CN110936060B - 一种碱性高强钢药芯焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碱性高强钢药芯焊丝，其由低碳钢带包覆药芯粉经过轧制或轧‑拔制成；药芯粉占药芯焊丝质量的19～22％；药芯粉由以质量百分数计的28～30％萤石粉末、6～9％氧化镁粉末、1～3％大理石粉末、6～9％氟硅酸钠粉末、2～3.5％长石粉末、2～4％金红石粉末、1～2％氟化钡粉末、2～4％氟化镁粉末、2～5％锰粉、9～14％硅锰合金粉末、9～13％镍粉、2～5％稀土硅铁粉末、2～5％铝镁合金粉末、1～3％金属铬、2～5％钼铁粉末、2～4％钛硼合金粉和余量的铁粉混合均匀构成，各组分质量分数之和为100％；该碱性高强钢药芯焊丝不仅具有优异的抗拉强度和冲击性能，且低温冲击韧性较好，当抗拉强度大于830Mpa时，其冲击功最低可以达到60J(‑50℃)以上，具有较好的抗冷裂性能。
Description
技术领域
本发明涉及药芯焊丝技术领域，特别涉及一种碱性高强钢药芯焊丝。
背景技术
随着工程技术的发展，对钢结构的强度提出了更高的要求，许多大于800Mpa 的高强度钢应用在车辆、桥梁、压力容器等诸多领域。与此同时，对于相匹配的 焊接材料提出了更高的要求。药芯焊丝由于其焊接具有生产率高、飞溅少、焊缝 成型美观等优点，被广泛应用在各领域中。
然而，目前酸性焊丝由于其力学性能不稳定等原因，在低合金高强领域应用 比较少。而碱性焊丝其力学性能比较好，但是其工艺性能比较差，主要包括脱渣 性、飞溅以及熔渣覆盖性等。因此申请人通过对碱性药芯焊丝的工艺性能和力学 性能进行大量研究，以期获得一种具有优异的抗拉强度和冲击性能的同时，又具 有较好的脱渣性、熔渣覆盖性和较小飞溅的碱性高强钢药芯焊丝。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高焊接工艺性并进一步提升其力学性能和抗裂 性能的碱性高强钢药芯焊丝。
为此，本发明技术方案如下：
一种碱性高强钢药芯焊丝，其由低碳钢带包覆药芯粉经过轧制或轧-拔制成； 所述的药芯粉由以质量百分数计的28～30％萤石粉末、6～9％氧化镁粉末、1～ 3％大理石粉末、6～9％氟硅酸钠粉末、2～3.5％长石粉末、2～4％金红石粉末、1～ 2％氟化钡粉末、2～4％氟化镁粉末、2～5％锰粉、9～14％硅锰合金粉末、9～13％ 镍粉、2～5％稀土硅铁粉末、2～5％铝镁合金粉末、1～3％金属铬、2～5％钼铁粉 末、2～4％钛硼合金粉和余量的铁粉混合均匀构成，各组分质量分数之和为100％； 其中，
所述萤石的成分为CaF2：CaF2≥96％，S、P：＜0.03％，余量为非主要物质； 在本申请中，萤石作为造渣剂，起降低熔渣熔点与稀释渣的作用，能改善脱渣性 能；
所述大理石的成分为CaCO3：CaCO3≥95％，S、P：＜0.03％，余量为非主 要物质；在本申请中，大理石作为造渣剂，分解出的CaO既能稳定电弧，又有 良好的脱硫作用，分解析出气体时，能提高对熔滴的喷力，加入量过过高时，由 于产生气体爆炸力，会使飞溅增多，并且恶化焊缝成型。
所述氟硅酸钠的成分为Na2SiF6：工业级；在本申请中，氟硅酸钠作为造渣 剂，进一步改善脱渣性能；与此同时，申请人通过大量实验发现，当萤石与大理 石比例合适时，对于焊接飞溅，焊接成型都有较好的作用，即通过利用萤石与氧 化镁、氟硅酸钠三者共同作用实现大大降低焊接飞溅并有效提高脱渣性能的目 的；
所述长石的成分为：SiO2：62～72％，Al2O3：17～24％，K2O+Na2O≥10％； 长石作为造渣剂和稳弧剂，具有改善熔渣的粘度和表面张力的作用；
