CN114161024B - 一种金属粉型药芯焊丝及其制备方法和应用 - Google Patents

一种金属粉型药芯焊丝及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于焊接材料技术领域，具体提供了一种金属粉型药芯焊丝及其制备方法和应用，上述金属粉型药芯焊丝包括钢制外皮和药芯，以金属粉型药芯焊丝的总质量计，所述药芯包括：C：0.065‑0.085％，Si：0.55‑0.75％，Mn：1.6‑1.8％，Ni：1.5‑2.3％，Mo：0.35‑0.54％，钒氮合金：0.035‑0.35％，Mg：0.075‑2.3％，铁粉及不可避免的杂质：13.2‑15.8％。采用本发明提供的金属粉型药芯焊丝以富氩(85％Ar+15％CO2)气体保护焊接时，形成的熔敷金属和焊接接头具有优良的低温冲击韧性，焊缝成型良好，屈服强度≥685MPa；抗拉强度≥785MPa；伸长率≥15％；‑50℃条件下，Akv≥50J，能满足低合金高强度785MPa级钢的焊接要求。

Description

一种金属粉型药芯焊丝及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种金属粉型药芯焊丝及其制备方法和应用。
背景技术
低合金高强度785MPa级钢由于强度高，焊接困难，现有的焊接材料方案中，为了提高抗拉强度，均大量使用昂贵的Ni、Mo、Cr成分，或者为了改善工艺性能，使用较多非金属粉，导致合金成分过渡效率下降，浪费大量贵重金属，不具有经济性。
现有技术中，中国专利申请CN200710054660.8公开了一种高强度金属芯型无缝药芯焊丝，含有：0.6％-4.5％的二氧化钛(TiO2)、0.1％-0.5％的二氧化硅(SiO2)、0.2％-0.6％的氧化锰(MnO)、0.3％-1.8％的氟化钠(NaF)(以钠Na计算)、0.4％-2.7％的氧化钾(K2O)、0-0.8％的三氧化二铝(Al2O3)。大量添加的非金属粉末会导致熔敷效率及合金过渡效率的下降，同时也会导致综合性能下降。
中国专利申请CN200710054753.0公开了一种气体保护电弧焊用高强度药芯焊丝，含有：Ni：1.5-4.0质量％；Cr：0-1.2质量％；Mo：0.3-1.2质量％；Ti：0.05-0.30质量％；Al：0-0.05质量％；Na和K的一种或两种：0.01～0.9质量％。使用Al进行强化，但Al的脱氧产物Al2O3在焊接过程中不易从焊缝熔池浮出，进而形成夹渣，导致焊缝金属伸长率显著下降，影响焊缝力学性能。
中国专利申请CN200910064672.8公开了一种低碳高镍含量785MPa级别气体保护焊焊丝，所述焊丝成分为：C：0.02-0.055％，Si≤0.30％，Mn：0.6-0.9％，Cr：≤0.80％，Ni：6.8-8.0％，Mo：0.45-0.60％，V≤0.035％，Al+Ti≤0.075％，Re≤0.040％，其余为铁。由于其含有6.8～8.0％的Ni,导致材料成本非常高，不适合大量使用。
中国专利申请CN201911119579.2公开了一种海洋工程用785MPa级高强高韧熔化极活性气体保护焊丝，按重量百分比计，该焊丝的化学成分如下：C 0.02-0.06％，Cr 0.15-0.60％，Ni 3.0-6.5％，Mo 0.50-0.80％，Mn 0.90-1.30％，Si 0.30-0.60％，V≤0.15％，余量为铁及不可避免的杂质。其中贵重金属含量均很高，成本高昂。
中国专利申请CN201910715698.8公开了一种785MPa级海洋工程用钢的高强高韧钨极氩弧焊焊丝，按重量百分比计，该焊丝的化学成分如下：C：0.02-0.07％，Cr：0.20-1.20％，Ni：5.0-8.0％，Mo：0.30-0.90％，Mn：0.7-1.50％，Si：0.20-0.50％，V≤0.25％,余量为铁及不可避免的杂质。其方案中重金属Cr和Ni含量均较高，导致成本大幅提高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中大量使用贵重金属或使用较多非金属粉，导致材料成本高、焊接性能弱等问题。
