CN112122820A - 一种酸性高强高韧药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种酸性高强高韧药芯焊丝，包括药芯和包覆在药芯外侧的外皮；所述药芯包括如下重量份数的组分，金红石300‑430份；长石20‑40份；石英13‑25份；锆英砂8‑20份；镁砂4‑14份；氟化钠3‑10份；氟硅酸钠3‑10份；氟化锂3‑10份；钛铁5‑13份；镁粉5‑15份；硅钙合金2‑9份；铝镁合金3‑11份；硅铁22‑40份；稀土硅铁14‑25份；金属锰120‑170份；镍粉110‑150份；钼铁45‑70份；石墨3‑12份，铁粉余量；各药粉组分的的重量份数之和为1000份。本发明所述的酸性药芯焊丝在较高强度时仍具有较高低温冲击韧性和较好抗冷裂性。

Description

一种酸性高强高韧药芯焊丝
技术领域
本发明属于焊材技术领域，尤其是涉及一种酸性高强高韧药芯焊丝。
背景技术
随着我国经济的蓬勃发展，对高级别高质量等级钢材的需求日益强烈。从降低自重、提高承载能力、方便运输安装及降低制造成本等多个方面考虑，采用更高强度级别新型钢及配套高韧性焊接材料势在必行。强度级别的增加会导致其焊接性变差，其碳当量大、强度高，易出现焊接裂纹、焊接应力大等问题，在焊接过程中，由于热输入及焊后冷却速度的不同，热影响区容易出现软化和脆化，中厚高强钢板还会出现层状撕裂等问题，所以对高强钢焊接提出了更高的要求，相应匹配的焊材性能也要求更高。
药芯焊丝作为第四代焊接新材料，近年来发展迅速。药芯焊丝具有以下特点：(1)、药芯焊丝焊接工艺性能较好，主要体现在焊接稳定性、易成形、全位置焊接性、抗飞溅性等方面；(2)、药芯焊丝熔敷效率高；(3)、能够有效的实现自动化焊接；(4)、药芯焊丝结合度高，方便使用。在焊接技术中可以被灵活的调配，适用于各种类型的金属焊接和复合金属焊接；(5)应用范围广，既是作为焊接连接材料，同时也可以做防护涂层(例如药芯焊丝在堆焊和喷涂技术中常用来制作防护层，包括复合耐热层、耐磨层、耐蚀层等)。
酸性药芯焊丝由于其主要特点，广泛应用于各领域，但在高强钢焊接中，酸性药芯焊丝低温冲击韧性较低，直接导致其焊接接头韧性下降，而且氢致冷裂纹也极易产生。为了推广酸性药芯焊丝在高强钢焊接领域应用，急需解决其低温冲击韧性与抗冷裂性能。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种酸性高强高韧药芯焊丝，以克服现有技术中的不足，该酸性药芯焊丝在较高强度时仍具有较高低温冲击韧性和较好抗冷裂性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种酸性高强高韧药芯焊丝，包括药芯和包覆在药芯外侧的外皮；所述药芯包括如下重量份数的组分，金红石300-430份；长石20-40份；石英13-25份；锆英砂8-20份；镁砂4-14份；氟化钠3-10份；氟硅酸钠3-10份；氟化锂3-10份；钛铁5-13份；镁粉5-15份；硅钙合金2-9份；铝镁合金3-11份；硅铁22-40份；稀土硅铁14-25份；金属锰120-170份；镍粉110-150份；钼铁45-70份；石墨3-12份，铁粉余量；各药粉组分的的重量份数之和为1000份。
优选的，所述药芯包括如下重量份数的组分，金红石320-410份；长石27-35份；石英16-20份；锆英砂12-15份；镁砂8-10份；氟化钠5-7份；氟硅酸钠5-7份；氟化锂5-7份；钛铁8-10份；镁粉9-11份；硅钙合金5-7份；铝镁合金6-8份；硅铁27-35份；稀土硅铁16-20份；金属锰128-164份；镍粉113-145份；钼铁50-64份；石墨6-8份，铁粉余量；各药粉组分的的重量份数之和为1000份。
