CN112975193B - 一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝渣系及药芯焊丝 - Google Patents

一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝渣系及药芯焊丝 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝渣系及药芯焊丝，所述药芯焊丝渣系，包括如下重量份数的组分，氟化钡8‑22份，碳酸钡1‑5份，氟化锂1‑5份，电熔镁砂3‑12份，氧化锆2‑10份，氧化铁红3‑11份，氟化稀土1‑3份，氟锆酸钾0.5‑1份。本发明提出一种全新的碱性渣系，该种渣系拥有熔渣上浮速度快、全位置焊接性能及其优异、电弧稳定、熔滴细颗粒喷射过渡、飞溅小，便于操作等特点。

Description

一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝渣系及药芯 焊丝
技术领域
本发明属于焊材技术领域，尤其是涉及一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝渣系及药芯焊丝。
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。但由于渣系特点，大部分碱性药芯焊丝多是飞溅大、难以全位置焊接、电弧暴躁被难以被使用方接受。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝渣系及药芯焊丝。
本发明提出一种全新的碱性渣系，该种渣系拥有熔渣上浮速度快、全位置焊接性能及其优异、电弧稳定、熔滴细颗粒喷射过渡、飞溅小，便于操作等特点。在此基础上搭配不同的合金系可以得到熔敷金属韧性极高的碱性全位置气保护药芯焊丝，其低温冲击吸收功平均值高(-40、-50℃)且离散性较小。
与传统渣系比较，本渣系及合金系不需要刻意引入Si元素，在该渣系中Si对整体焊接工艺性、冲击韧性有着负面作用。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝渣系，包括如下重量份数的组分，氟化钡8-22份，碳酸钡1-5份，氟化锂1-5份，电熔镁砂3-12份，氧化锆2-10份，氧化铁红3-11份，氟化稀土1-3份，氟锆酸钾0.5-1份。
优选的，包括如下重量份数的组分，氟化钡16-19份，碳酸钡2-3份，氟化锂1.3-2份，电熔镁砂4-6份，氧化锆4-6份，氧化铁红9-10份，氟化稀土1-2份，氟锆酸钾0.5-1份。
本发明还提供如上所述的药芯焊丝渣系在药芯焊丝中的应用。
本发明也提供一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝，药芯包括如上所述的药芯焊丝渣系，还包括合金系，所述合金系包括如下重量份数的组分，电解锰8-12份，铝粉7-13份，中碳锰铁4-8份，铁粉67-81份。
本发明也提供一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝，药芯包括如上所述的药芯焊丝渣系，还包括合金系，所述合金系包括如下重量份数的组分，电解锰8-12份，铝粉7-13份，镍粉4-7份，高碳锰铁4-8份，铁粉60-77份。
本发明也提供一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝，药芯包括如上所述的药芯焊丝渣系，还包括合金系，所述合金系包括如下重量份数的组分，电解锰8-10份，铝粉7-13份，镍粉10-14份，钼铁2-5份，高碳锰铁4-8份，铁粉50-69份。
优选的，焊丝直径为1.2-1.6mm。
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；优选的，为SPCC钢带。
优选的，药芯占药芯焊丝的质量分数为12-16％。
本发明也提供如上所述的药芯焊丝在压力容器、海洋平台、钢结构或管线工程的焊接中的应用。
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。
电熔镁砂的主要成分为氧化镁，是一种碱性氧化物，提高整体渣系碱度的同时，对力学性能有有益效果。在该配方中对混合渣系有防止焊渣盖不全的有益效果。
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。
氧化铁红的主要成分为三氧化二铁，对改善熔池流动性有有益效果。
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。
氟锆酸钾是一种氟化物，因其含有K元素，该种氟化物同其他氟化物比较对电弧有有益作用，微量加入可以使整体操作性变好。
其余组分为不同强度级别的合金组分，随强度级别上升采用NiMo系合金强化。
所述焊丝直径为1.2mm，均为碱性全位置药芯焊丝。
本发明采用该种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，同时其短弧特性也能极大程度上改善操作手感，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。
Si元素形成的脱氧产物二氧化硅，在该种复合渣系中有不利影响，易使焊渣变稀、抱团等，对立焊成型起负面作用，故不同于传统渣系在熔池阶段使用Mn、Si等金属粉进行联合脱氧。同样不使用含有二氧化硅的物质做为造渣剂。在该渣系形成的最终配方组分中仅有部分金属锰，不刻意引入Si元素。
同时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)为主含量的渣系，为弥补该符合渣系致密度差、同时进一步改善其凝固速度，引入少量镁砂、氧化锆作为造渣剂的一部分，最终形成复合渣系。该符合型焊渣拥有类似于自保护焊渣上浮快的特性，焊渣覆盖齐全，凝固速度适中，使气体有时间从液态熔池中溢出，同时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，本发明所述的全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝渣系及药芯焊丝，具有以下优势：
使用本发明所述渣系配合不同强度等级的合金系，可以生产出工艺性能特别优异且冲击韧性极好的药芯焊丝，强度级别从490MPa到780MPa(Q235-Q690)，均拥有良好的低温冲击韧性。
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。
实施例1-5均为直径1.2mm药芯焊丝，使用电流200A、电压22V的工艺参数，按照GB/T 25774的要求进行了焊材的熔敷金属力学性能试验，具体见下：
实施例1：抗拉强度490MPa级别
一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝，配方中各组分的质量百分比为：氟化钡18％，碳酸钡2％，氟化锂1.5％，电熔镁砂4％，氧化锆5％，氧化铁红9.2％，氟化稀土1.5％，氟锆酸钾0.5％，电解锰10％，铝粉11％，中碳锰铁6％，余量为铁粉，各组分的质量分数之和为100％。(在不加入Ni元素的基础上同时兼具良好的全位置焊接工艺及稳定，值高的低温冲击功)
工艺性能良好；
力学性能：
抗拉强度542MPa屈服强度455MPa延伸率29.5％
冲击吸收功-40℃：170J、166J、174J；-50℃：176J、152J、168J。
实施例2：抗拉强度550MPa级别
一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝，配方中各组分的质量百分比为：氟化钡18％，碳酸钡2％，氟化锂1.5％，电熔镁砂4％，氧化锆5％，氧化铁红9.2％，氟化稀土1.5％，氟锆酸钾0.5％，电解锰8％，铝粉12％，镍粉5％，高碳锰铁4％，余量为铁粉，各组分的质量分数之和为100％。
工艺性能良好；
抗拉强度582MPa屈服强度483MPa延伸率25.5％
冲击吸收功-40℃：163J、156J、147J；-50℃：147J、151J、138J。
实施例3:抗拉强度620MPa级别
一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝，配方中各组分的质量百分比为：氟化钡17％，碳酸钡2.3％，氟化锂1.5％，电熔镁砂4.5％，氧化锆4.8％，氧化铁红9.5％，氟化稀土2％，氟锆酸钾0.5％，电解锰8％，铝粉9.8％，镍粉6％，高碳锰铁8％，余量为铁粉，各组分的质量分数之和为100％。
工艺性能良好；
抗拉强度643MPa屈服强度551MPa延伸率22.5％
冲击吸收功-40℃：137J、129J、133J；-50℃：130J、123J、121J。
实施例4:抗拉强度690MPa级别
一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝，配方中各组分的质量百分比为：氟化钡17％，碳酸钡2.5％，氟化锂1.8％，电熔镁砂5.0％，氧化锆5.0％，氧化铁红10％，氟化稀土1.5％，氟锆酸钾0.5％，电解锰9％，铝粉11％，镍粉11％，钼铁3％，高碳锰铁8％，余量为铁粉，各组分的质量分数之和为100％。
工艺性能良好；
抗拉强度723MPa屈服强度631MPa延伸率18.5％
冲击吸收功-40℃：143J、136J、136J；-50℃：123J、133J、146J。
实施例5：抗拉强度780MPa级别
一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝，配方中各组分的质量百分比为：氟化钡17％，碳酸钡2.5％，氟化锂1.8％，电熔镁砂5.0％，氧化锆5.0％，氧化铁红10％，氟化稀土2％，氟锆酸钾0.5％，电解锰9％，铝粉12％，镍粉12％，钼铁4％，高碳锰铁8％，余量为铁粉，各组分的质量分数之和为100％。
工艺性能良好；
抗拉强度814MPa屈服强度741MPa延伸率17.0％
冲击吸收功-40℃：121J、120J、108J；-50℃：115J、108J、105J。
工艺性如下所示
实施例 电流 电压 焊接位置 成型 气孔 飞溅 烟雾 熔合性
1 200A 22V 立向下全位置 美观 无 小 小 良好
2 200A 22V 立向下全位置 美观 无 小 小 良好
3 200A 22V 立向下全位置 美观 无 小 小 良好
4 200A 22V 立向下全位置 美观 无 小 小 良好
5 200A 22V 立向下全位置 美观 无 小 小 良好
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 (11)

