CN111203675A - 一种氧化铁系全位置自保护焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氧化铁系全位置自保护焊丝，所述焊丝由碳钢的外皮包覆药芯制成；所述焊丝的组成成分比例如下：Al金属：2～5％；Mg金属：1～4％；氧化铁：4～12％；氧化镁：0.1～1.0％；玻璃粉：0.1～0.5％；氧化稀土：0.1～0.5％；Li化合物(以Li计)：0.5～2.0％；氟化钡：0.1～1.0％；Ti+Zr金属：0.1～1.0％；Mn金属：0.1～1.0％；Si金属：0.1～0.5％；余量为铁。本发明之焊丝除了可平焊、平角焊外也可横焊、立焊、仰焊之全位置焊接，焊道美观平整，而且其熔金的低温韧性良好，‑40℃之冲击值大于47J。

Description

一种氧化铁系全位置自保护焊丝
技术领域
本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种氧化铁系全位置焊接用自保护焊丝。
背景技术
一般钢结构用自保护焊丝大都只适合平焊、平角焊，且韧性不佳。自保护焊丝由于没有外接保护气体，焊接时焊丝本身就需产生保护气氛来隔离空气中N2及O2进入熔池中，并且需添加强脱N2、脱O2剂将熔池中残留的N2及O2去除，所以都会添加多量的Al及Mg等金属，作用是一方面产生保护气氛，另一方面作为强脱N2、脱O2剂。因此残留于熔敷金属中的Al含量相对也很高，会导致焊道的韧性不佳。另外，自保护焊丝为了产生较低熔点的焊渣来隔离熔池中的液态金属与外界空气，一般都会添加多量的氟化物，例如萤石(CaF2)，但由于其焊渣熔点低，所以不适合全位置焊接。怎样能够使自保护焊丝满足全位置焊接的要求，是相关领域研究的重点。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种氧化铁系具低温韧性的全位置焊接用自保护焊丝，可适用于钢结构、桥梁等之焊接，低温韧性佳，熔敷金属的-40℃之冲击值大于47J。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：一种氧化铁系全位置焊接自保护焊丝，所述焊丝由碳钢的外皮包覆药芯制成；所述焊丝的组成成分比例如下：Al金属：2～5％；Mg金属：1～4％；氧化铁：4～12％；氧化镁：0.1～1.0％；玻璃粉：0.1～0.5％；氧化稀土：0.1～0.5％；Li化合物(以Li计)：0.5～2.0％；氟化钡：0.1～1.0％；Ti+Zr金属：0.1～1.0％；Mn金属：0.1～1.0％；Si金属：0.1～0.5％；余量为铁。
优选的，所述焊丝的组成成分比例如下：Al金属：2.82～4.18％；Mg金属：1.88～3.2％；氧化铁：6.6～10.8％；氧化镁：0.27～0.85％；玻璃粉：0.16～0.36％；氧化稀土：0.19～0.42％；Li化合物(以Li计)：0.76～1.53％；氟化钡：0.27～0.82％；Ti+Zr金属：0.29～0.82％；Mn金属：0.27～0.79％；Si金属：0.18～0.38％；余量为铁。
优选的，所述焊丝的组成成分比例如下：Al金属：3.46％；Mg金属：2.38％；氧化铁：8.3％；氧化镁：0.85％；玻璃粉：0.36％；氧化稀土：0.19％；Li化合物(以Li计)：０.81％；氟化钡：０.76％；Ti+Zr金属：0.82％；Mn金属：0.27％；Si金属：0.38％；余量为铁。
本发明焊丝的全焊丝组成成分比例选取上述范围的理由解释如下。
适当的Al金属量可使焊道作业性良好，焊道韧性佳，焊道没有气孔缺陷。Al金属量低于2％时，焊接时电弧不稳，飞溅大且多，焊道容易有气孔。Al金属量高于5％时，残留于焊道中的Al含量太高，焊道凝固过程晶粒粗大而变脆，韧性不佳。Al的添加可使用金属Al，Al-Fe，Al-Mg合金。