所述金红石的成分为TiO2：TiO2≥95％，S、P：＜0.03％，余量为非主要物 质；在本申请中，金红石作为造渣剂和稳弧剂，具有改善熔渣的粘度和表面张力 的作用；与此同时，申请人通过大量实验发现，通过将金红石与长石在碱性渣系 中按特定比例搭配使用，一方面可以稳定电弧，另一方面可以改善熔渣的表面张 力和粘度，对于改善脱渣性能也起到一定的作用；
所述氟化钡的成分为BaF2：工业级；在本申请中，氧化钡作为造渣剂和稳弧 剂，并且其有使电弧短弧的特性；
所述氟化镁的成分为MgF2：工业级；在本申请中，氟化镁作为造渣剂的同 时还具有调整渣的粘度、熔点和表面张力，进而提高电弧电压的作用；另外，申 请人通过大量实验发现，通过对萤石、氟硅酸钠、氟化钡以及氟化镁四者之间的 比例进行合理搭配，能够实现四者共同作用，起到降低扩散氢，稳定电弧，降低 飞溅具有较好的作用，同时对力学性能也具有较好的作用；
所述金属锰的纯度为≥99.5％，C、S、P＜0.03％；
所述硅锰合金中，Mn的含量60～72％，Si的含量18～22％；在本申请中，金 属锰、硅锰合金具有脱硫、脱氧作用，当硅锰按照上述比例搭配使用能够有效提 高焊缝金属的冲击韧性和延伸率；
所述镍粉的纯度为≥99.0％，C＜0.01％，余量为非主要物质；在本申请中， 镍粉既能提高其强度，而又使其保持良好的塑性和韧性；
所述金属铬的成分为：Cr：≥99.0％，C、S、P＜0.02％；在本申请中，铬能 显著提高其强度，又能提高其抗氧化性能；
所述钛硼合金粉的成分为：Ti：20～30％、Al≤8％、B：2～4％、C≤0.1％、S、 P：＜0.03％，余量为铁；在本申请中，通过加入钛硼合金实现对焊缝金属进行微 合金化，进而实现提高熔敷金属的力学性能的目的；
所述稀土硅铁中，稀土的含量17～22％，Si的含量44～50％，余量为铁；在 本申请中，稀土硅铁能够对焊缝金属起细化晶粒作用，有效提升焊缝金属的延伸 率并保持高强高韧的性能；
所述铝镁合金中，Al：47～53％，Al+Mg：＞90％；在本申请中，铝镁合金为 较强的脱氧脱氮剂，使其具有较好的低温冲击韧性；
另外，在本申请中，通过将稀土硅铁、钛硼合金、铝镁合金、金属锰以及硅 锰合金按照特定的比例搭配使用，能够有效提高焊缝金属的冲击韧性和延伸率；
所述钼铁中，Mo≥55％，S、P：＜0.1％，余量为铁；在本申请中，钼铁能 使钢的晶粒细化，提高淬透性，提高其机械性能；
其中，所述药芯粉占药芯焊丝质量分数为19～22％，以保证药芯焊丝的包 括熔渣覆盖率、脱渣性、烟雾飞溅等的工艺性能，以及包括强度、低温冲击韧性 和延伸率的力学性能均能够达到好的效果。
优选，所述药芯所述的药芯各组分的粒径为60～250目，以保证药芯焊丝制 造过程(轧丝和拉丝)顺利、化学成分合格等。
优选，所述药芯焊丝为低碳钢带包覆药芯粉经过轧制或轧-拔制成的直径为1.2mm的焊丝。具体地，该低碳钢带可采用spcc低碳钢带。
与现有技术相比，该碱性高强钢药芯焊丝不仅具有优异的抗拉强度和冲击性 能，且低温冲击韧性较好，当抗拉强度大于830Mpa时，其冲击功最低可以达到 60J(-50℃)以上，具有较好的抗冷裂性能；同时极大地改善了焊接工艺性能， 能很好地应用在工业生产中，高强钢以及高强焊材的应用在轻量化、绿色环保等 方面都有较大贡献，既可节约生产成本，减少环境污染，又可以带来较高的经济 效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明 有任何限制。
