CN110340567A - 一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝，属于药芯焊丝的制备领域。所述药芯焊丝由外皮和药芯组成，其中，所述外皮为镍带，所述药芯的成分按质量百分含量计为：所述药芯的成分包括CaF240‑65%，K2ZrF62‑10%，LiF5‑15%，Al7‑14%，Mn5‑10%，Cr2‑5%，Mg5‑10%，Si0.5‑5%，B 0.5‑5%，RE2O30.5‑5%，TiO 2‑7%，CaO 2‑5%，余量为Fe。本发明制备的药芯焊丝工艺性能优良、电弧燃烧稳定，熔敷金属氢含量低，焊接的高度钢的质量稳定，大幅度提高了高强钢的焊接性能。

Description

一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝及其制备方法
技术领域
本发明属于药芯焊丝的制备领域，尤其涉及一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝及其制备方法。
背景技术
焊接技术是现代工业高质量、高效率制造技术中一种不可缺少的加工工艺。为提高效率、缩短生产周期和降低生产成本，焊接技术正向着自动化、精密化的方向快速发展。焊接技术的发展的基本，是焊接材料和焊接方法的发展，二者相辅相成，相互促进的过程。焊接材料从光焊条到薄药皮焊条、埋弧焊死、气体保护焊丝到今天的药芯焊丝，经过了长期的发展。每一种新材料的出现都使得焊接技术的发展产生一个新的飞跃。
目前，药芯焊丝是熔化焊接材料的最新形式，是一种跨世界的新型焊接材料，几年来在世界各国都得到了广泛的发展与应用，具有广阔的发展前景。药芯焊丝几乎具有其它焊接材料所有的优点，且其优良的综合使用性能和熔敷金属力学性能、抗气孔、抗裂纹性能是其它金属难以匹敌的。
高强钢是伴随着焊接结构向高强度、大型化的方向发展而出现的。在国外已广泛应用于工程机械、压力容器、桥梁、耐压钢管以及海上结构等方面。近些年来，我国也相继研究研制了一系列低合金高强钢。但由于高强钢强度级别高，合金系统复杂，焊接性较差，加之焊接结构使用条件一般比较差，对质量的要求高，因而给焊接工作带来比较大的困难。应用于高强钢的焊接材料在耐气孔、减少飞溅及提高产品稳定性等方面仍有许多工作要做。因此，开展对高强钢焊接材料的研究具有十分重要的意义。
综上，现有的应用于高强钢的药芯焊丝仍然存在焊接性能不稳定等问题，因此，有必要开发一种新的适用于高强钢的药芯焊丝。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝及其制备方法；本发明的药芯焊丝工艺性能优良、电弧燃烧稳定，熔敷金属氢含量低，焊接的高度钢的质量稳定，大幅度提高了高强钢的焊接性能。
本发明的目的之一是提供一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝。
本发明的目的之二是提供一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的制备方法。
本发明的目的之三是提供一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的使用方法。
本发明的目的之四是提供适用于高强钢的低氢药芯焊丝及其制备方法以及低氢药芯焊丝的使用方法的应用。
为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：
首先，本发明公开了一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝，所述药芯焊丝由外皮和药芯组成，其中，所述外皮为镍带，所述药芯的成分按质量百分含量计为：所述药芯的成分包括CaF2 40-65％，K2ZrF6 2-10％，LiF 5-15％，Al 7-14％，Mn 5-10％，Cr 2-5％，Mg 5-10％，Si 0.5-5％，B 0.5-5％，RE2O3 0.5-5％，TiO 2-7％，CaO 2-5％，余量为Fe。
所述镍带的成分按质量百分含量计为：Ni+Co≥99.5％，Cu≤0.06％，Fe≤0.10％，Mn≤0.05％，C≤0.10％，Si≤0.10％，S≤0.005％。
所述外皮厚度为0.5mm，宽度8-12mm。
优选的，所述药芯的成分按质量百分含量计为：CaF2 40-55％，K2ZrF6 2-5％，LiF5-10％，Al 7-10％，Mn 5-7％，Cr 2-3.5％，Mg 5-7％，Si 0.5-2％，B 0.5-2％，RE2O3 0.5-2％，TiO 2-4％，CaO 2-3.5％，余量为Fe。
