CN112935625B - 一种能适应高原气候的高韧性碱性全位置药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种能适应高原气候的高韧性碱性全位置药芯焊丝，其药芯包括如下质量分数的组分，氟化钡10％‑20％，碳酸钡1％‑4％，氟化锂1％‑4％，镁砂3％‑8％，氧化锆3％‑9％，四氧化三铁8％‑12％，电解锰5％‑12％，镍粉3％‑6％，铝粉6％‑10％，高碳锰铁5％‑9％，氟化稀土1％‑3％，余量为铁粉；各组分的质量分数之和为100％。本发明采用二氧化碳气保护的碱性全位置药芯焊丝，焊接工艺优良，全位置焊接性好，飞溅小，高原海拔5200米焊接不出现气孔，X光探伤合格率达到95％以上，能适应半自动及全自动焊接。熔敷金属的低温冲击韧性‑40℃平均值在180J以上，‑50℃平均值在150J以上。抗冷裂纹性能优异。

Description

一种能适应高原气候的高韧性碱性全位置药芯焊丝
技术领域
本发明属于焊丝技术领域，尤其是涉及一种能适应高原气候的高韧性碱性全位置药芯焊丝。
背景技术
近年来，由于药芯焊丝具有操作性好、效率高、探伤合格率高等、全位置焊接工艺性优异等优点，在各行各业中使用的比重越来越大。其中，碱性药芯焊丝由于其低氢、高韧性、高抗裂性和优异的力学性能，被应用在诸多重点领域中，如：压力容器、海洋平台、重要的机械制造、管线行业等。
海拔5000米时，大气压强为44.84kPa，是常规平原环境大气压强101.3kPa的一半以下。电弧的本质为气体持续的稳定的放电行为，常规自保护药芯焊丝电弧是平原环境下的空气进行稳定持续的放电，但到海拔5000米以上高空时，单位体积内的空气减少一半，电弧状态受到了较大程度的影响，导致电弧不稳、电压低、熔合性差等问题，进而导致了熔池整体的冶金反应不充分，出现气孔问题，最终反应到焊道的射线探伤方面造成大规模的气孔、未熔合、夹渣等缺陷。
传统管线焊接多使用碱性的自保护药芯焊丝，但由于高原海拔高、气压低等特征，难以解决自保护药芯焊丝的抗气孔性。而传统酸性气保护药芯焊丝的综合力学性能不稳定，故有必要研发一种能解决高原焊接难题高韧性碱性全位置气保护药芯焊丝。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种能适应高原气候的高韧性碱性全位置药芯焊丝，以解决高原气候中遇到的焊接问题，如电压低、电弧飘、气孔等，保证焊丝拥有良好的熔合性，保证接头探伤合格；调整渣系，研制出碱性全位置气保护药芯焊丝，使其具有良好的全位置焊接性(立向上立向下均可操作)，使过渡形式由传统碱性焊丝的大颗粒短路过渡变为细颗粒喷射过渡以减小飞溅；同时保证其熔敷金属拥有良好的低温冲击韧性等性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种能适应高原气候的高韧性碱性全位置药芯焊丝，其药芯包括如下质量分数的组分，氟化钡10％-20％，碳酸钡1％-4％，氟化锂1％-4％，镁砂3％-8％，氧化锆3％-9％，四氧化三铁8％-12％，电解锰5％-12％，镍粉3％-6％，铝粉6％-10％，高碳锰铁5％-9％，氟化稀土1％-3％，余量为铁粉；各组分的质量分数之和为100％。
优选的，其药芯包括如下质量分数的组分，氟化钡16％-19％，碳酸钡2％-3％，氟化锂1.5％-2.5％，镁砂3％-8％，氧化锆5％-5.5％，四氧化三铁10％-11％，电解锰7.5％-8％，镍粉4％-5％，铝粉8％-9％，高碳锰铁7％-8％，氟化稀土1％-3％，余量为铁粉；各组分的质量分数之和为100％。
