CN110508969A

CN110508969A - 一种碱性全位置co2气保药芯焊丝

Info

Publication number: CN110508969A
Application number: CN201910839665.4A
Authority: CN
Inventors: 周峙宏; 庄石城; 林祐禾
Original assignee: KUNSHAN GINTUNE WELDING CO Ltd
Current assignee: KUNSHAN GINTUNE WELDING CO Ltd
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2019-11-29
Anticipated expiration: 2039-09-05
Also published as: CN110508969B

Abstract

本发明公开了一种碱性全位置CO₂气保药芯焊丝。药芯各组成包含铝、镁、锰、硅、镍、钼、碳、铝镁氧化物、锰铁硅氧化物、氟化钡、氟化锂、钠及钾、稀有金属钇、镧、铈合金，其余部分为铁及其他无法避免的杂质。本发明焊丝在全位置焊接时，不会产生未熔合、夹渣、气孔等缺陷，焊道成形佳，焊接时飞溅少，并且在平焊位置的全焊缝抗拉强度可达到760MPa，夏比冲击试验在‑60℃时可达69J。

Description

一种碱性全位置CO2气保药芯焊丝

技术领域

本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种碱性渣系的全位置CO₂气保药芯焊丝。

背景技术

碱性药芯焊丝在焊接的应用上，操作性一直无法与金红石渣系相比，尤其是在全位置的应用上，金红石渣系有着电弧稳定、熔滴过渡稳定、飞溅小、焊道成形较佳等优势；可是大部分的金红石药芯焊丝无法满足焊缝抗拉强度大于760MPa，且低温冲击-60℃大于69J的要求。以石灰及氟化钙渣系为主的碱性焊丝在平焊位置，混合气(15％-25％CO₂/其余氩气)保护焊接时，焊缝机械性能可达以上要求，但无法在其他位置焊接。虽然有些石灰及氟化钙渣系为主的碱性焊丝在只需满足490MPa强度要求，使用直流正接，立向上位置焊接时勉强可操作，但在高强度要求下，平焊位置以外的焊接就不好操作了。在管道应用中，这种氟化钡碱性渣系的系统也有被应用于自保护的全位置焊接中。但由于无气体保护，焊缝中存在大量的氮化物，影响其在低温下的冲击表现。所以在抗拉强度大于760MPa，低温冲击-60℃大于69J的全位置焊接，一般业界还是使用手焊条焊接，但是手焊条焊接的效率较低。

中国专利CN100488706、CN101559546B及CN109530960A的发明中，也使用大量氟化钡及铝镁合金，产生自保护的效果。但其测试熔敷金属的抗拉强度不达760MPa，冲击试验的测试温度也未低至-60℃。

中国专利CN102655978中，采用氧化钙，搭配镁、钙、鍶、钡等氟化物，及一些强脱氧物，使焊缝中的氧低于300ppm，得到高韧性焊缝金属。但其测试的韧性的冲击温度为0℃，且无强度结果，并且测试使用的气体仅为80％Ar+20％CO₂。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种碱性渣系的药芯焊丝，在CO₂气体保护下，使用直流正接模式，全焊缝抗拉强度大于760MPa，夏比冲击-60℃冲击大于69J，同时在全位置焊接时有着飞溅细小、焊道成形佳等优势，且在半自动焊的工艺下，效率较手焊条大大提升。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：一种碱性全位置CO₂气保药芯焊丝，由碳钢的钢带外皮包覆各不同原料的药芯，钢带及药芯中各组成占全部焊丝重量百分比如下：铝1.2％-2.0％，镁0.45％-0.7％，锰1.05％-1.4％，硅0.18％-0.28％，镍1.95％-2.40％，钼0.45％-0.55％，碳0.035％-0.058％，铝镁氧化物0.7％-1.3％，锰铁硅氧化物0.5％-1％，氟化钡2.8％-3.8％，氟化锂0.65％-1.05％，钠及钾小于0.065％，稀有金属钇、镧、铈合金0.025％-0.085％，其余部分为铁及其他无法避免的杂质。