优选的，所述金红石的成分为TiO2，其中TiO2的质量分数≥95％，S、P的质量分数＜0.03％，余量为非主要物质；所述长石的成分包括SiO2、Al2O3、K2O以及Na2O，其中SiO2的质量分数62～72％，Al2O3的质量分数17～24％，K2O+Na2O的质量分数≥10％；所述石英的成分为SiO2，其中SiO2的质量分数≥98％，S、P的质量分数＜0.03％；所述锆英砂的成分为ZrO2和SiO2，其中ZrO2的质量分数≥60％，SiO2的质量分数≥20％，S的质量分数＜0.03％，余量为非主要物质；所述镁砂的成分为MgO，其中MgO的质量分数≥97％，C的质量分数＜0.05％，S的质量分数＜0.03％。
优选的，所述钛铁中，Ti的质量分数为27～42％，余量为铁；所述镁粉中Mg的质量分数≥99％，C＜的质量分数0.2％；所述硅钙合金中，Si的质量分数56～62％，Ca的质量分数28～32％，余量为铁；所述铝镁合金中，Al的质量分数47～53％，Al+Mg的质量分数＞90％。所述硅铁为75#硅铁，其中Si的质量分数73～77％，C的质量分数＜0.2％，S、P的质量分数＜0.03％，余量为铁；所述稀土硅铁中，稀土的质量分数17～22％，Si的质量分数44～50％，余量为铁；所述金属锰中，锰的质量分数≥99.5％，C、S、P的质量分数＜0.03％；所述镍粉中，镍的质量分数为≥99.0％，C的质量分数＜0.01％；所述钼铁中，Mo的质量分数≥55％，S、P的质量分数＜0.1％，余量为铁；所述石墨中，C的质量分数≥80％，S的质量分数＜0.1％。
优选的，所述药芯粉占药芯焊丝质量分数为14～18％。
优选的，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。
优选的，外皮为SPCC低碳钢带；焊丝的直径为1.2mm。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。
其中，各种药粉起到的作用如下：
金红石作为造渣剂和稳弧剂，具有改善熔渣的粘度、表面张力和流动性的作用，利于全位置焊接，改善焊缝成形，减少飞溅和咬边；
长石作为造渣剂和稳弧剂，具有细化熔滴，改善熔渣的粘度和表面张力，提高熔化系数的作用；
石英作为造渣剂，与金红石搭配使用，可以使得药芯焊丝渣壳呈现较好状态，利于熔渣覆盖以及脱渣；
锆英砂作为造渣剂，本身具有较高的熔点，利于药芯焊丝全位置焊接；
镁砂作为造渣剂，属于碱性氧化物，可以提高渣的碱度，从而提高熔敷金属力学性能；
所述氟化钠的成分为NaF：工业级；
所述氟硅酸钠的成分为Na2SiF6：工业级；
所述氟化锂的成分为LiF：工业级；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。氟化钠、氟硅酸钠与氟化锂三者共同搭配使用，对于脱渣性、飞溅起到了较好的效果。并且氟化物的加入，使得药芯焊丝扩散氢较低，直接降低了产生氢致冷裂纹的趋势。
钛铁作为较强的脱氧剂，其生成TiO2有造渣的作用，通过降低焊缝中氧含量，提高力学性能；
镁粉作为强脱氧剂，可以使焊缝金属具有较好的低温冲击韧性；
硅钙合金作为较强的脱氧脱氮剂，并且形成碱性氧化物，提高熔渣碱度，对提高焊缝金属的力学性能起到较大作用；
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；
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性能；
锰作为合金元素，主要确保熔敷金属的强度和降低硫含量，降低熔敷金属固态相变温度，细化晶粒。
镍粉通过细化晶粒和固溶强化提高其强度，并且能够显著改善焊缝金属的低温韧性；
钼铁能使钢的晶粒细化，提高淬透性，提高其机械性能；
石墨向焊缝金属中过渡碳，适量的碳对强度以及低温冲击韧性都具有较好的效果。
本发明还提供如上所述的酸性高强高韧药芯焊丝在工程机械以及港口机械焊接中的应用。
本发明还提供如上所述的酸性高强高韧药芯焊丝在690、ASTM A514焊接中的应用。
相对于现有技术，本发明所述的酸性高强高韧药芯焊丝，具有以下优势：
