CN111843293B - 一种氧化型自保护药芯焊丝及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氧化型自保护药芯焊丝及应用，包括外层金属皮和内部药芯，外层金属皮为低碳钢带，内部药芯具体成分由金红石、赤铁矿粉、氟化锂、低碳锰铁、镍粉和铝镁合金粉及铁粉组成，各组分的质量百分比为：金红石25‑45％，赤铁矿粉20‑30％，氟化锂3‑5％，低碳锰铁10‑20％，镍粉6‑10％，铝镁合金粉5‑8％，剩余为铁粉。本发明的氧化型自保护药芯焊丝适合富氢环境，制作工艺简单，焊接接头扩散氢含量低，综合性能优良，可以实现对水下碳钢及低合金钢的水下焊接。

Description

一种氧化型自保护药芯焊丝及应用
技术领域
本发明属于焊接材料领域，涉及一种适合水下环境的氧化型自保护药芯焊丝。
背景技术
对于处在富氢环境中的碳钢或低合金结构进行焊接修复时，氢致裂纹是不可忽略的因素，例如在水下环境中进行焊接时，低碳钢焊缝金属中的扩散氢含量很高，可以达到100ml/100g，当钢的碳当量大于0.35时，焊接接头的氢致裂纹倾向很大，严重影响钢结构的安全稳定运行。
申请号为CN201910033061.04的中国发明专利申请提供了“一种水下局部干法低压焊接三层排水罩与获得低压的方法”，采用设计的三层排水罩，在全自动联合智能控制的多级增压水泵和增压气泵共同作用下，将焊接局部空间和预热空间的水强制排出的同时，强制排气、排烟尘，从而在焊接局部空间形成干式常压或低压区，使电弧在其中稳定燃烧，达到焊接过程稳定，防止焊缝金属淬硬和含氢量高等问题。
申请号为CN201611106664.1的中国发明专利申请提供了“一种水下双药芯焊丝湿式焊接专用焊枪”，采用两套焊接电源分别对两个药芯焊丝焊接电弧独立供电，两个药芯焊丝分别独立送进，药芯焊丝间距5mm-20mm可调；当间距较小时，两个药芯焊丝电弧共同形成一个更大的耦合电弧；当间距较大时，两个药芯焊丝电弧各自独立存在，前电弧对后电弧起预热作用，后电弧对前电弧起后热作用。前期试验结果表明，上述两种情况，都在不同程度上改变了水下焊接的热过程，延长了焊接熔池冷却时间，有利于焊缝金属中氢的逸出。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，提供了一种制作方便、适合富氢环境下的氧化型自保护药芯焊丝，可以实现碳钢、低合金钢的焊接。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案：
一种氧化型自保护药芯焊丝，包括外层金属皮和内部药芯，其特征在于，外层金属皮为低碳钢带，内部药芯具体成分由金红石、赤铁矿粉、氟化锂、低碳锰铁、镍粉和铝镁合金粉及铁粉组成。
进一步地，内部药芯各组成成分的质量百分比为：金红石25-45％，赤铁矿粉20-30％，氟化锂3-5％，低碳锰铁10-20％，镍粉6-10％，铝镁合金粉5-8％，剩余为铁粉。
进一步地，所述赤铁矿粉由Fe2O3、SiO2及Al2O3组成，其中Fe2O3所占比例为80wt.％，SiO2所占比例为10wt.％，Al2O3所占比例为10wt.％。
进一步地，所述低碳锰铁中：Mn的含量为85-92wt.％，C的含量≤0.2wt.％，剩余为Fe。
进一步地，所述外层金属皮为低碳钢带拔丝机制作而成。
进一步地，药芯焊丝截面呈‘O’形，焊丝直径1.6mm。
进一步地，所述铝镁合金粉为Al/Mg的质量比为50/50。
所述的氧化型自保护药芯焊丝的应用，其特征在于，用于富氢环境中低碳钢或低合金钢的焊接。
进一步地，焊接后焊缝金属扩散氢含量不大于15ml/100g。
进一步地，焊接后焊缝金属中针状铁素体的体积分数占比达35％。
本发明所述的适合富氢环境的氧化型自保护药芯焊丝，内部药芯由金红石、赤铁矿粉、氟化锂、低碳锰铁、镍粉和铝镁合金粉及铁粉组成。其中：
金红石、赤铁矿粉及低碳锰铁作用之一为形成TiO2-FeO-MnO的三元熔渣，保护熔滴和焊缝金属；第二个作用，形成氧化型熔渣降低扩散氢含量，金红石所占比例为25-45％，赤铁矿粉20-30％，低碳锰铁10-20％。药芯中加入低碳锰铁10-20％，铝镁合金粉5-8％目的是降低焊缝金属氧含量，并向焊缝金属过渡适量合金元素。
药芯中加入镍粉6-10％，氧化型自保护药芯焊丝形成的焊缝金属含量高，可达0.0125wt.％，需添加适量Ni粉增加其冲击韧性。