适当的Mg金属量可使电弧稳定，飞溅少，焊接作业性良好，气孔缺陷少。Mg金属量低于1％时，保护气氛不足，容易产生气孔缺陷。Mg金属量高于4％时，由于Mg氧化量太多，搅动保护气氛，致使空气中的N2、O2等渗入电弧中，熔入熔池而造成气孔。Mg的添加可使用金属Mg，Mg-Fe，Al-Mg合金等。
适当的氧化铁可使焊道覆盖完全，焊道平整美观，焊渣熔点适当，因而可全位置焊接，且熔金中的Al含量不会太高，而导致韧性变差。氧化铁低于4％时，造渣剂不足，焊渣覆盖不全，焊道容易有气孔，且焊接作业性不佳，无法全位置焊接，熔金的Al含量高，韧性不佳。氧化铁高于12％时，溶液中氧含量太高，焊道也容易出现气孔。
适当的氧化镁量可调整焊渣的熔点。氧化镁低于0.1％时，焊渣熔点太低，立焊时焊渣易下坠，焊道不平整。氧化镁高于1.0％时，焊渣熔点太高，立焊时焊道太凸。
适当的玻璃粉可改善焊渣覆盖性。玻璃粉量低于0.1％时，焊渣覆盖较不全。高于0.5％时，飞溅稍大，焊渣剥离性稍差。
适当的氧化稀土可改善低温韧性，氧化稀土低于0.1％时，-40℃冲击值小于47J。氧化稀土高于0.5％时，焊接作业性稍差。
适当的Li化合物(以Li计)，于电弧周围产生气氛而产生保护电弧的功能。Li化合物(以Li计)低于0.5％时，保护气氛不足，易产生气孔。Li化合物(以Li计)高于2.0％时，电弧不稳，焊接作业性不良。Li的化合物可为Li的氧化物，Li的氢氧化物，Li的碳酸盐等。
适当的Ti+Zr金属，亦可作为脱N2、脱O2剂，因而减少Al的添加，使得低温韧性变佳。Ti+Zr金属低于0.1％，需添加较多的Al金属。作为脱N2、脱O2剂而造成熔金中Al含量高，韧性不佳。Ti+Zr金属高于1.0％时拉伸强度高，致使低温冲击值低下。
适当氟化钡量，可改善焊渣剥离性。氟化钡低于0.1％时，焊渣剥离性不佳。氟化钡高于1.0％时，焊渣飞溅稍多，焊接作业性差。
适当锰金属可调整适当的拉伸强度。锰金属低于０.1％时，拉伸强度偏低。高于1％时，拉伸强度偏高。
适当的硅金属，除可调整适当的拉伸强度，亦可改善焊道形状。硅金属量低于0.1％时，平焊道形状稍凸。硅金属量高于1.0％时，焊道强度偏高。故本发明中硅金属含量在0.1～0.5％。
本发明控制适当的Al金属及Mg金属量，使焊道无气孔缺陷，且低温韧性良好。造渣剂使用较多量的氧化物来氧化溶液中的Al，以降低Al含量，使得熔金具有良好的低温韧性。造渣剂采用多量的氧化铁且降低氟化物至极低量，以提高焊渣熔点，使其适合全位置焊接。添加Ti+Zr金属，亦可作为脱N2剂、脱O2剂。因而降低Al的添加量，而改善低温韧性。添加氧化稀土亦改善低温韧性。添加氟化钡，可改善焊渣的剥离性。添加Li的化合物，可在电弧周围产生保护气氛，提高焊道的耐气孔性。
本发明焊丝的药芯主要原料为氧化铁，可适用于钢结构、桥梁等之焊接。本发明焊丝除了可平焊、平角焊外也可横焊、立焊、仰焊之全位置焊接，焊道美观平整，而且其熔敷金属的低温韧性良好，-40℃之冲击值大于47J。
附图说明
图1是熔敷金属焊接组板示意图
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。
一种氧化铁系全位置焊接自保护焊丝，所述焊丝由碳钢的外皮包覆药芯制成；所述焊丝的组成成分比例如下：Al金属：2～5％；Mg金属：1～4％；氧化铁：4～12％；氧化镁：0.1～1.0％；玻璃粉：0.1～0.5％；氧化稀土：0.1～0.5％；Li化合物(以Li计)：0.5～2.0％；氟化钡：0.1～1.0％；Ti+Zr金属：0.1～1.0％；Mn金属：0.1～1.0％；Si金属：0.1～0.5％；余量为铁。
本发明所使用的钢带成分如下表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
钢带的厚度０.8mm，宽度19mm。
焊接测试板材厚度20mm之碳钢板，板材接合方式如图1(图1是测试焊材力学性能的熔敷试板坡口形式示意图)所示，
测试焊丝线径2.0mm，焊接电流300～320A，电压22±1V，焊接速度250～350m/min。
本发明的实施例及比较例的含量组成见下表2：
Figure BDA0002411547600000071