优选的，所述药芯的成分按质量百分含量计为：CaF2 50-60％，K2ZrF6 5-10％，LiF10-15％，Al 10-14％，Mn 7-10％，Cr 3.5-5％，Mg 7-10％，Si 2-5％，B 2-5％，RE2O3 2-5％，TiO 4-7％，CaO 3.5-5％，余量为Fe。
进一步优选的，所述药芯的成分按质量百分含量计为：CaF2 45％，K2ZrF6 4％，LiF7％，Al 8％，Mn 5％，Cr 4％，Mg 7％，Si 1％，B 1％，RE2O3 3％，TiO 5％，CaO 4％，余量为Fe。
进一步优选的，所述药芯的成分按质量百分含量计为：CaF2 42％，K2ZrF6 6％，LiF10％，Al 12％，Mn 5％，Cr 3％，Mg 6％，Si 1％，B 1％，RE2O3 2％，TiO 4％，CaO 3％，余量为Fe。
其次，本发明公开了一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的制备方法，所述方法包括入选步骤：
S1：药粉的制备
1)烘干：将药芯中成分制成≤100目的粉状后，非氧化物成分在160℃下烘干3小时；氧化物成分先在150-170℃下烘干3小时，然后在350-400℃下烘干5小时，烘干后的非氧化物成分和氧化物成分均在80℃下保温，防止吸潮；
2)配粉：按药芯成分过80目筛，然后按照比例配制成药芯合金粉后混合均匀，待用；
S2：将镍带轧成U形槽；
S3：将S1中的混合好的药芯合金粉加入S2中的U形槽内，填充率为22-32％，然后将U形槽合口，得到盛装有药芯粉料的镍带，最后将镍带轧辊成预定直径的药芯焊丝。
再次，本发明公开了一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的使用方法：将本发明制备的低氢药芯焊丝在电压28-33V，电流160-220A、送丝速度120-300mm/min、焊丝干伸长18-22mm工艺参数下进行焊接。
最后，本发明公开了用于高强钢的低氢药芯焊丝及其制备方法以及低氢药芯焊丝的使用方法在焊接压力容器、桥梁、耐压钢管中的应用。
与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：
(1)本发明制备的药芯焊丝工艺性能优良、电弧燃烧稳定，熔敷金属氢含量低，焊接的高度钢的质量稳定，大幅度提高了高强钢的焊接性能。
(2)将本发明制备的药芯焊丝在电压28-33V，电流160-220A、送丝速度120-300mm/min、焊丝干伸长18-22mm工艺参数下进行焊接时，电弧稳定，成形良好，熔渣覆盖性好，且容易脱渣，表现出良好的焊接工艺性能，熔敷金属经400℃烘干2小时后，扩散氢含量低于4.0ml/100g。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所述，现有的应用于高强钢的药芯焊丝仍然存在焊接性能不稳定等问题，因此，本发明提出了一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝及其制备方法，现结合具体实施方式对本发明进行进一步说明。
实施例1
1、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝，所述药芯焊丝由外皮和药芯组成，其中，所述外皮为镍带，所述药芯的成分按质量百分含量计为：CaF2 45％，K2ZrF6 4％，LiF 7％，Al8％，Mn 5％，Cr 4％，Mg 7％，Si 1％，B 1％，RE2O3 3％，TiO 5％，CaO 4％，余量为Fe。镍带的成分按质量百分含量计为：Ni+Co≥99.5％，Cu≤0.06％，Fe≤0.10％，Mn≤0.05％，C≤0.10％，Si≤0.10％，S≤0.005％。所述外皮厚度为0.5mm，宽度10mm。
2、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的制备方法，所述方法包括入选步骤：
S1：药粉的制备
1)烘干：将药芯中成分制成100目的粉状后，非氧化物成分在160℃下烘干3小时；氧化物成分先在160℃下烘干3小时，然后在380℃下烘干5小时，烘干后的非氧化物成分和氧化物成分均在80℃下保温，防止吸潮；
2)配粉：按药芯成分过80目筛，然后按照本实施例中药芯的成分及其比例配制成药芯合金粉后混合均匀，待用；
S2：将本实施例中作为外皮的镍带轧成U形槽；