为此，本发明提供了一种金属粉型药芯焊丝，包括钢制外皮和药芯，以金属粉型药芯焊丝的总质量计，所述药芯包括：C：0.065-0.085％，Si：0.55-0.75％，Mn：1.6-1.8％，Ni：1.5-2.3％，Mo：0.35-0.54％，钒氮合金：0.035-0.35％，Mg：0.075-2.3％，铁粉及不可避免的杂质：13.2-15.8％。
具体的，以金属粉型药芯焊丝的总质量计，所述药芯包括：C：0.07％，Si：0.75％，Mn：1.6％，Ni：2.3％，Mo：0.54％，钒氮合金：0.35％，Mg：0.09％，铁粉及不可避免的杂质：15.3％。
具体的，上述钢制外皮中Mn含量不超过0.3％，Si含量不超过0.05％，S和P含量均小于0.02％。
本发明还提供了上述金属粉型药芯焊丝的制备方法：将药芯的各组分按配比混合均匀后置于所述钢制外皮上，包裹或卷制成丝并拉拔减径至预定规格，制得所述金属粉型药芯焊丝。
本发明还提供了上述金属粉型药芯焊丝的应用，所述金属粉型药芯焊丝用于低合金高强度785MPa级钢的焊接。
具体的，上述金属粉型药芯焊丝在焊接时采用85％Ar+15％CO2的富氩气体保护。
具体的，上述金属粉型药芯焊丝的焊接条件为：焊接电流250-260A，焊接电压27-28V，焊接速度30mm/min。
本发明的这种成本低并保证药芯焊丝熔敷金属抗拉强度和低温韧性，且具有良好焊接工艺性能的金属粉型药芯焊丝的设计原理如下：
本发明采取将C控制在0.065～0.085％，并通过采用钒氮合金进行强化及韧化，控制其含量使药芯焊丝抗拉强度和低温韧性均满足相应要求。
C是需要严格控制的元素之一，主要作用是强化基体金属，并在熔池中与钒氮合金形成碳氮化钒，进一步强韧化基体金属。过多的C会显著提高碳当量，恶化焊缝低温韧性；而C过少，则焊缝强度下降显著，不得不使用大量Cr、Ni、Mo等贵重金属来弥补强度的不足。与钒氮合金共同作用时，C含量控制在0.065～0.085％为宜，此时焊缝具有良好的强度及低温韧性。
Si作为主要合金元素，可提高焊缝强度，但Si太高，会导致焊缝低温韧性变差，而Si太低时，则会使熔池溶液流动性差，焊缝成形差。
Mn在焊缝中主要起脱氧作用，提高焊缝强度并可适当提高低温韧性，由于其价格低廉，提高焊丝中Mn含量可降低材料成本，但Mn含量过高，将恶化焊丝的焊接工艺性能。
Ni可降低焊缝韧脆转变温度，使焊缝在低温仍具有较好的韧性。当镍粉低于1.5％时，焊缝在-50℃韧性不足；但过多添加Ni会增加原材料成本，不利于大规模生产应用。
Mo可提高焊缝强度，但由于价格高昂，不宜添加过多。
钒氮合金作为一种微量合金添加剂，可以显著提高焊缝金属抗拉强度，当C含量控制在0.065～0.085％时，焊缝强度提高并可同时获得良好的低温韧性。
Mg的主要作用是脱氧，降低焊缝氧含量，生成的MgO可以净化焊缝熔池。但Mg少于0.075％时，熔池中SiO2等夹杂物增多，低温韧性变差；当高于2.3％，氧化生成的MgO过多，也将导致焊缝夹渣增多，导致低温冲击韧性下降，同时恶化焊接工艺性能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明提供的这种金属粉型药芯焊丝在控碳条件下，通过添加钒氮合金，减少了Ni、Cr等贵重金属用量，降低原材料成本的同时，强化并韧化焊缝，保证了药芯焊丝熔敷金属抗拉强度和低温韧性，具有良好的焊接工艺性能。
(2)本发明提供的这种金属粉型药芯焊丝的药芯中非金属粉含量小于1％，焊接过程中产生的熔渣非常少，焊丝熔池纯净。