采用二氧化碳气保护酸性药芯焊丝，其焊接工艺性能佳，电弧稳定，飞溅少，脱渣容易，焊缝成型美观，适合全位置焊接，且焊接性能优良，焊接效率较高。此酸性药芯焊丝具有较好的力学性能，强度达到800MPa以上，仍具有较好的低温冲击韧性，可以达到80J(-40℃)以上，并且具有较低的扩散氢。
其中，所述药芯粉占药芯焊丝质量分数为14～18％，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。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
以下实施例中，使用的各组分符合以下条件：
所述金红石的成分为TiO2，其中TiO2的质量分数≥95％，S、P的质量分数＜0.03％，余量为非主要物质；所述长石的成分包括SiO2、Al2O3、K2O以及Na2O，其中SiO2的质量分数62～72％，Al2O3的质量分数17～24％，K2O+Na2O的质量分数≥10％；所述石英的成分为SiO2，其中SiO2的质量分数≥98％，S、P的质量分数＜0.03％；所述锆英砂的成分为ZrO2和SiO2，其中ZrO2的质量分数≥60％，SiO2的质量分数≥20％，S的质量分数＜0.03％，余量为非主要物质；所述镁砂的成分为MgO，其中MgO的质量分数≥97％，C的质量分数＜0.05％，S的质量分数＜0.03％。
所述钛铁中，Ti的质量分数为27～42％，余量为铁；所述镁粉中Mg的质量分数≥99％，C＜的质量分数0.2％；所述硅钙合金中，Si的质量分数56～62％，Ca的质量分数28～32％，余量为铁；所述铝镁合金中，Al的质量分数47～53％，Al+Mg的质量分数＞90％。所述硅铁为75#硅铁，其中Si的质量分数73～77％，C的质量分数＜0.2％，S、P的质量分数＜0.03％，余量为铁；所述稀土硅铁中，稀土的质量分数17～22％，Si的质量分数44～50％，余量为铁；所述金属锰中，锰的质量分数≥99.5％，C、S、P的质量分数＜0.03％；所述镍粉中，镍的质量分数为≥99.0％，C的质量分数＜0.01％；所述钼铁中，Mo的质量分数≥55％，S、P的质量分数＜0.1％，余量为铁；所述石墨中，C的质量分数≥80％，S的质量分数＜0.1％。
实施例1
一种酸性高强高韧药芯焊丝，其中钢带采用SPCC低碳钢带，填充率为14％。药芯组成为：金红石407份；长石35份；石英20份；锆英砂15份；镁砂10份；氟化钠7份；氟硅酸钠7份；氟化锂7份；钛铁10份；镁粉11份；硅钙合金7份；铝镁合金10份；75#硅铁35份；稀土硅铁20份；金属锰164份；镍粉145份；钼铁64份；石墨7份，铁粉19份。药芯粉与低碳SPCC钢带经过烘烤、轧制、拉拔、层绕等工序制作成φ1.2药芯焊丝。
本实施例采用保护气体为二氧化碳气体，焊接电流为220～260A，焊接电压为28～30V，焊接线能量为10～15KJ/cm，焊接试板20mm厚，按照国标进行焊接隔离层，单侧坡口角度为10°进行熔敷金属焊接。按照GB/T 3965-2012《熔敷金属中扩散氢测定方法》热导法进行扩散氢试验。
本实施例在焊接过程中，飞溅较少，焊缝成型美观，脱渣容易，全位置焊接较好。对焊后的焊缝金属进行化学成分和力学性能分析。熔敷金属的化学成分为：C：0.053wt％，Mn：1.7wt％，Si：0.4wt％，S：0.009wt％，P：0.012wt％，Cr：0.02wt％，Ni：2.18wt％，Mo：0.60wt％，Ti：0.063wt％。
熔敷金属的力学性能为：屈服强度RP0.2为:710MPa，抗拉强度Rm为：825MPa，延伸率A为：18.5％，冲击吸收功平均值KV2为82J。扩散氢为4.12ml/100g(温度：32℃，湿度：54％，气压：100.9MPa，电流230A，电压27V)。
实施例2
一种酸性高强高韧药芯焊丝。除下述外，其余同实施例1。
其中钢带采用SPCC低碳钢带，填充率为15％。药芯组成为：金红石380份；长石32份；石英20份；锆英砂14份；镁砂9份；氟化钠7份；氟硅酸钠7份；氟化锂7份；钛铁9份；镁粉10份；硅钙合金7份；铝镁合金8份；75#硅铁33份；稀土硅铁19份；金属锰153份；镍粉135份；钼铁60份；石墨7份，铁粉83份。