S3：将S1中的混合好的药芯合金粉加入S2中的U形槽内，填充率为30％，然后将U形槽合口，得到盛装有药芯粉料的镍带，最后将镍带轧辊成预定直径的药芯焊丝。
3、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的使用方法：将本实施例制备的低氢药芯焊丝在电压30V，电流200A、送丝速度200mm/min、焊丝干伸长20mm工艺参数下进行焊接。
实施例2
1、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝，所述药芯焊丝由外皮和药芯组成，其中，所述外皮为镍带，所述药芯的成分按质量百分含量计为：CaF2 42％，K2ZrF6 6％，LiF 10％，Al12％，Mn 5％，Cr 3％，Mg 6％，Si 1％，B 1％，RE2O3 2％，TiO 4％，CaO 3％，余量为Fe。镍带的成分按质量百分含量计为：Ni+Co≥99.5％，Cu≤0.06％，Fe≤0.10％，Mn≤0.05％，C≤0.10％，Si≤0.10％，S≤0.005％。所述外皮厚度为0.5mm，宽12mm。
2、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的制备方法，所述方法包括入选步骤：
S1：药粉的制备
1)烘干：将药芯中成分制成100目的粉状后，非氧化物成分在160℃下烘干3小时；氧化物成分先在170℃下烘干3小时，然后在350℃下烘干5小时，烘干后的非氧化物成分和氧化物成分均在80℃下保温，防止吸潮；
2)配粉：按药芯成分过80目筛，然后按照本实施例中药芯的成分及其比例配制成药芯合金粉后混合均匀，待用；
S2：将本实施例中作为外皮的镍带轧成U形槽；
S3：将S1中的混合好的药芯合金粉加入S2中的U形槽内，填充率为32％，然后将U形槽合口，得到盛装有药芯粉料的镍带，最后将镍带轧辊成预定直径的药芯焊丝。
3、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的使用方法：将本实施例制备的低氢药芯焊丝在电压28V，电流160A、送丝速度300mm/min、焊丝干伸长22mm工艺参数下进行焊接。
实施例3
1、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝，所述药芯焊丝由外皮和药芯组成，其中，所述外皮为镍带，所述药芯的成分按质量百分含量计为：CaF2 40％，K2ZrF6 5％，LiF 10％，Al10％，Mn 7％，Cr 3.5％，Mg 7％，Si 2％，B 2％，RE2O3 2％，TiO 4％，CaO 3.5％，余量为Fe。镍带的成分按质量百分含量计为：Ni+Co≥99.5％，Cu≤0.06％，Fe≤0.10％，Mn≤0.05％，C≤0.10％，Si≤0.10％，S≤0.005％。所述外皮厚度为0.5mm，宽度8mm。
2、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的制备方法，所述方法包括入选步骤：
S1：药粉的制备
1)烘干：将药芯中成分制成100目的粉状后，非氧化物成分在160℃下烘干3小时；氧化物成分先在150℃下烘干3小时，然后在400℃下烘干5小时，烘干后的非氧化物成分和氧化物成分均在80℃下保温，防止吸潮；
2)配粉：按药芯成分过80目筛，然后按照本实施例中药芯的成分及其比例配制成药芯合金粉后混合均匀，待用；
S2：将本实施例中作为外皮的镍带轧成U形槽；
S3：将S1中的混合好的药芯合金粉加入S2中的U形槽内，填充率为22％，然后将U形槽合口，得到盛装有药芯粉料的镍带，最后将镍带轧辊成预定直径的药芯焊丝。
3、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的使用方法：将本实施例制备的低氢药芯焊丝在电压33V，电流220A、送丝速度120mm/min、焊丝干伸长18mm工艺参数下进行焊接。
实施例4
1、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝，所述药芯焊丝由外皮和药芯组成，其中，所述外皮为镍带，所述药芯的成分按质量百分含量计为：CaF2 50％，K2ZrF6 4％，LiF 5％，Al11％，Mn 5％，Cr 3％，Mg 5％，Si 0.5％，B 0.5％，RE2O3 3％，TiO 5％，CaO 2％，余量为Fe。镍带的成分按质量百分含量计为：Ni+Co≥99.5％，Cu≤0.06％，Fe≤0.10％，Mn≤0.05％，C≤0.10％，Si≤0.10％，S≤0.005％。所述外皮厚度为0.5mm，宽度8mm。