其中，钠及钾的来源可以是氟化物、长石类矿物，或者是碳酸钠及碳酸钾与氧化铁湿混后750℃烘干，加工造粒后过80目筛网之混合物。

其中，铝镁氧化物是指铝的氧化物和镁的氧化物。

其中，锰铁硅氧化物是指锰的氧化物、铁的氧化物和硅的氧化物。

其中，焊丝中磷和硫总量小于焊丝总量的0.030％。

其中，药芯焊丝中药芯总量占焊丝总量13.5％-21.0％。

其中，药芯焊丝焊接时使用的极性为直流正接(焊丝为负极)，所使用的保护气体为CO₂。

本发明中，对于各组成的作用及其比例的说明叙述如下：

铝主要的功能是强脱氧，虽然它同时有固定大气中氮的功能，但是在CO₂保护气体情况下，其固氮的功能被减弱；铝在本发明中能增加熔池铁水粘度，改善全位置焊接时的焊道成形；在直流正接模式下，有稳定电弧的效果。当全焊丝中重量比例，铝小于1.2％时，电弧不稳，全位置焊接时飞溅大；当铝大于2％时，残留在焊缝中铝太多，形成粗大晶粒，不利低温冲击。所以铝含量需在1.2％-2％。铝可以通过纯铝、铝铁或铝镁合金等形式提供。

镁比铝有更强脱氧及强化熔滴传送的功能；镁在本发明中能增加熔池铁水粘度，改善全位置焊接时的焊道成形；在直流正接模式下，有稳定电弧的效果。当全焊丝重量比例，镁小于0.45％时，熔滴大过渡慢，全位置焊接飞溅大，成形差；当镁大于0.7％时，由于镁气化压力高，影响熔滴过渡，使电弧波动，飞溅增大，不利操作。且由于镁比铝有更强的脱氧能力，过量的镁使焊缝中的铝会过多，形成粗大晶粒，不利低温冲击。所以镁含量需在0.45％-0.7％。镁可以通过纯镁或以铝镁合金的方式提供。

氟化钡在本发明中主要是造渣剂，在直流正接模式下，有稳定电弧的作用，并且相对于氟化钙，氟化钡电弧较短，熔深较浅，有利于全位置焊接。当全焊丝重量比例，氟化钡小于2.8％时，焊渣量少，无法全覆盖焊道；当氟化钡大于3.8％时，过多的氟化物会影响电弧稳定，熔滴增大，飞溅加大，不利操作。所以氟化钡含量须在2.8％-3.8％。

氟化锂在本发明中同时是稳弧剂及造渣剂。在直流正接的模式中，相对于其他稳弧剂如钠或钾，锂能使电弧更加集中及坚挺，有利于全位置焊接时熔滴的传送。此外，氟化锂在作为造渣剂的同时，它同样是低熔点物质，使焊渣有更好的流动性。当全焊丝重量比例，氟化锂小于0.65％时，电弧发散，力量弱，熔滴传送慢，不利全位置焊接；且熔渣流动性不好，不易全覆盖焊缝；当氟化锂大于1.05％时，过多的氟影响电弧稳定，飞溅大，不易操作。所以氟化锂含量须在0.65％-1.05％。

铝镁氧化物(铝的氧化物和镁的氧化物)在本发明是焊渣粘度和熔点调节剂。当相对于全焊丝重量比例，铝镁氧化物小于0.7％时，焊渣流动性好且起始凝固点低，但无法托住焊缝铁水，全位置焊缝无法成形。当铝镁氧化物大于1.3％时，焊渣凝固点高，流动差，无法覆盖焊缝，全位置焊道无法成形。所以铝镁氧化物含量须在0.7％-1.3％。