1.一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝渣系，其特征在于：包括如下重量份数的组分，氟化钡8-22份，碳酸钡1-5份，氟化锂1-5份，电熔镁砂3-12份，氧化锆2-10份，氧化铁红3-11份，氟化稀土1-3份，氟锆酸钾0.5-1份。
2.根据权利要求1所述的全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝渣系，其特征在于：包括如下重量份数的组分，氟化钡16-19份，碳酸钡2-3份，氟化锂1.3-2份，电熔镁砂4-6份，氧化锆4-6份，氧化铁红9-10份，氟化稀土1-2份，氟锆酸钾0.5-1份。
3.根据权利要求1或2所述的药芯焊丝渣系在药芯焊丝中的应用。
4.一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝，其特征在于：药芯包括如权利要求1或2所述的药芯焊丝渣系，还包括合金系，所述合金系包括如下重量份数的组分，电解锰8-12份，铝粉7-13份，中碳锰铁4-8份，铁粉67-81份。
5.一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝，其特征在于药芯包括如权利要求1或2所述的药芯焊丝渣系，还包括合金系，所述合金系包括如下重量份数的组分，电解锰8-12份，铝粉7-13份，镍粉4-7份，高碳锰铁4-8份，铁粉60-77份。
6.一种全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝，其特征在于：药芯包括如权利要求1或2所述的药芯焊丝渣系，还包括合金系，所述合金系包括如下重量份数的组分，电解锰8-10份，铝粉7-13份，镍粉10-14份，钼铁2-5份，高碳锰铁4-8份，铁粉50-69份。
7.根据权利要求4~6任一项所述的全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝，其特征在于：焊丝直径为1.2-1.6mm。
8.根据权利要求4~6任一项所述的全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝，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。
9.根据权利要求8所述的全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝，其特征在于：药芯焊丝的外皮为SPCC钢带。
10.根据权利要求4~6任一项所述的全位置焊接性优异的高韧性碱性药芯焊丝，其特征在于：药芯占药芯焊丝的质量分数为12-16%。
11.根据权利要求4~6任一项所述的药芯焊丝在压力容器、海洋平台、钢结构或管线工程的焊接中的应用。
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GR01 Patent grant
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