下表1为用于制作实施例1～5碱性高强钢药芯焊丝的5种药芯粉。
表1：
其中，上述各组分的份数具体指重量份，且各组分粉末粒径60目筛通过率 100％；另外上表1中的填充率具体指药芯粉占药芯焊丝质量分数；
各组分具体物质的性能指标如下：
所述萤石的成分为CaF2：CaF2≥96％，S、P：＜0.03％，余量为非主要物质；
所述氧化镁的成分为MgO：MgO≥95％，S、P：＜0.03％，余量为非主要物 质；
所述大理石的成分为CaCO3：CaCO3≥95％，S、P：＜0.03％，余量为非主 要物质；
所述氟硅酸钠的成分为Na2SiF6：工业级；
所述长石的成分为：SiO2：62～72％，Al2O3：17～24％，K2O+Na2O≥10％；
所述金红石的成分为TiO2：TiO2≥95％，S、P：＜0.03％，余量为非主要物 质；
所述氟化钡的成分为BaF2：工业级；
所述氟化镁的成分为MgF2：工业级；
所述金属锰的纯度为≥99.5％，C、S、P＜0.03％；
所述硅锰合金中，Mn的含量60～72％，Si的含量18～22％；
所述镍粉的纯度为≥99.0％，C＜0.01％，余量为非主要物质；
所述金属铬的成分为：Cr：≥99.0％，C、S、P＜0.02％；
所述钛硼合金粉的成分为：Ti：20～30％、Al≤8％、B：2～4％、C≤0.1％、S、 P：＜0.03％，余量为铁；
所述稀土硅铁中，稀土的含量≥15％，Si的含量44～50％，余量为铁；
所述铝镁合金中，Al：47～53％，Al+Mg：＞90％；
所述钼铁中，Mo≥55％，S、P：＜0.1％，余量为铁；
将按照表1配制的5种药芯粉包裹在低碳钢带中并采用常规拉拔制作方法制 作出相应的实施例1～5五种碱性高强钢药芯焊丝产品。
碱性高强钢药芯焊丝具体制作方法为：首先选用合适尺寸的spcc低碳钢带通 过成型机压制成U型；然后将药芯填充到U型槽中，使药芯占药芯焊丝的质量 达到填充率的要求；再将U型槽开口处合口形成O型，从而使药芯包裹其中， 经拉丝机逐道拉拔、减径，得到具有预定直径的药芯焊丝。
实施例1～5的七种碱性高强钢药芯焊丝产品在拉拔制作过程的中工艺指标如 下表2所示。
表2：
| 焊丝产品 | 药芯占药芯焊丝的质量分数 | 药芯焊丝产品直径 |
| 实施例1 | 19％ | 1.2mm |
| 实施例2 | 20％ | 1.2mm |
| 实施例3 | 20％ | 1.2mm |
| 实施例4 | 21％ | 1.2mm |
| 实施例5 | 22％ | 1.2mm |
性能测试：
对实施例1～5制备的碱性高强钢药芯焊丝产品在在CO2气体(纯度≥99.98％) 保护下，分别有效用于焊接两块Q690级的结构钢以对本申请的碱性高强钢药芯 焊丝产品的性能进行评价；其中，焊接电流为：200～300A，焊接电压为25～32V， 焊接速度为0.2～0.4m/min，气体流量为20～25L/min。
具体测试结果如下表3所示。
表3：
| 性能 | 电弧稳定性 | 焊缝成形 | 熔渣覆盖 | 脱渣性 | 飞溅 |
| 实施例1 | 稳定 | 美观 | 100％ | 较好 | 较少 |
| 实施例2 | 稳定 | 美观 | 100％ | 较好 | 较少 |
| 实施例3 | 稳定 | 美观 | 100％ | 较好 | 较少 |
| 实施例4 | 稳定 | 美观 | 100％ | 较好 | 较少 |
| 实施例5 | 稳定 | 美观 | 100％ | 较好 | 较少 |
