CN112935614A

CN112935614A - 一种金属粉型药芯焊丝及其应用和制备方法

Info

Publication number: CN112935614A
Application number: CN202110250582.9A
Authority: CN
Inventors: 于保刚; 魏超; 冯素英; 许慧敏
Original assignee: Shandong Juli Welding Co Ltd
Current assignee: Shandong Juli Welding Co Ltd
Priority date: 2021-03-08
Filing date: 2021-03-08
Publication date: 2021-06-11
Anticipated expiration: 2041-03-08
Also published as: CN112935614B

Abstract

本发明提供一种金属粉型药芯焊丝及其应用和制备方法，其中，所述金属粉型药芯焊丝包括钢带及填充于所述钢带的药芯，以药芯总质量为基准计，所述药芯包括以下组分及质量百分比：中碳锰铁10～15％、硅锰合金8～10％、硅铁3～5％、铬粉2～4％、钼铁4～5％、镍粉4～6％、钛铁0.2～0.5％、氧化铈0.1～0.2％及铁粉。所述金属粉型药芯焊丝的熔敷金属具有较佳的力学性能，适用于高强钢的焊接，解决高强钢焊缝强度低的问题。

Description

一种金属粉型药芯焊丝及其应用和制备方法

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及一种金属粉型药芯焊丝及其应用和制备方法。

背景技术

药芯焊丝是上世纪50年代发展起来的高效焊接材料，具有焊接效率高、焊接周期短、建造进度快、焊接工艺性能好、焊缝成型美观、焊接变形小等诸多优点，因此在船舶、桥梁等钢结构焊接领域中得到规范应用。

高强钢具有高冲击功、高疲劳强度、高的成形性等优点，在工程应用上越来越广泛，特别是在海洋工程平台、桥梁、重型机械、军工行业等用越来越多。这要求配套的药芯焊丝需要满足与之相应的强度及韧性。现有技术中，与高强钢配套使用的药芯焊丝或是焊缝金属强度较低，大大降低了结构使用的安全性。

发明内容

针对现有技术中的不足与缺陷，本发明提供一种金属粉型药芯焊丝及其应用和制备方法，用于解决高强钢用焊丝强度低，影响结构的安全性的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种金属粉型药芯焊丝，包括钢带及填充于所述钢带的药芯，其中，以所述药芯的总质量为基准计，所述药芯包括以下组分及质量百分比：

于本发明的一实施例中，所述药芯在所述钢带的填充率为20～25％。

进一步地，所述中碳锰铁的锰含量为78～85％，碳含量为1～1.5％；

所述硅锰合金的硅含量为20～23％，锰含量为62～67％；

所述硅铁的硅含量为72～80％；

所述铬粉的纯度为≥99％；

所述钼铁的钼含量为55～65％；

所述镍粉的纯度≥99％；

所述钛铁的钛含量为25～35％，硅含量为3～5％；

所述氧化铈的纯度为80～90％。

更进一步地，所述药芯中的各组分的粒度为60～100目。

于本发明的一实施例中，所述钢带为低碳钢带，所述低碳钢带中碳含量≤0.04％，锰含量为0.1～0.3％，硅含量≤0.05％，磷含量≤0.0250％，硫含量≤0.020％，其余为铁。

于本发明的一实施例中，所述金属粉型药芯焊丝的直径为1.2～1.6毫米(mm)。

于本发明的一实施例中，所述金属粉型药芯焊丝采用80％Ar+20％CO₂的富氩混合气体保护焊接。

本发明的第二方面提供一种金属粉型药芯焊丝在高强钢结构中的应用。

本发明的第三方面提供一种金属粉型药芯焊丝的制备方法，至少包括以下步骤：

将药芯的各组分按照配比混合搅拌均匀；

将搅拌均匀的药芯置于所述钢带上，卷制成丝状并拉拔至预定规格的药芯焊丝。

本发明中，药芯中的各组分的主要作用如下：

中碳锰铁提供锰(Mn)元素和碳(C)元素，硅锰合金提供硅(Si)元素和锰元素；硅铁提供硅元素和铁元素；

硅元素在焊缝金属中主要起到脱氧作用，降低焊缝金属中的含氧量，保证焊缝金属具有一定的强度；

锰元素在焊缝金属中起到脱氧作用，确保熔敷金属的强度和降低硫含量净化焊缝，降低熔敷金属固态相变温度，细化晶粒提高钢的抗拉强度和屈服强度；

铬粉(Cr)能增加高强钢焊缝组织的淬透性，提高焊接接头的抗拉强度。焊缝金属中铬元素的存在能够降低碳的活度，提高了碳在奥氏体中的扩散激活能，使得碳在奥氏体中聚集。因此，焊缝金属中铬元素的提高能够起到抑制针状铁素体的形核和长大的作用。