本发明药芯焊丝同其他相同类型的焊丝相比，焊接电弧稳定性可提高10％以上，并通过在焊丝药芯中添加适量的金红石和赤铁矿粉，提高熔渣中FeO的含量，降低焊缝金属中的扩散氢含量，焊缝金属扩散氢含量不大于15ml/100g，并在此基础上，通过优化焊缝金属中合金元素含量，焊缝金属中针状铁素体体积分数占比可达35％，提高高氧焊缝金属的综合性能。
本发明的氧化型自保护药芯焊丝适合富氢环境，制作工艺简单，焊接接头扩散氢含量低，综合性能优良，可以实现对水下碳钢及低合金钢的水下焊接。
附图说明
图1为实施例2获得的焊缝金属的微观组织图片。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明所述氧化型自保护药芯焊丝，包括外层金属皮和内部药芯，外层金属皮为低碳钢带，内部药芯具体成分由金红石、赤铁矿粉、氟化锂、低碳锰铁、镍粉和铝镁合金粉及铁粉组成，各组成成分的质量百分比为：金红石25-45％，赤铁矿粉20-30％，氟化锂3-5％，低碳锰铁10-20％，镍粉6-10％，铝镁合金粉5-8％，剩余为铁粉。
本发明的药芯焊丝的制备方法为，按照比例准确称量粉末，使用混粉机机械混匀；药芯焊丝外皮选择低碳钢带，钢带规格：0.5mm×10mm；在药芯焊丝生产线上制备出截面呈‘O’形的药芯焊丝，药芯焊丝直径1.6mm，药芯填充率为16-22％。
分别制备表1所示成分的氧化型自保护药芯焊丝，以表2所示的焊接工艺参数进行水下湿法焊接，进一步验证本发明所述药芯焊丝的焊接效果。所得到的焊缝金属的力学性能如表3。
表1氧化型自保护药芯焊丝各实施例的化学成分
Figure GDA0003476072560000031
表2为各个实施例所用的焊接工艺参数(水下湿法焊接)
焊接电压(V) 焊接电流(A) 焊接速度(m/min) 送丝速度(m/min)
25-32 150-240 90-120 3-6
表3为各施例所得到的焊缝金属的力学性能
Figure GDA0003476072560000032
采用实施例1-3的药粉配比制备氧化型自保护药芯焊丝，在未添加任何保护情况下，进行水下湿法焊接试验，焊接水深为1m，结果发现，采用本发明的氧化型自保护药芯焊丝可以获得优质的焊接接头，无裂纹，气孔率很低。特别是采用实施例2制备的药芯焊丝，同其他相同类型的焊丝相比，焊接电弧稳定性可提高10％以上，焊缝金属扩散氢含量仅为10ml/100g。焊缝金属综合性能优异，焊缝金属中针状铁素体的体积分数占比可达35％，如图1所示，为实施例2以焊接电流190A，焊接电压38V，送丝速度4m/min，从图中可以看看，焊缝金属中未出现气孔、裂纹等缺陷，且焊缝金属中针状铁素体体积分数较高，可达35％，保证了高氧焊缝金属具有很好的综合力学性能。经力学性能检测，抗拉强度高达570MPa，屈服强度为450MPa。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种氧化型自保护药芯焊丝，包括外层金属皮和内部药芯，其特征在于，外层金属皮为低碳钢带，内部药芯各组成成分的质量百分比为：金红石25-45％，赤铁矿粉20-30％，氟化锂3-5％，低碳锰铁10-20％，镍粉6-10％，铝镁合金粉5-8％，剩余为铁粉；
所述赤铁矿粉由Fe2O3、SiO2及Al2O3组成，其中Fe2O3所占比例为80wt.％，SiO2所占比例为10wt.％，Al2O3所占比例为10wt.％。
2.根据权利要求1所述的氧化型自保护药芯焊丝，其特征在于，所述低碳锰铁中：Mn的含量为85-92wt.％，C的含量≤0.2wt.％，剩余为Fe。
3.根据权利要求1所述的氧化型自保护药芯焊丝，其特征在于，所述外层金属皮为低碳钢带拔丝机制作而成。
4.根据权利要求1所述的氧化型自保护药芯焊丝，其特征在于，药芯焊丝截面呈‘O’形，焊丝直径1.6mm。
5.根据权利要求1所述的氧化型自保护药芯焊丝，其特征在于，所述铝镁合金粉为Al/Mg的质量比为50/50。
6.一种权利要求1所述的氧化型自保护药芯焊丝的应用，其特征在于，用于富氢环境中低碳钢或低合金钢的焊接。
7.根据权利要求6所述的氧化型自保护药芯焊丝的应用，其特征在于，焊接后焊缝金属扩散氢含量不大于15ml/100g。
8.根据权利要求6所述的氧化型自保护药芯焊丝的应用，其特征在于，焊接后焊缝金属中针状铁素体的体积分数占比达35％。
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