2、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的制备方法，同实施例1。
3、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的使用方法，同实施例1。
实施例5
1、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝，所述药芯焊丝由外皮和药芯组成，其中，所述外皮为镍带，所述药芯的成分按质量百分含量计为：CaF2 60％，K2ZrF6 2％，LiF 5％，Al7％，Mn 5％，Cr 2％，Mg 5％，Si 0.5％，B 0.5％，RE2O3 0.5％，TiO 2％，CaO 2％，余量为Fe。镍带的成分按质量百分含量计为：Ni+Co≥99.5％，Cu≤0.06％，Fe≤0.10％，Mn≤0.05％，C≤0.10％，Si≤0.10％，S≤0.005％。所述外皮厚度为0.5mm，宽度8mm。
2、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的制备方法，同实施例1。
3、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的使用方法，同实施例1。
实施例6
1、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝，所述药芯焊丝由外皮和药芯组成，其中，所述外皮为镍带，所述药芯的成分按质量百分含量计为：CaF2 40％，K2ZrF6 10％，LiF 5％，Al7％，Mn 5％，Cr 5％，Mg 5％，Si 0.5％，B 0.5％，RE2O3 5％，TiO 7％，CaO 5％，余量为Fe。镍带的成分按质量百分含量计为：Ni+Co≥99.5％，Cu≤0.06％，Fe≤0.10％，Mn≤0.05％，C≤0.10％，Si≤0.10％，S≤0.005％。所述外皮厚度为0.5mm，宽度8mm。
2、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的制备方法，同实施例1。
3、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的使用方法，同实施例1。
实施例7
1、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝，所述药芯焊丝由外皮和药芯组成，其中，所述外皮为镍带，所述药芯的成分按质量百分含量计为：CaF2 40％，K2ZrF6 2％，LiF 13％，Al7％，Mn 10％，Cr 2％，Mg 10％，Si 5％，B 5％，RE2O3 0.5％，TiO 2％，CaO 2％，余量为Fe。镍带的成分按质量百分含量计为：Ni+Co≥99.5％，Cu≤0.06％，Fe≤0.10％，Mn≤0.05％，C≤0.10％，Si≤0.10％，S≤0.005％。所述外皮厚度为0.5mm，宽度8mm。
2、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的制备方法，同实施例1。
3、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的使用方法，同实施例1。
实施例8
1、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝，所述药芯焊丝由外皮和药芯组成，其中，所述外皮为镍带，所述药芯的成分按质量百分含量计为：CaF2 40％，K2ZrF6 2％，LiF 15％，Al14％，Mn 5％，Cr 2％，Mg 5％，Si 0.5％，B 0.5％，RE2O3 0.5％，TiO 2％，CaO 2％，余量为Fe。镍带的成分按质量百分含量计为：Ni+Co≥99.5％，Cu≤0.06％，Fe≤0.10％，Mn≤0.05％，C≤0.10％，Si≤0.10％，S≤0.005％。所述外皮厚度为0.5mm，宽度8mm。
2、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的制备方法，同实施例1。
3、一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝的使用方法，同实施例1。