Figure BDA0002411547600000081
本发明实施例及比较例测试结果见下表3：
Figure BDA0002411547600000091
备注：◎优秀 ○良好 口一般
Figure BDA0002411547600000101
差
实施例1～5为本发明的实施案例，其结果表明，焊接作业性良好，电弧稳定，飞溅少，焊渣剥离性佳，焊道平整，无气孔，拉伸强度适当，-40℃低温冲击值大于47J。案例编号6～23为比较例，其中，案例6：Al金属量太低，电弧不稳，飞溅多，焊道有气孔。案例7：Al金属量太高，电弧不稳，-40℃低温冲击值小于47J。案例8：Mg金属量太低，飞溅多，焊道有气孔。案例9：Mg金属量太高，焊道有气孔。案例10：氧化镁量太低，立焊焊道不平整。案例11：氧化镁量太高，立焊焊道太凸。案例12：玻璃粉量太低，焊渣覆盖较不均匀。案例13：玻璃粉量太高，焊渣剥离稍差。案例14：氧化稀土量太低，-40℃低温冲击值小于47J。案列15：氧化稀土量太高，飞溅量稍多。案例16：氧化铁量太低，电弧稳定性差，飞溅多，焊渣覆盖不全，焊道有气孔。案例17：氧化铁量太高，焊道有气孔。案例18：Li的化合物(以Li计)太低，焊道有气孔。案例19：Li的化合物(以Li计)太高，电弧稍不稳。案例20：氟化钡量太低，焊渣剥离性差。案例21：氟化钡量太高，飞溅多。案例22：Ti+Zr金属量太低，-40℃低温冲击值小于47J。案例23：Ti+Zr金属量太高，拉伸强度太高，导致-40℃低温冲击值低下，小于47J。
本发明控制适当的Al金属及Mg金属量，使焊道无气孔缺陷，且低温韧性良好。造渣剂使用较多量的氧化物来氧化溶液中的Al，以降低Al含量，使得熔金具有良好的低温韧性。造渣剂采用多量的氧化铁且降低氟化物至极低量，以提高焊渣熔点，使其适合全位置焊接。添加Ti+Zr金属，亦可作为脱N2剂、脱O2剂。因而降低Al的添加量，而改善低温韧性。添加氧化稀土亦改善低温韧性。添加氟化钡，可改善焊渣的剥离性。添加Li的化合物，可在电弧周围产生保护气氛，提高焊道的耐气孔性。
本发明焊丝的药芯主要原料为氧化铁，可适用于钢结构、桥梁等焊接。本发明焊丝除了可平焊、平角焊外也可横焊、立焊、仰焊之全位置焊接，焊道美观平整，而且其熔金的低温韧性良好，-40℃之冲击值大于47J。
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 (3)

1.一种氧化铁系全位置焊接自保护焊丝，其特征在于，所述焊丝由碳钢的外皮包覆药芯制成；所述焊丝的组成成分比例如下：Al金属：2～5％；Mg金属：1～4％；氧化铁：4～12％；氧化镁：0.1～1.0％；玻璃粉：0.1～0.5％；氧化稀土：0.1～0.5％；Li化合物(以Li计)：0.5～2.0％；氟化钡：0.1～1.0％；Ti+Zr金属：0.1～1.0％；Mn金属：0.1～1.0％；Si金属：0.1～0.5％；余量为铁。
2.根据权利要求1所述的氧化铁系全位置自保护焊丝，其特征在于：所述焊丝的组成成分比例如下：Al金属：2.82～4.18％；Mg金属：1.88～3.2％；氧化铁：6.6～10.8％；氧化镁：0.27～0.85％；玻璃粉：0.16～0.36％；氧化稀土：0.19～0.42％；Li化合物(以Li计)：0.76～1.53％；氟化钡：0.27～0.82％；Ti+Zr金属：0.29～0.82％；Mn金属：0.27～0.79％；Si金属：0.18～0.38％；余量为铁。
3.根据权利要求1所述的氧化铁系全位置自保护焊丝，其特征在于：所述焊丝的组成成分比例如下：Al金属：3.46％；Mg金属：2.38％；氧化铁：8.3％；氧化镁：０.85％；玻璃粉：0.36％；氧化稀土：0.19％；Li化合物(以Li计)：0.81％；氟化钡：0.76％；Ti+Zr金属：0.82％；Mn金属：O.27％；Si金属：０.38％；余量为铁。
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