CN110497114B - 一种低合金钢用热剂辅助水下湿法焊接自保护药芯焊丝 - Google Patents

一种低合金钢用热剂辅助水下湿法焊接自保护药芯焊丝 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低合金钢用热剂辅助水下湿法焊接自保护药芯焊丝，其解决了现有材料在深水中使用时存在的耐蚀性较差、焊丝存在热输入不足、焊接效果不好的技术问题，其设有外层金属皮和内部药芯，其特征是，所述外层金属皮的材料为低碳钢带，所述内部药芯由TiO2、CaF2、CaCO3、LiF、SiO2、热剂及合金剂组成，各组成成分的质量百分比为：TiO220‑40％，CaF210‑30％，CaCO31‑5％，LiF2‑6％，SiO25‑10％，合金剂5‑20％，余为热剂。本发明可广泛用于水下湿法焊接领域。

Description

一种低合金钢用热剂辅助水下湿法焊接自保护药芯焊丝
技术领域
本发明涉及一种焊接材料，具体地说，涉及一种低合金钢用热剂辅助水下湿法焊接自保护药芯焊丝。
背景技术
近些年，我国在水下湿法焊接技术方面取得较快发展，涌现出一系列的焊接新材料及新工艺，然而，焊接过程稳定性差、氢致裂纹倾向大及焊接生产效率低，仍然限制了水下湿法焊接技术在实际工程中的应用。为了提高现有水下湿法焊接技术的自动化及智能化程度，开发高效的专用于水下焊接的自保护药芯焊丝是非常重要的。
现有的湿法焊接材料中，水下专用焊条较多，但焊条的使用将降低焊接生产效率，不利于焊接过程自动化的实现。中国专利CN 103084761A、 108526752A及107442966A各公开了一种低合金钢用水下湿法焊接自保护药芯焊丝，前两个专利均是以金红石-氧化铁为基础渣系，后者以钛酸锌 -碳酸盐为造渣体系。
上述在先专利申请，通过加入氧化物及碳酸盐，降低焊接接头的扩散氢含量，且焊缝金属主要以Ni元素为合金剂，其耐蚀性较差；焊接过程的熔敷效率较低，尤其在深水环境下，上述专利中的焊丝存在热输入不足的缺点，限制了其应用。
发明内容
本发明就是为了解决现有材料在深水中使用时存在的耐蚀性较差、焊丝存在热输入不足、焊接效果不好的技术问题，提供一种可在水下使用的焊接性能较好的低合金钢用热剂辅助水下湿法焊接自保护药芯焊丝。
为此，本发明提供一种低合金钢用热剂辅助水下湿法焊接自保护药芯焊丝，其设有外层金属皮和内部药芯，所述外层金属皮的材料为低碳钢带，所述内部药芯由TiO2、CaF2、CaCO3、LiF、SiO2、热剂及合金剂组成，各组成成分的质量百分比为：TiO2 20-40％，CaF2 10-30％，CaCO3 1-5％， LiF 2-6％，SiO2 5-10％，合金剂5-20％，余为热剂。
本发明中，TiO2和CaF2是含量较多的成分，通过优化其组成及配比，并加入少量的SiO2和CaCO3以实现对水下焊接过程的渣气联合保护，SiO2的加入是为了调节熔渣物化性质，使其具有良好熔渣覆盖性，并保证脱渣性。CaF2的加入除造渣外，还可以有效地降低焊接接头中的扩散氢含量。
优选的，本发明中所用热剂，由包括Al/CuO、Al/NiO及Al/Fe2O3三种体系组成，其中Al/CuO 2-10％，Al/NiO 1-8％，Al/Fe2O3 1-15％，具体地，Al/CuO热剂按摩尔比例2:1进行配制，Al/NiO热剂按摩尔比例2:1 进行配制，Al/Fe2O3热剂按照摩尔比2:1进行配制。本发明中，“/”的含义为Al和CuO二者整体为一种热剂。Al/NiO及Al/Fe2O3中的“/”的含义与此相同。
本发明中，加入的热剂的作用：一方面通过加入热剂，促进药芯焊丝的熔化，进一步提高金红石型自保护药芯焊丝的焊接过程稳定性；第二，热剂反应产物Cu和Ni在焊缝金属中起到合金的作用，提高焊缝金属的抗拉强度及冲击韧性。
优选的，本发明中，所述药芯中含有质量百分比5-20％的合金剂，所述合金剂由Mg粉与Fe粉组成，所述镁粉在药芯中的质量百分比为5-10％，所述Fe粉在药芯中的质量百分比含量为2-10％。Mg粉的加入一方面可以促进产热，降低电能消耗，并能提高电弧稳定性，且其产物MgO不溶于熔池，易于过渡到熔渣中，Fe粉的加入是为了获得合适的稀释率，并提高焊接过程的熔敷效率。
本发明的有益效果是：本发明的含有热剂的自保护药芯焊丝，使用低碳钢作为外层金属皮，制作工艺简单，药粉中加入适量的热剂，辅助水下焊接过程，降低焊接过程中电能消耗，同时热剂反应产物Cu和Ni 可以提高焊缝金属的力学性能，焊缝金属为Fe-Ni-Cu合金体系，可以实现水下高强钢结构的湿法焊接，焊接过程是在化学热和电弧热共同作用下进行的，可以有效降低焊接电流，焊缝金属为由Cu-Fe-Ni强化，焊缝金属抗拉强度可达670MPa，-20℃冲击韧性可达40J/cm2。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所描述的本发明。
一种水下湿法焊接用自保护药芯焊丝，包括外层金属皮和内部药芯，所述外层金属皮为低碳钢带，本发明中所用的低碳钢带，其成份及重量百分比含量为：C≤0.09％，Mn0.35-0.5％，Si≤0.03％；Cr≤0.2％，Ni ≤0.3％，Cu≤0.2％，S、P≤0.03％；内部药芯由TiO2、CaF2、CaCO3、LiF、 SiO2、热剂及合金剂组成，各组成成分的质量百分比为：TiO2 20-40％， CaF2 10-30％，CaCO3 0-5％，氟化锂0-5％，SiO2 5-10％，热剂10-40％，合金剂5％-20％。
本发明的药芯焊丝的制备方法为，选择低碳钢带，由拔丝机制作而成，药芯焊丝截面呈‘O’形，焊丝直径1.6mm，药芯粉通过常规的机械混合即可。
表1水下湿法焊接用自保护药芯焊丝典型实施例的化学成分
Figure BDA0002177187060000031
实施例1的药芯组分制备药芯焊丝，进行水下湿法焊接，焊缝金属抗拉强度可以达580MPa，-20℃冲击韧性为52J/cm2。
实施例2的药芯组分制备药芯焊丝，进行水下湿法焊接，焊缝金属抗拉强度可以达到500MPa，-20℃冲击韧性为63J/cm2。
实施例3的药芯组分制备药芯焊丝，进行水下湿法焊接，焊缝金属抗拉强度可以达到670MPa，-20℃冲击韧性为40J/cm2。
实施例4的药芯组分制备药芯焊丝，进行水下湿法焊接，焊缝金属抗拉强度可以达到549MPa，-20℃冲击韧性为48J/cm2。
与本申请的背景技术中记载的公开号分别为103084761A、 108526752A及107442966A的在先中国专利申请相比，本申请专利中焊丝在水下湿法焊接过程中电弧稳定性显著提高，焊接电能消耗降低15％，焊接效率增加10％，焊缝金属抗拉强度可以提高24％。