优选的，药芯焊丝的外皮为碳钢钢带，厚度0.6-1.0mm，宽度10-14mm；优选为，SPCC钢带。
优选的，药芯占药芯焊丝的质量分数为14％-24％。
优选的，药芯焊丝的直径为1.2-2.0mm。
本发明提供了如上所述的药芯焊丝在高原气候下，压力容器、海洋平台、钢结构或管线工程的焊接中的应用。
加入各种药粉的作用如下：
氟化钡为主要的造渣剂，使用直流正接极性时，氟化钡具有短弧特性，且电弧柔和稳定，同时有改善熔池流动性的功能。
碳酸钡是一种碳酸盐，其中钡元素易电离，有良好的稳定电弧作用。适量的碳酸钡在高温分解时产生些许气体，可以增加电弧吹力，使焊丝整体有更好的抗气孔性及熔合性，保证焊接质量。
氟化锂在此渣系中具有较强的稳弧作用，由于其也是氟化物的一种，增加力学性能的同时，改善熔池流动性。
镁砂是一种碱性造渣剂，提高焊渣碱度对力学性能有好处。其熔点较高，使焊渣凝固速度较快，有利于立焊操作。
氧化锆作为一种高熔点氧化物，有利于立焊操作。可以使焊渣整体的致密性、整体性得到提升，保证焊渣覆盖完全的同时易脱渣。
四氧化三铁是一种富含氧的氧化物，由于碱性渣系熔池整体的流动性较差、表面张力较大，适量的四氧化三铁加入可以使其流动性及表面张力得到明显改善。
电解锰的加入可以提高焊缝金属的抗拉强度，提高韧性，细化晶粒。锰在基体固溶时提高机体强度，有固溶强化作用，在适量C的作用下，形成针状铁素体，从而提高焊缝金属的强度和低温冲击韧性。
镍粉作为一种合金元素，可以提高强度同时细化晶粒，显著提高焊缝金属的低温冲击韧性。
铝粉在此渣系中同时作为合金元素及强脱氧脱氮剂，经大量实验表明，适量铝元素的加入可以明显改善整体的焊接工艺性，包括立焊铁水粘稠度、电弧稳定性、飞溅大小等。过少的铝元素会导致工艺性极具变差；过多的铝元素易形成粗大晶粒，会使焊缝整体的力学性能变差。
高碳锰铁可以均匀的加入一些C元素，适量的碳元素可以提高熔敷金属强度。
氟化稀土也是氟化物的一种，氟化物配合La、Ce等稀有金属元素，能细化晶粒显著提高熔敷金属冲击韧性的功能。
本发明所述的药芯焊丝，可以改变电弧的放电气体介质，由高原空气改为二氧化碳气保护，使电弧状态得到了改善，避免了电弧不稳、电压低、熔合性不好的问题，焊道整体不出现气孔，探伤合格率高，X光探伤合格率达到95％以上。
原高原环境下电压难以调到20V以上，本发明焊丝应用二氧化碳气体介质焊接时，电压可随施工人员手法进行调整，可在18-28V之间灵活调节。熔合性由原来的易出现咬边、未熔合、夹渣等缺陷，改为平滑过渡的焊缝边角。
本发明所述的新型碱性全位置药芯焊丝，保证其力学性能良好。采用氟化钡作为主造渣剂，氧化钡作为碱性氧化物比传统使用的萤石有更加优异的稳弧作用，同时结合碳酸钡的造气吹力以及氟化锂的强电离作用，避免了大颗粒的熔滴过渡，使其改变为喷射过渡，极大程度上降低了碱性药芯焊丝的飞溅问题。
加入药粉经充分的焊接冶金过程，形成以氟化钡—氧化镁—氧化铝(铝粉的氧化产物)为主，氧化锰、氧化锆及其他微量组分为辅的复合型渣系。该符合型焊渣拥有类似于自保护焊渣上浮快的特性，保证全位置焊接的操作性良好；同时与自保护药芯焊丝比较具有烟雾小、铁水清晰、熔池流动性好的特性，极大程度上减少了施工中因看熔池不清晰造成的夹渣缺陷。
由于焊渣为纯碱性焊渣，熔敷金属的杂质含量少，较为洁净，保证了良好的力学性能熔敷金属的常规力学性能优异。
相对于现有技术，本发明所述的一种能适应高原气候的高韧性碱性全位置药芯焊丝，具有以下优势：
