CN110216400A - 一种大热输入气电立焊药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大热输入气电立焊药芯焊丝及其制备方法，焊丝的药芯粉由金红石、石英、低碳锰铁粉、镍粉、镁粉、硼铁、氟化钙以及铁粉混合而成，并用低碳钢钢带将其拉拔至直径为1.6mm的药芯焊丝，本发明提供的焊丝，在大热输入焊接条件下，焊缝金属内形成大量的细小弥散分布的非金属夹杂物，其中一部分夹杂物分布于在奥氏体晶界，可在升温的过程中钉扎在奥氏体晶界，阻止奥氏体晶粒的迁移长大；另一部分夹杂物分布于奥氏体晶内，在焊缝金属降温相变的过程中，以该类夹杂物为核心，诱导生成大量细长状的针状铁素体(AF)组织，细化了奥氏体晶内组织，并且AF晶粒彼此交错排列，有效的阻碍了裂纹的扩展，该药芯焊丝可用于船板钢、建筑用钢、等厚板的焊接。
Description
技术领域
本发明涉及焊丝材料及制备技术领域，尤其是一种大热输入气电立焊药芯焊丝及其制备方法。
背景技术
在造船、容器、海洋平台、建筑、桥梁等大型装备制造领域中，普遍采用中厚板作为焊接母材，使得焊接作业时间延长，大大增加了时间和人力成本，在此背景下，大热输入焊接技术得到了广泛应用。通常将焊接热输入量≥50kJ/cm 的焊接方法称为大热输入焊接，目前自动气电立焊、电渣焊、埋弧焊等大热输入焊接方法已在中厚板相关制造领域中得到广泛应用，大幅度降低了大型构件的生产制造成本。但是当焊接热输入量提高后，焊接接头处的峰值温度升高、受热时间延长，导致焊缝及热影响区(HAZ) 在内的整个焊接接头微观组织粗大，使得力学性能特别是低温冲击韧性严重变差。为了解决这一问题，国内钢铁企业和科研院校相继开展了大热输入焊接用钢的研究开发，目前已研发成功热输入量大于400kJ/cm的国家战略石油储备罐用钢；70 mm厚的热输入量大于500 kJ/cm EH40和EH36级船舶用钢板。但是我国传统的焊接材料在大热输入焊接条件下，所形成的焊缝金属微观组织粗大，力学性能严重变差，远远满足不了施工进度和力学性能要求，不能实现中厚板高效率焊接的效果。
发明内容
针对现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种可在200～400 kJ/cm气电立焊大热输入焊接条件下，焊缝金属仍具有良好的低温韧性的大热输入气电立焊药芯焊丝及其制备方法。
为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：
一种大热输入气电立焊药芯焊丝，其药芯原料包括如下质量分数的金属粉末材料：
还原铁粉 42%～70%；
低碳锰铁粉 5%～26%；
镍粉 5%～15%；
镁粉 0～5%；
氟化物 0～5%；
石英 1%～6%；
金红石 0～4%；
钼铁 0～4%；
硼铁 0～2%；
钛铁 1%～6%；
铝粉 0～6%。
进一步，所述的氟化物为氟化钙。
一种大热输入气电立焊药芯焊丝的制备方法，其包括如下步骤：
（1）根据化学计量比称取各原料组分，然后依序进行充分搅拌、混合和烘干后，制得药芯焊丝配方药粉；
（2）剪取预设规格的钢带，然后依序进行超声波清洗、去油、去锈、烘干和轧成U 型槽后，将药芯焊丝配方药粉倒入到钢带的 U 型槽中，然后经过闭合、减径、拉拔、收线后，制得大热输入气电立焊药芯焊丝。
进一步，步骤（2）所述钢带的厚度为0.8 mm，宽度为12 mm。
进一步，步骤（2）制得的大热输入气电立焊药芯焊丝中的药粉填充率为18%±5%。
进一步，步骤（2）制得的大热输入气电立焊药芯焊丝的直径为1.6 mm。
一种由上述所述的制备方法制得的大热输入气电立焊药芯焊丝。
采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：与传统的药芯焊丝相比，本发明方案利用“氧化物冶金”技术制备的大热输入药芯焊丝，大热输入焊缝金属中形成大量细小弥散分布的非金属夹杂物，如 TiO•MnO、（Si、Mg、Ca、Mn）O、MnS等，尺寸为0.5～1μm的含Ti氧化物的复合夹杂物数量为1～1.5万个/mm2；尺寸为1～2μm夹杂物数量为5000～8000/mm2，均比传统药芯焊丝形成的焊缝金属中的夹杂物数量药高，有助于钉扎奥氏体晶界，阻止奥氏体晶粒的长大，细化奥氏体晶粒。
另外，本方案通过对药芯焊丝进行合理成分配比，在大热输入焊接条件下，超过1700℃液态高温焊缝金属中，焊缝金属中依然生成了大量细小弥散分布高熔点的TiO•MnO、（Si、Mg、Ca、Mn）O、MnS的复合夹杂物，并且焊缝金属在降温的过程中，以该类夹杂物为核心可诱导生成大量细长的晶内针状铁素体(AF)组织，彼此交叉分布的AF组织可有效的阻碍裂纹的扩展，可大幅度提升大热输入焊缝金属的低温冲击韧性。