本实施例在焊接过程中，飞溅较少，焊缝成型美观，脱渣容易，全位置焊接较好。对焊后的焊缝金属进行化学成分和力学性能分析。熔敷金属的化学成分为：C：0.063wt％，Mn：1.58wt％，Si：0.44wt％，S：0.009wt％，P：0.012wt％，Cr：0.02wt％，Ni：2.05wt％，Mo：0.56wt％，Ti：0.063wt％。
熔敷金属的力学性能为：屈服强度RP0.2为:708MPa，抗拉强度Rm为：810MPa，延伸率A为：19％，冲击吸收功平均值KV2为84J。扩散氢为4.54ml/100g(温度：33℃，湿度：59％，气压：101.6MPa，电流230A，电压27V)
实施例3
一种酸性高强高韧药芯焊丝。除下述外，其余同实施例1。
其中钢带采用SPCC低碳钢带，填充率为16％。药芯组成为：金红石360份；长石30份；石英20份；锆英砂14份；镁砂9份；氟化钠7份；氟硅酸钠7份；氟化锂7份；钛铁9份；镁粉10份；硅钙合金6份；铝镁合金7份；75#硅铁30份；稀土硅铁18份；金属锰144份；镍粉127份；钼铁56份；石墨7份，铁粉132份。
本实施例在焊接过程中，飞溅较少，焊缝成型美观，脱渣容易，全位置焊接较好。对焊后的焊缝金属进行化学成分和力学性能分析。
熔敷金属的化学成分为：C：0.055wt％，Mn：1.53wt％，Si：0.43wt％，S：0.007wt％，P：0.012wt％，Cr：0.027wt％，Ni：2.08wt％，Mo：0.50wt％，Ti：0.058wt％。
熔敷金属的力学性能为：屈服强度RP0.2为:705MPa，抗拉强度Rm为：794MPa，延伸率A为：21.5％，冲击吸收功平均值KV2为89J。扩散氢为4.15ml/100g(温度：29℃，湿度：33％，气压：101.1MPa，电流230A，电压27V)
实施例4
一种酸性高强高韧药芯焊丝。除下述外，其余同实施例1。
其中钢带采用SPCC低碳钢带，填充率为17％。药芯组成为：金红石335份；长石29份；石英16份；锆英砂13份；镁砂8份；氟化钠6份；氟硅酸钠6份；氟化锂6份；钛铁8份；镁粉9份；硅钙合金6份；铝镁合金6份；75#硅铁29份；稀土硅铁16份；金属锰135份；镍粉119份；钼铁53份；石墨7份，铁粉193份。
本实施例在焊接过程中，飞溅较少，焊缝成型美观，脱渣容易，全位置焊接较好。
对焊后的焊缝金属进行化学成分和力学性能分析。熔敷金属的化学成分为：C：0.054wt％，Mn：1.41wt％，Si：0.33wt％，S：0.006wt％，P：0.008wt％，Cr：0.017wt％，Ni：2.23wt％，Mo：0.48wt％，Ti：0.055wt％。
熔敷金属的力学性能为：屈服强度RP0.2为:695MPa，抗拉强度Rm为：784MPa，延伸率A为：19.5％，冲击吸收功平均值KV2为85J。扩散氢为4.89ml/100g(温度：33℃，湿度：50％，气压：100.7MPa，电流230A，电压27V)
实施例5
一种酸性高强高韧药芯焊丝。除下述外，其余同实施例1。
其中钢带采用SPCC低碳钢带，填充率为18％。药芯组成为：金红石320份；长石27份；石英16份；锆英砂12份；镁砂8份；氟化钠5份；氟硅酸钠5份；氟化锂5份；钛铁8份；镁粉9份；硅钙合金5份；铝镁合金7份；75#硅铁27份；稀土硅铁17份；金属锰128份；镍粉113份；钼铁50份；石墨6份，铁粉232份。
本实施例在焊接过程中，飞溅较少，焊缝成型美观，脱渣容易，全位置焊接较好。对焊后的焊缝金属进行化学成分和力学性能分析。
熔敷金属的化学成分为：C：0.044wt％，Mn：1.58wt％，Si：0.41wt％，S：0.006wt％，P：0.009wt％，Cr：0.022wt％，Ni：1.98wt％，Mo：0.53wt％，Ti：0.060wt％。