本发明采用二氧化碳气保护的碱性全位置药芯焊丝，焊接工艺优良，全位置焊接性好，飞溅小，高原海拔5200米焊接不出现气孔，X光探伤合格率达到95％以上，能适应半自动及全自动焊接。按照国家标准GB/T 25774的焊材力学性能要求进行试验，该种焊丝的熔敷金属抗拉强度在520-570MPa之间，屈服强度在443-501之间，低温冲击韧性-40℃平均值在180J以上，-50℃平均值在150J以上。抗冷裂纹性能优异，在0℃左右进行斜Y抗冷裂纹试验不出现裂纹。
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。
一种能适应高原气候的高韧性碱性全位置药芯焊丝，其药芯包括如下质量分数的组分，氟化钡10％-20％，碳酸钡1％-4％，氟化锂1％-4％，镁砂3％-8％，氧化锆3％-9％，四氧化三铁8％-12％，电解锰5％-12％，镍粉3％-6％，铝粉6％-10％，高碳锰铁5％-9％，氟化稀土1％-3％，余量为铁粉；各组分的质量分数之和为100％。
药芯焊丝的外皮为碳钢钢带，SPCC钢带(一般用冷轧碳钢钢带)，厚度0.6-1.0mm，宽度10-14mm。
各实施例中的组分含量如下所示：
Figure BDA0002937054300000051
Figure BDA0002937054300000061
焊接条件
Figure BDA0002937054300000062
以上焊接均使用100％二氧化碳气保护焊接。
进行焊接时，在海拔高度5000米，焊接环境为大气压强为44.84kPa，气温0-5℃，湿度10-30％。
上述电流电压条件下进行的熔敷金属力学性能试验
下述结果为上述电压电流在平原实验室内熔敷金属的力学试验结果，由于高原气候没有实验室条件，无法进行熔敷金属的力学性能工艺评定试验，仅能进行现场施工的工艺、外观等上述表格的工艺评定试验。
Figure BDA0002937054300000071
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 (7)

1.一种能适应高原气候的高韧性碱性全位置药芯焊丝，其特征在于：其药芯包括如下质量分数的组分，氟化钡10%-20%，碳酸钡1%-4%，氟化锂1%-4%，镁砂3%-8%，氧化锆3%-9%，四氧化三铁8%-12%，电解锰5%-12%，镍粉3%-6%，铝粉6%-10%，高碳锰铁5%-9%，氟化稀土1%-3%，余量为铁粉；各组分的质量分数之和为100%。
2.根据权利要求1所述的能适应高原气候的高韧性碱性全位置药芯焊丝，其特征在于：其药芯包括如下质量分数的组分，氟化钡16%-19%，碳酸钡2%-3%，氟化锂1.5%-2.5%，镁砂3%-8%，氧化锆5%-5.5%，四氧化三铁10%-11%，电解锰7.5%-8%，镍粉4%-5%，铝粉8%-9%，高碳锰铁7%-8%，氟化稀土1%-3%，余量为铁粉；各组分的质量分数之和为100%。
3.根据权利要求1所述的能适应高原气候的高韧性碱性全位置药芯焊丝，其特征在于：药芯焊丝的外皮为碳钢钢带，厚度0.6-1.0mm，宽度10-14mm。
4.根据权利要求3所述的能适应高原气候的高韧性碱性全位置药芯焊丝，其特征在于：药芯焊丝的外皮为SPCC钢带。
5.根据权利要求1所述的能适应高原气候的高韧性碱性全位置药芯焊丝，其特征在于：药芯占药芯焊丝的质量分数为14%-24%。
6.根据权利要求1所述的能适应高原气候的高韧性碱性全位置药芯焊丝，其特征在于：药芯焊丝的直径为1.2-2.0mm。
7.根据权利要求1~6任一项所述的药芯焊丝在高原气候下，压力容器、海洋平台、钢结构或管线工程的焊接中的应用。
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