锰铁硅氧化物(锰的氧化物、铁的氧化物和硅的氧化物)在本发明中除了是渣粘度调节剂外，还能提供额外的氧，使铝氧化成氧化铝，减少焊缝中铝含量。当相对于全焊丝重量比例，这些氧化物的总量小于0.5％时，焊缝中铝含量高，不利于低温冲击；当这些氧化物总量大于1％时，渣粘度高，流动差，成团分散，全位置时无法完全覆盖焊缝，焊道无法成形。所以锰铁硅氧化物含量必须在0.5％-1％。

氟化锂外的钠或钾化合物或矿物在本发明是作为稳弧剂。当相对于全焊丝重量比例，稳弧剂转化成钠及钾大于0.065％时，渣凝固太慢，全位置焊接时无法托住焊缝。

锰在本发明中可以增加强度及减少铁水表面张力，改善焊道成形。当相对于全焊丝重量比例，锰含量小于1.05％时，焊缝抗拉强度低，焊道中间凸，焊缝两侧易产生咬边；当锰含量大于1.4％，焊缝强度高，低温冲击值降低。药芯中的锰可以以电解锰、锰铁或硅铁等形式添加。所以锰含量必须在1.05％-1.4％。

硅在本发明中主要是焊缝固溶强化。当相对于全焊丝重量比例，硅含量小于0.18％时，焊缝强度不够；当硅含量大于0.28％时，焊缝低温冲击值降低。药芯中的硅可以以硅铁及硅锰铁的形式添加，硅含量必须在0.18％-0.28％。

镍在本发明中为提升低温冲击元素，当相对于全焊丝重量比例，镍含量小于1.95％时，提升低温冲击功用不够；当镍含量大于2.40％，焊缝强度高，低温冲击降低。药芯中的镍以纯镍的形式添加。镍含量必须在1.95％-2.40％。

钼在本发明中为固溶强化元素。当相对于全焊丝重量比例，钼含量小于0.45％时，焊缝强度不够；当钼含量大于0.55％时，焊缝低温冲击值降低。药芯中的钼可以以钼粉或钼铁的形式添加。钼含量必须在0.45％-0.55％之间。

碳在本发明中主要是增加强度，当相对于全焊丝重量比例，碳含量小于0.035％时，焊缝强度不够；当碳含量大于0.058％时，焊缝强度高，低温冲击降低。碳是由钢带及药芯各组成含量集合，含量在0.035％至0.058％之间。

稀有金属钇、镧、铈合金主要是改善低温冲击值。当相对于全焊丝重量比例，稀有金属重量在0.025％-0.085％，效果最好。稀有金属合金是指含钇、镧及铈的金属合金。

本发明焊丝在全位置焊接时，不会产生未熔合、夹渣、气孔等缺陷，焊道成形佳，焊接时飞溅少，并且在平焊位置的全焊缝抗拉强度可达到760MPa，夏比冲击试验在-60℃时可达69J。

本发明使用的氟化钡渣系为主的碱性焊丝，不但可以满足全焊缝抗拉强度大于760MPa，低温冲击-60℃大于69J机械性能要求，同时在全位置焊接时有着飞溅细小，焊道成形佳等优势，且在半自动焊的工艺下，效率较手焊条提升。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本发明由钢带和药芯组成，药芯包裹在钢带内，其钢带组分(重量百分比％)如表1。

表1

C	Si	Mn	Al
				0.010-0.030	0.01-0.03	0.10-0.30	0.005～0.035
P	S	Fe
				0.005-0.010	0.005-0.010	余量

钢带及药芯中各组成占全部焊丝重量百分比如下：铝1.2％-2.0％，镁0.45％-0.7％，锰1.05％-1.4％，硅0.18％-0.28％，镍1.95％-2.40％，钼0.45％-0.55％，碳0.035％-0.058％，铝镁氧化物0.7％-1.3％，锰铁硅氧化物0.5％-1％，氟化钡2.8％-3.8％，氟化锂0.65％-1.05％，钠及钾小于0.065％，稀有金属钇、镧、铈合金0.025％-0.085％，其余部分为铁及其他无法避免的杂质。