对E40钢板进行对接试验，经过测试，采用实施例1-8的药芯焊丝时，电弧稳定，成形良好，熔渣覆盖性好，且容易脱渣，表现出良好的焊接工艺性能。熔敷金属在400℃经2小时烘干后，焊缝中扩散氢含量的测试结果如表1所示。
表1(单位：ml/100g)
实施例 1 2 3 4 5 6 7 8
扩散氢含量 2.6 2.7 3.4 3.1 3.5 2.9 3.6 3.8
从表1可以看出，焊缝中扩散氢含量均低于4.0ml/100g(甘油法)，扩散氢含量的高低是导致焊缝产生冷裂倾向的直接原因，为了防止氢致裂纹等重大的焊接缺陷，必须严格控制焊缝中的扩散氢含量，而高强钢强度级别高，合金系统复杂，焊接性较差，加之焊接结构使用条件一般比较差，对高强钢的焊接质量的要求更高，而本发明的药芯焊丝能够将高强钢焊缝中的扩散氢含量控制在4.0ml/100g以内，很好地解决了高强钢焊接过程中出现的冷裂问题。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于高强钢的低氢药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝由外皮和药芯组成，其中，所述外皮为镍带，所述药芯的成分按质量百分含量计为：所述药芯的成分包括CaF240-65％，K2ZrF6 2-10％，LiF 5-15％，Al 7-14％，Mn 5-10％，Cr 2-5％，Mg 5-10％，Si0.5-5％，B 0.5-5％，RE2O3 0.5-5％，TiO 2-7％，CaO 2-5％，余量为Fe。
2.如权利要求1所述的低氢药芯焊丝，其特征在于：所述镍带的成分按质量百分含量计为：Ni+Co≥99.5％，Cu≤0.06％，Fe≤0.10％，Mn≤0.05％，C≤0.10％，Si≤0.10％，S≤0.005％。
3.如权利要求1所述的低氢药芯焊丝，其特征在于：所述外皮厚度为0.5mm，宽度8-12mm。
4.如权利要求1-3任一项所述的低氢药芯焊丝，其特征在于：所述药芯的成分按质量百分含量计为：CaF2 40-50％，K2ZrF6 2-5％，LiF 5-10％，Al 7-10％，Mn 5-7％，Cr 2-3.5％，Mg 5-7％，Si 0.5-2％，B 0.5-2％，RE2O3 0.5-2％，TiO 2-4％，CaO 2-3.5％，余量为Fe。
5.如权利要求1-3任一项所述的低氢药芯焊丝，其特征在于：所述药芯的成分按质量百分含量计为：CaF2 50-60％，K2ZrF6 5-10％，LiF 10-15％，Al 10-14％，Mn 7-10％，Cr 3.5-5％，Mg 7-10％，Si 2-5％，B 2-5％，RE2O3 2-5％，TiO 4-7％，CaO 3.5-5％，余量为Fe。
6.如权利要求1所述的低氢药芯焊丝，其特征在于：所述药芯的成分按质量百分含量计为：CaF2 45％，K2ZrF6 4％，LiF 7％，Al 8％，Mn 5％，Cr 4％，Mg 7％，Si 1％，B 1％，RE2O33％，TiO 5％，CaO 4％，余量为Fe。
7.如权利要求1所述的低氢药芯焊丝，其特征在于：所述药芯的成分按质量百分含量计为：CaF2 42％，K2ZrF6 6％，LiF 10％，Al 12％，Mn 5％，Cr 3％，Mg 6％，Si 1％，B 1％，RE2O3 2％，TiO 4％，CaO 3％，余量为Fe。
8.如权利要求1-7任一项所述的低氢药芯焊丝的制备方法，所述方法包括入选步骤：
S1：药粉的制备
1)烘干：将药芯中成分制成≤100目的粉状后，非氧化物成分在160℃下烘干3小时；氧化物成分先在150-170℃下烘干3小时，然后在350-400℃下烘干5小时，烘干后的非氧化物成分和氧化物成分均在80℃下保温，防止吸潮；
2)配粉：按药芯成分过80目筛，然后按照比例配制成药芯合金粉后混合均匀，待用；
S2：将镍带轧成U形槽；
S3：将S1中的混合好的药芯合金粉加入S2中的U形槽内，填充率为22-32％，然后将U形槽合口，得到盛装有药芯粉料的镍带，最后将镍带轧辊成预定直径的药芯焊丝。
9.一种低氢药芯焊丝的使用方法：将权利要求1-7任一项所述的低氢药芯焊丝或将权利要求8所述的方法制备的低氢药芯焊丝在电压28-33V，电流160-220A、送丝速度120-300mm/min、焊丝干伸长18-22mm工艺参数下进行焊接。
10.如权利要求1-7任一项所述的低氢药芯焊丝极、如权利要求8所述低氢药芯焊丝的制备方法、如权利要求9所述的低氢药芯焊丝的使用方法在焊接压力容器、桥梁、耐压钢管中的应用。
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