板坡口、尺寸、取样方法与位置均按照中国国家标准GB/T 10045《非合金钢及细晶粒钢药芯焊丝》进行。采用的CO₂气体保护焊，接入直流反接式电源进行焊接操作，实施例1、2、3焊接电流240A～250A，焊接电压26V～27V，焊接速度25 cm/min ～27cm/min。各实施例所制得的焊丝熔敷金属化学成分、耐候指数I、力学性能见表2、表3。

其中，本实施例中耐候指数I的计算公式为：

I=26.01(%Cu)+3.88(%Ni)+1.20(%Cr)+1.48(%Si)+17.28(%P)-7.29(%Cu)×(%Ni)-9.10(%Ni)×(%P)-33.39(%Cu)²；分别计算出实施例1、2、3的熔敷金属的耐候指数；从表2中可以看出本发明的实施例采用CO₂气体保护焊时，耐候指数I大于6.5，具有优良的耐蚀性能。

从表3可以看出，采用CO₂气体保护焊时，实施例1、2、3的熔敷金属的抗拉强度均大于500MPa，-20℃冲击均大于60J，具有稳定的力学性能，工艺性能优良，可全位置焊接，电弧稳定，焊缝成形美观。

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50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝，包括外皮及填充于所述外皮内的药芯，其特征在于，所述药芯的组分及各组分占所述药芯的质量百分含量如下：TiO₂ 35%～42%、钛酸钾 5%～8%、硅酸盐 3%～5%、氟化钠 2%～3%、Si 3%～6%、Mn 10%～16%、Mg 1%～3%、Al1%～3%、Cu 2%～5%、Ni 5%～10%、Cr 2%～8%，Fe余量。

2.如权利要求1所述的一种50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝，其特征在于：所述药芯中，Mg的质量百分含量与Al的质量百分含量之和为4%～6%。

3.如权利要求1所述的一种50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝，其特征在于：所述药芯占所述药芯焊丝的质量百分含量为14.0%～14.5%。

4.如权利要求1所述的一种50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝的熔敷金属中，Ni元素的质量百分含量为0.90%～1.25%，Cr元素的质量百分含量为0.25%～0.35%，Cu元素的质量百分含量为0.35%～0.40%。

5.如权利要求1所述的一种50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝，其特征在于：各组分占所述药芯的质量百分含量如下：TiO₂ 37%、钛酸钾 8%、硅酸盐 3%、氟化钠 2%、Si 6%、Mn14%、Mg 3%、Al 2%、Cu 3%、Ni 7%、Cr 3%，Fe 12%。

6.如权利要求1所述的一种50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝，其特征在于：各组分占所述药芯的质量百分含量如下：TiO₂ 42%、钛酸钾 5%、硅酸盐 4%、氟化钠 2.6%、Si 3%、Mn 16%、Mg 3%、Al 1%、Cu 5%、Ni 6%、Cr 5%，Fe 7.4%。

7.如权利要求1所述的一种50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝，其特征在于：各组分占所述药芯的质量百分含量如下：TiO₂ 39%、钛酸钾 6%、硅酸盐 5%、氟化钠 2.5%、Si 4%、Mn 12%、Mg 2%、Al 3%、Cu 4%、Ni 9%、Cr 7%，Fe 6.%。

8.如权利要求1～7任一项所述的50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝的应用，其特征在于：所述药芯焊丝用于50公斤级焊耐候钢的全位置焊接。

9.如权利要求8所述的50公斤级全位置焊耐候钢用药芯焊丝的应用，其特征在于：采用CO₂气体保护焊，焊接电流为240A～250A，焊接电压为26V～27V，焊接速度25cm/min～27cm/min。