钼铁，提供钼(Mo)元素，钼可促使晶粒细化，防止裂纹敏感性，消除焊缝金属的脆性，显著提高冲击韧性，同时具有提高焊缝强度的作用；

镍粉，提供镍(Ni)元素，镍是焊缝金属中重要的合金元素，对提高强度有一定的贡献，最主要的作用是可有效提高焊缝金属的低温韧性，降低韧脆转变温度。镍含量过低对强度和低温韧性均不利，含量过高对强度和低温韧性也无益，同时会增大热裂敏感性；

钛铁(Ti-Fe)在金属粉芯焊丝中是主要的脱氧剂，其脱氧产物以氧化物或固溶体的形式存在于焊缝金属中，钛的脱氧物TiO₂是焊缝金属中针状铁素体的形核剂，通过降低焊缝中氧含量，提高并改善焊缝金属的韧性。

氧化铈(CeO₂)具有脱氧脱硫作用，同时球化和细化熔敷金属中的氧化物夹杂，诱导针状铁素体形核，抑制多边形铁素体形成，细化晶粒，提高冲击韧性。

如上所述，本发明提供一种金属粉型药芯焊丝，通过合理控制各组分之间的比例，使药芯焊丝的焊接熔敷金属的力学性能得到改善，其中，抗拉强度可达到830Mpa以上、屈服强度可达到760Mpa以上、延伸率≥17％，-30℃的冲击功≥110J。该药芯焊丝焊接时适合大电流焊接，因没有添加造渣剂所以焊后焊缝无渣，不需清渣就可以继续焊接实现连续焊接，提高焊接效率，并且焊接工艺优良，具有高熔敷率，电弧柔软，成型美观，并且飞溅小的特点。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1显示为本发明的金属粉型药芯焊丝的制备方法的流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。

本发明所使用到的原料均可通过一般的商业手段获得，需要说明的是，如没有特别说明，本文中描述的“％”、“wt％”均指“质量百分数”。

本发明的金属粉型药芯焊丝的药芯包括：10～15％的中碳锰铁、8～10％的硅锰合金、3～5％的硅铁、2～4％的铬粉、4～5％的钼铁、4～6％的镍粉、0.2～0.5％的钛铁、0.1～0.2％的氧化铈及余量为铁粉。

其中，本发明使用的中碳锰铁的锰含量为78～85％，碳含量为1～1.5％；硅锰合金的硅含量为20～23％，锰含量为62～67％；硅铁的硅含量为72～80％；铬粉的纯度为≥99％；钼铁的钼含量为55～65％；镍粉的纯度≥99％；钛铁的钛含量为25～35％，硅含量为3～5％；氧化铈的纯度为80～90％。本发明使用的钢带为低碳钢带，低碳钢带的成分为碳含量≤0.04％，锰含量为0.1～0.3％，硅含量≤0.05％，磷含量≤0.0250％，硫含量≤0.020％，其余为铁。

请参阅附图1，本发明提供一种金属粉型药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：

S1、将药芯的各组分按照配比混合搅拌均匀；

S2、将混合均匀的药芯置于钢带上，卷制成丝状并拉拔至预定规格的药芯焊丝。

具体地，在进行步骤S1之前，先用60～100的目筛将药芯的各组分进行过筛处理，例如采用80目筛，然后将过筛后的药芯组分按照中碳锰铁10～15％、硅锰合金8～10％、硅铁3～5％、铬粉2～4％、钼铁4～5％、镍粉4～6％、钛铁0.2～0.5％、氧化铈0.1～0.2％及余量为铁粉的配比置于混粉机中搅拌均匀。

具体地，步骤S2是将钢带置于焊丝成型机内，将混合均匀的药粉芯注入钢带的U型凹槽内，卷制成丝并拉拔至直径为1.2～1.6mm。其中，药芯填充于钢带的填充率为20～25％。

下面通过一些实施例具体说明本发明。

实施例1

参见表1，金属粉型药芯焊丝中的药芯包括以下组分及质量百分比：中碳锰铁10％、硅锰合金10％、硅铁5％、铬粉4％、钼铁4％、镍粉6％、钛铁0.5％、氧化铈0.2％及铁粉60.3％。

将上述各组分按照配比称量好，依次倒入混粉机内混合搅拌均匀，搅拌均匀后通过送粉装置将药粉送入钢带中，其中，药芯的填充率为25％，利用焊丝成型机将钢带闭合，药粉被包裹其中，通过拉丝模逐道拉拔形成1.2mm得到金属粉型药芯焊丝。

实施例2

参见表1，金属粉型药芯焊丝中的药芯包括以下组分及质量百分比：中碳锰铁12％、硅锰合金9％、硅铁4％、铬粉4％、钼铁4％、镍粉5％、钛铁0.3％、氧化铈0.1％及铁粉61.6％。