药芯占焊丝全重量比例为13.5％～21.0％，表2为按照本发明的全焊丝重量百分比各组成配置实施例，以及比较例的不同含量组成。

焊丝的全位置操作性的测试安排如下，测试结果见表3。

操作性测试条件安排如下：

母材：CCSB板，12mm厚

坡口安排：单边30°，钝边3mm，不留间隙

焊丝规格：1.4mm

保护气体：CO2，流量18L/min

焊接电流：200A

焊接电压：23A

焊接速度：150mm/min

干伸：20mm

焊接极性：直流正接

焊接位置：3G向上焊。

焊丝的全焊缝机械性能测试安排如下，测试结果见表3。

机械性能测试板安排及取样：参考AWS A5.29：2010 9.4《Specification forLow-Alloy Steel Electrodes for Flux Cored Arc Weldling弧焊用低合金钢药芯焊丝标准》

焊丝规格：1.4mm

保护气体：CO2，流量18L/min

焊接电流：250A

焊接电压：25A

焊接速度：250mm/min

干伸：20mm

焊接极性：直流正接

焊接位置：1G。

操作性测试结果分电弧形态、飞溅、焊道成形、覆盖；机械性能结果分抗拉强度及-60℃夏比冲击值。

各实施例及对比例的操作性测试和机械性能测试结果见表3。

由表3可见，本发明各实施例电弧形态好，飞溅小，焊道成形佳，覆盖全，抗拉强度大于760MPa，夏比冲击值-60℃大于69J。

本发明使用的氟化钡渣系为主的碱性焊丝，不但可以满足全焊缝抗拉强度大于760MPa，低温冲击-60℃大于69J机械性能要求，同时在全位置焊接时有着飞溅细小，焊道成形佳等优势，且在半自动焊的工艺下，效率较手焊条大大提升。

以上所述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种碱性全位置CO₂气保药芯焊丝，由碳钢的钢带外皮包覆各不同原料的药芯，其特征在于：钢带及药芯中各组成占全部焊丝重量百分比如下：铝1.2％-2.0％，镁0.45％-0.7％，锰1.05％-1.4％，硅0.18％-0.28％，镍1.95％-2.40％，钼0.45％-0.55％，碳0.035％-0.058％，铝镁氧化物0.7％-1.3％，锰铁硅氧化物0.5％-1％，氟化钡2.8％-3.8％，氟化锂0.65％-1.05％，钠及钾小于0.065％，稀有金属钇、镧、铈合金0.025％-0.085％，其余部分为铁及其他无法避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的碱性全位置CO₂气保药芯焊丝，其特征在于：钠及钾的来源可以是氟化物、长石类矿物，或者是碳酸钠及碳酸钾与氧化铁湿混后750℃烘干，加工造粒后过80目筛网之混合物。

3.根据权利要求1所述的碱性全位置CO₂气保药芯焊丝，其特征在于：铝镁氧化物是指铝的氧化物和镁的氧化物。

4.根据权利要求1所述的碱性全位置CO₂气保药芯焊丝，其特征在于：锰铁硅氧化物是指锰的氧化物、铁的氧化物和硅的氧化物。

5.根据权利要求1所述的碱性全位置CO₂气保药芯焊丝，其特征在于：焊丝中磷和硫总量小于焊丝总量的0.030％。

6.根据权利要求1所述的碱性全位置CO₂气保药芯焊丝，其特征在于：药芯焊丝中药芯总量占焊丝总量的13.5％-21.0％。

7.根据权利要求1所述的碱性全位置CO₂气保药芯焊丝，其特征在于，药芯焊丝焊接时使用的极性为直流正接，所使用的保护气体为CO₂。