Claims (3)

1.一种低合金钢用热剂辅助水下湿法焊接自保护药芯焊丝，其设有外层金属皮和内部药芯，其特征是，所述外层金属皮的材料为低碳钢带，所述内部药芯由TiO2、CaF2、CaCO3、LiF、SiO2、热剂及合金剂组成，各组成成分的质量百分比为：TiO2 20-40％，CaF2 10-30％，CaCO3 1-5％，LiF 2-6％，SiO2 5-10％，合金剂5-20％，余为热剂；
所述热剂，由Al/CuO、Al/NiO及Al/Fe2O3三种体系组成，所述Al/CuO在药芯中的质量百分比2-10％，所述Al/NiO在药芯中的质量百分比1-8％，所述Al/Fe2O3在药芯中的质量百分比1-15％。
2.根据权利要求1所述的低合金钢用热剂辅助水下湿法焊接自保护药芯焊丝，其特征在于，所述热剂的成分 配比如下：Al/CuO热剂中，Al与CuO摩尔比例为2:1，Al/NiO热剂中，Al与NiO摩尔比例2:1，Al/Fe2O3热剂中，Al与Fe2O3摩尔比2:1。
3.根据权利要求1所述的低合金钢用热剂辅助水下湿法焊接自保护药芯焊丝，其特征在于，所述药芯中含有质量百分比7-20％的合金剂，所述合金剂由Mg粉与Fe粉组成，所述Mg粉在药芯中的质量百分比含量为5-10％，所述Fe粉 在药芯中的质量百分比含量为2-10％。
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