将上述各组分按照配比称量好，依次倒入混粉机内混合搅拌均匀，搅拌均匀后通过送粉装置将药粉送入钢带中，其中，药芯的填充率为24％，利用焊丝成型机将钢带闭合，药粉被包裹其中，通过拉丝模逐道拉拔形成1.4mm得到金属粉型药芯焊丝。

实施例3

参见表1，金属粉型药芯焊丝中的药芯包括以下组分及质量百分比：中碳锰铁12％、硅锰合金8％、硅铁4％、铬粉3％、钼铁5％、镍粉5％、钛铁0.3％、氧化铈0.15％及铁粉62.55％。

将上述各组分按照配比称量好，依次倒入混粉机内混合搅拌均匀，搅拌均匀后通过送粉装置将药粉送入钢带中，其中，药芯的填充率为22％，利用焊丝成型机将钢带闭合，药粉被包裹其中，通过拉丝模逐道拉拔形成1.5mm得到金属粉型药芯焊丝。

实施例4

参见表1，金属粉型药芯焊丝中的药芯包括以下组分及质量百分比：中碳锰铁15％、硅锰合金8％、硅铁3％、铬粉2％、钼铁5％、镍粉4％、钛铁0.4％、氧化铈0.15％及铁粉62.45％。

将上述各组分按照配比称量好，依次倒入混粉机内混合搅拌均匀，搅拌均匀后通过送粉装置将药粉送入钢带中，其中，药芯的填充率为20％，利用焊丝成型机将钢带闭合，药粉被包裹其中，通过拉丝模逐道拉拔形成1.6mm得到金属粉型药芯焊丝。

表1：实施例1-4中各组分含量(wt％)

将实施例1至4制得的金属粉型药芯焊丝在(80％Ar+20％CO₂)高氩混合气体的保护下对Q690钢板进行焊接实验，各实施例的焊接参数参见表2，焊接结束后对各实施例的熔敷金属进行力学性能测试，测试结果参见表3。其中，-30℃冲击功测试时每个样品测试3次。

表2：实施例1-3的焊接参数以及探伤结果

表3：实施例1-4金属粉型药芯焊丝的熔敷金属力学性能

从表2和表3的实验结果显示，实施例1-4的金属粉型药芯焊丝适合大电流、高速焊接高强钢，焊接过程飞溅小、焊缝美观，无损伤，焊接熔敷金属的力学性能优越，抗拉强度可达到830Mpa以上、屈服强度可达到760Mpa以上、延伸率≥17％，-30℃下冲击功≥110J。

综上所述，本发明的金属粉型药芯焊丝，适合大电流焊接、高速焊接，焊接过程飞溅小，电弧柔软，焊后焊缝无渣，焊缝成型美观且焊缝具有高熔敷率，熔敷金属力学性能优越，可用于刚强度结构钢的焊接，解决高强钢结构的安全性问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims

1.一种金属粉型药芯焊丝，包括钢带及填充于所述钢带的药芯，其特征在于，以所述药芯的总质量为基准计，所述药芯包括以下组分及质量百分比：

2.根据权利要求1所述的金属粉型药芯焊丝，其特征在于，所述药芯在所述钢带的填充率为20～25％。

3.根据权利要求1所述的金属粉型药芯焊丝，其特征在于，包括以下任一项或多项：

所述中碳锰铁的锰含量为78～85％，碳含量为1～1.5％；

所述硅锰合金的硅含量为20～23％，锰含量为62～67％；

所述硅铁的硅含量为72～80％；

所述铬粉的纯度为≥99％；

所述钼铁的钼含量为55～65％；

所述镍粉的纯度≥99％；

所述钛铁的钛含量为25～35％，硅含量为3～5％；

所述氧化铈的纯度为80～90％。

4.根据权利要求1所述的金属粉型药芯焊丝，其特征在于，所述药芯的各组分的粒度为60～100目。

5.根据权利要求1所述的金属粉型药芯焊丝，其特征在于，所述钢带为低碳钢带，以所述低碳钢带的总质量为基准计，所述低碳钢带包括以下成分及质量百分比：碳含量≤0.04％，锰含量为0.1～0.3％，硅含量≤0.05％，磷含量≤0.0250％，硫含量≤0.020％，其余为铁。

6.根据权利要求1所述的金属粉型药芯焊丝，其特征在于，所述金属粉型药芯焊丝的直径为1.2～1.6毫米。

7.根据权利要求1所述的金属粉型药芯焊丝，其特征在于，所述金属粉型药芯焊丝采用80％Ar+20％CO₂的富氩混合气体保护焊接。

8.一种权利要求1-7任一所述金属粉型药芯焊丝在高强钢结构中的应用。

9.一种权利要求1-7任一所述金属粉型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将药芯的各组分按照配比混合搅拌均匀；

10.根据权利要求9所述的金属粉型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，在混合药芯的各组分之前，先用60～100的目筛将所述药芯的各组分进行过筛处理。