从上表3可以看出，实施例1～5制作的药芯焊丝经测试电弧稳定性好，焊缝 质量高，脱渣性好，飞溅少，不但工作环境得到了改善，而且焊接质量大大提高。 另外，对焊接后的焊渣成分进行测试，其合金成分(质量百分数)为： C:0.03～0.15％；Mn:1.20～2.25％；Si:0.10～0.80％；Cr:0.20～0.60％；Ni:1.75～2.60％； Mo:0.20～0.65％。
进一步将采用实施例1～5的碱性高强钢药芯焊丝焊接结构钢的多项力学性能 进行测试。具体实验方法为：熔敷金属力学性能试件按GB/T 25774.1进行制备， 其中试件类型为1.3，试板宽度不小于150mm。熔敷金属拉伸试验按GB/T 2652 进行，V型缺口冲击试验按GB/T 2650进行。
具体测试结果如下表4所示。
表4：
从表4的测试结果可以看出，本发明的碱性高强钢药芯焊丝不仅具有优良的 焊接工艺性能，飞溅较少，熔渣覆盖率较好，脱渣性较好，电弧稳定，成型美观， 而且具有较好的延伸率和低温冲击韧性，抗拉强度达到830Mpa时，最低冲击功 都可以达到60J以上(-50℃)。在高强钢应用越来越多的今天，无论从焊接效率 和焊接风险上考虑，都将会有很强的实用价值和商业价值。
Claims (3)
1.一种碱性高强钢药芯焊丝，其特征在于，其由低碳钢带包覆药芯粉经过轧制或轧-拔制成；其中，药芯粉占药芯焊丝质量的19～22%；药芯粉由以质量百分数计的28～30%萤石粉末、6～9%氧化镁粉末、1～3%大理石粉末、6～9%氟硅酸钠粉末、2～3.5%长石粉末、2～4%金红石粉末、1～2%氟化钡粉末、2~4%氟化镁粉末、2～5%锰粉、9～14%硅锰合金粉末、9～13%镍粉、2～5%稀土硅铁粉末、2～5%铝镁合金粉末、1~3%金属铬、2～5%钼铁粉末、2~4%钛硼合金粉和余量的铁粉混合均匀构成，各组分质量分数之和为100%；其中，
所述萤石的成分为CaF2：CaF2≥96%，S、P：＜0.03%，余量为非主要物质；
所述氧化镁的成分为MgO：MgO≥95%，S、P：＜0.03%，余量为非主要物质；
所述大理石的成分为CaCO3：CaCO3≥95%，S、P：＜0.03%，余量为非主要物质；
所述氟硅酸钠的成分为Na2SiF6：工业级；
所述长石的成分为：SiO2：62~72%，Al2O3：17~24%，K2O+Na2O≥10%；
所述金红石的成分为TiO2：TiO2≥95%，S、P：＜0.03%，余量为非主要物质；
所述氟化钡的成分为BaF2：工业级；
所述氟化镁的成分为MgF2：工业级；
所述锰粉的纯度为≥99.5%，C、S、P＜0.03%；
所述硅锰合金中，Mn的含量60~72%，Si的含量18~22%；
所述镍粉的纯度为≥99.0%，C＜0.01%，余量为非主要物质；
所述金属铬的成分为：Cr：≥99.0%，C、S、P＜0.02%；
所述钛硼合金粉的成分为：Ti：20~30%、Al≤8%、B：2~4%、C≤0.1%、S、P：＜0.03%，余量为铁；
所述稀土硅铁中，稀土的含量17~22%，Si的含量44~50%，余量为铁；
所述铝镁合金中，Al：47~53%，Al+Mg：＞90%；
所述钼铁中，Mo≥55%，S、P：＜0.1%，余量为铁。
2.根据权利要求1述的碱性高强钢药芯焊丝，其特征在于，所述药芯粉中各组分的粒径为60～250目。
3.根据权利要求2述的碱性高强钢药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝为低碳钢带包覆药芯粉经过轧制或轧-拔制成的直径为1.2mm的焊丝。
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