本发明的大热输入药芯焊丝，在425kJ/cm气电立焊大热输入焊接条件下，焊缝金属的抗拉强度640 MPa，屈服强度470 MPa，延伸率为24%，-40℃冲击功平均值65 J。经200～400 kJ/cm焊接热输入后的焊缝金属组织特征为：奥氏体晶界处为少量多边形块状的先共析铁素体，奥氏体晶粒内部为微细针状铁素体组织，并且晶粒尺寸小于10μm，微细针状铁素体组织比例大于90％。
采用本发明方案制得的焊丝适用于造船、容器、海洋平台、建筑、桥梁等大型装备制造中使用的40～100mm厚度的高强度钢板焊接，在单丝或双丝气电立焊热输入为200～400kJ/cm的范围内，大幅度提升焊接制造效率的同时，能够有效保证焊缝金属的力学性能，特别是低温冲击韧性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明方案做进一步的阐述：
图1为本发明方案实施例1的焊缝金属的微观组织图。
具体实施方式
一种大热输入气电立焊药芯焊丝，其原料包括如下质量分数的金属粉末材料：
还原铁粉 42%～70%；
低碳锰铁粉 5%～26%；
镍粉 5%～15%；
镁粉 0～5%；
氟化物 0～5%；
石英 1%～6%；
金红石 0～4%；
钼铁 0～4%；
硼铁 0～2%；
钛铁 1%～6%；
铝粉 0～6%。
进一步，所述的氟化物为氟化钙。
一种大热输入气电立焊药芯焊丝的制备方法，其包括如下步骤：
（1）根据化学计量比称取各原料组分，然后依序进行充分搅拌、混合和烘干后，制得药芯焊丝配方药粉；
（2）剪取预设规格的钢带，然后依序进行超声波清洗、去油、去锈、烘干和轧成U 型槽后，将药芯焊丝配方药粉倒入到钢带的 U 型槽中，然后经过闭合、减径、拉拔、收线后，制得大热输入气电立焊药芯焊丝。
进一步，步骤（2）所述钢带的厚度为0.8 mm，宽度为12 mm。
进一步，步骤（2）制得的大热输入气电立焊药芯焊丝中的药粉填充率为18%±5%。
进一步，步骤（2）制得的大热输入气电立焊药芯焊丝的直径为1.6 mm。
一种由上述所述的制备方法制得的大热输入气电立焊药芯焊丝。
实施例1
一种大热输入气电立焊药芯焊丝的制备方法，其包括如下步骤：
（1）按还原铁粉53.5%，低碳锰铁粉19%，镍粉8%份，镁粉1.2%，氟化物2.3%，石英3.3%，金红石3.5%，钼铁1%，硼铁0.5%，钛铁5.5%，铝粉2.2%的化学计量进行称取各种粉末原料，充分搅拌、混合均 匀，烘干，得到药芯焊丝配方药粉；
（2）剪切厚度为0.8mm的钢带，利用超声波清洗、去油、去锈、烘干、轧 成U 型槽，将步骤（1）所述金属混合药粉倒入 U 型槽中，经过闭合、减径、拉拔、收线，最后形成直径为1.6mm的药芯焊丝。
将所制备得到的大热输入药芯焊丝在276 kJ/cm气电立焊焊接条件下进行焊接，焊缝金属的的抗拉强度663 MPa，屈服强度500 MPa，延伸率为24%，-40℃冲击功平均值79J，焊缝金属的微观组织如图1所示，全部为细长的针状铁素体组织。
以上所述仅为本发明的举例说明，对于本领域的技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (7)
1.一种大热输入气电立焊药芯焊丝，其特征在于：其药芯原料包括如下质量分数的金属粉末材料：
还原铁粉 42%～70%；
低碳锰铁粉 5%～26%；
镍粉 5%～15%；
镁粉 0～5%；
氟化物 0～5%；
石英 1%～6%；
金红石 0～4%；
钼铁 0～4%；
硼铁 0～2%；
钛铁 1%～6%；
铝粉 0～6%。
2.根据权利要求1所述的一种大热输入气电立焊药芯焊丝，其特征在于：所述的氟化物为氟化钙。
3.根据权利要求1或2所述的一种大热输入气电立焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：
（1）根据化学计量比称取各原料组分，然后依序进行充分搅拌、混合和烘干后，制得药芯焊丝配方药粉；
（2）剪取预设规格的钢带，然后依序进行超声波清洗、去油、去锈、烘干和轧成U 型槽后，将药芯焊丝配方药粉倒入到钢带的 U 型槽中，然后经过闭合、减径、拉拔、收线后，制得大热输入气电立焊药芯焊丝。
4. 根据权利要求3所述的一种大热输入气电立焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述钢带的厚度为0.8 mm，宽度为12 mm。
5.根据权利要求3所述的一种大热输入气电立焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于：步骤（2）制得的大热输入气电立焊药芯焊丝中的药粉填充率为18%±5%。
6. 根据权利要求3所述的一种大热输入气电立焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于：步骤（2）制得的大热输入气电立焊药芯焊丝的直径为1.6 mm。
7.一种由权利要求3所述的制备方法制得的大热输入气电立焊药芯焊丝。
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