熔敷金属的力学性能为：屈服强度RP0.2为:720MPa，抗拉强度Rm为：825MPa，延伸率A为：18.5％，冲击吸收功平均值KV2为86J。扩散氢为4.79ml/100g(温度：32℃，湿度：65％，气压：101.7MPa，电流230A，电压27V)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种酸性高强高韧药芯焊丝，其特征在于：包括药芯和包覆在药芯外侧的外皮；所述药芯包括如下重量份数的组分，金红石300-430份；长石20-40份；石英13-25份；锆英砂8-20份；镁砂4-14份；氟化钠3-10份；氟硅酸钠3-10份；氟化锂3-10份；钛铁5-13份；镁粉5-15份；硅钙合金2-9份；铝镁合金3-11份；硅铁22-40份；稀土硅铁14-25份；金属锰120-170份；镍粉110-150份；钼铁45-70份；石墨3-12份，铁粉余量；各药粉组分的的重量份数之和为1000份。
2.根据权利要求1所述的酸性高强高韧药芯焊丝，其特征在于：所述药芯包括如下重量份数的组分，金红石320-410份；长石27-35份；石英16-20份；锆英砂12-15份；镁砂8-10份；氟化钠5-7份；氟硅酸钠5-7份；氟化锂5-7份；钛铁8-10份；镁粉9-11份；硅钙合金5-7份；铝镁合金6-8份；硅铁27-35份；稀土硅铁16-20份；金属锰128-164份；镍粉113-145份；钼铁50-64份；石墨6-8份，铁粉余量；各药粉组分的的重量份数之和为1000份。
3.根据权利要求1或2所述的酸性高强高韧药芯焊丝，其特征在于：所述金红石的成分为TiO2，其中TiO2的质量分数≥95％，S、P的质量分数＜0.03％，余量为非主要物质；所述长石的成分包括SiO2、Al2O3、K2O以及Na2O，其中SiO2的质量分数62～72％，Al2O3的质量分数17～24％，K2O+Na2O的质量分数≥10％；所述石英的成分为SiO2，其中SiO2的质量分数≥98％，S、P的质量分数＜0.03％；所述锆英砂的成分为ZrO2和SiO2，其中ZrO2的质量分数≥60％，SiO2的质量分数≥20％，S的质量分数＜0.03％，余量为非主要物质；所述镁砂的成分为MgO，其中MgO的质量分数≥97％，C的质量分数＜0.05％，S的质量分数＜0.03％。
4.根据权利要求1或2所述的酸性高强高韧药芯焊丝，其特征在于：所述钛铁中，Ti的质量分数为27～42％，余量为铁；所述镁粉中Mg的质量分数≥99％，C＜的质量分数0.2％；所述硅钙合金中，Si的质量分数56～62％，Ca的质量分数28～32％，余量为铁；所述铝镁合金中，Al的质量分数47～53％，Al+Mg的质量分数＞90％。所述硅铁为75#硅铁，其中Si的质量分数73～77％，C的质量分数＜0.2％，S、P的质量分数＜0.03％，余量为铁；所述稀土硅铁中，稀土的质量分数17～22％，Si的质量分数44～50％，余量为铁；所述金属锰中，锰的质量分数≥99.5％，C、S、P的质量分数＜0.03％；所述镍粉中，镍的质量分数为≥99.0％，C的质量分数＜0.01％；所述钼铁中，Mo的质量分数≥55％，S、P的质量分数＜0.1％，余量为铁；所述石墨中，C的质量分数≥80％，S的质量分数＜0.1％。
5.根据权利要求1或2所述的酸性高强高韧药芯焊丝，其特征在于：所述药芯粉占药芯焊丝质量分数为14～18％。
6.根据权利要求1或2所述的酸性高强高韧药芯焊丝，其特征在于：所述药芯所述的药芯各组分的粒径为60～250目。
7.根据权利要求1或2所述的酸性高强高韧药芯焊丝，其特征在于：外皮为SPCC低碳钢带；焊丝的直径为1.2mm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的酸性高强高韧药芯焊丝在工程机械、港口机械焊接中的应用。
9.根据权利要求1-7任一项所述的酸性高强高韧药芯焊丝在690、ASTM A514焊接中的应用。
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