(2)本发明提供的这种金属粉型药芯焊丝采用85％Ar+15％CO2的富氩保护气体焊接，屈服强度≥685MPa；抗拉强度≥785MPa；伸长率≥15％；-50℃条件下，Akv≥50J，可用于785MPa级高强钢的焊接。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。尽管已经详细描述了本发明的代表性实施例，但是本发明所属技术领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下可以对本发明进行各种修改和改变。因此，本发明的范围不应局限于实施方案，而应由所附权利要求及其等同物来限定。
下面通过具体实施例对本发明的金属粉型药芯焊丝的效果进行研究。
本发明实施例中使用的钢制外皮均为SPCC钢带，其Mn含量为0.28％，Si含量为0.046％，S含量为0.010％，P2含量为0.018％。
实施例1：
本实施例提高了一种金属粉型药芯焊丝，包括钢制外皮和药芯，以金属粉型药芯焊丝的总质量计，药芯包括：C：0.065％，Si：0.55％，Mn：1.8％，Ni：1.925％，Mo：0.35％，钒氮合金：0.035％，Mg：0.075％，铁粉及不可避免的杂质：14.3％。
将药芯的各组分按配比混合均匀后置于所述钢制外皮上，卷制成丝，并拉拔减径，得到金属粉型药芯焊丝。
以富氩(85％Ar+15％CO2)气体保护，采用上述金属粉型药芯焊丝进行焊接试验，焊接电流250-260A，焊接电压27-28V，焊接速度30mm/min。所得熔敷金属力学性能如表1所示。
实施例2：
本实施例提高了一种金属粉型药芯焊丝，包括钢制外皮和药芯，以金属粉型药芯焊丝的总质量计，药芯包括：C：0.07％，Si：0.75％，Mn：1.6％，Ni：2.3％，Mo：0.54％，钒氮合金：0.35％，Mg：0.09％，铁粉及不可避免的杂质：15.3％。
将药芯的各组分按配比混合均匀后置于所述钢制外皮上，卷制成丝，并拉拔减径，得到金属粉型药芯焊丝。
以富氩(85％Ar+15％CO2)气体保护，采用上述金属粉型药芯焊丝进行焊接试验，焊接电流250-260A，焊接电压27-28V，焊接速度30mm/min。所得熔敷金属力学性能如表1所示。
实施例3：
本实施例提高了一种金属粉型药芯焊丝，包括钢制外皮和药芯，以金属粉型药芯焊丝的总质量计，药芯包括：C：0.085％，Si：0.56％，Mn：1.68％，Ni：1.5％，Mo：0.38％，钒氮合金：0.055％，Mg：2.3％，铁粉及不可避免的杂质：15.7％。
将药芯的各组分按配比混合均匀后置于所述钢制外皮上，卷制成丝，并拉拔减径，得到金属粉型药芯焊丝。
以富氩(85％Ar+15％CO2)气体保护，采用上述金属粉型药芯焊丝进行焊接试验，焊接电流250-260A，焊接电压27-28V，焊接速度30mm/min。所得熔敷金属力学性能如表1所示。
实施例4：
本实施例提高了一种金属粉型药芯焊丝，包括钢制外皮和药芯，以金属粉型药芯焊丝的总质量计，药芯包括：C：0.072％，Si：0.72％，Mn：1.7％，Ni：2.1％，Mo：0.42％，钒氮合金：0.21％，Mg：1.6％，铁粉及不可避免的杂质：15.8％。
将药芯的各组分按配比混合均匀后置于所述钢制外皮上，卷制成丝，并拉拔减径，得到金属粉型药芯焊丝。
以富氩(85％Ar+15％CO2)气体保护，采用上述金属粉型药芯焊丝进行焊接试验，焊接电流250-260A，焊接电压27-28V，焊接速度30mm/min。所得熔敷金属力学性能如表1所示。
实施例5：
本实施例提高了一种金属粉型药芯焊丝，包括钢制外皮和药芯，以金属粉型药芯焊丝的总质量计，药芯包括：C：0.078％，Si：0.58％，Mn：1.72％，Ni：1.7％，Mo：0.4％，钒氮合金：0.12％，Mg：1.8％，铁粉及不可避免的杂质：15.8％。
将药芯的各组分按配比混合均匀后置于所述钢制外皮上，卷制成丝，并拉拔减径，得到金属粉型药芯焊丝。
以富氩(85％Ar+15％CO2)气体保护，采用上述金属粉型药芯焊丝进行焊接试验，焊接电流250-260A，焊接电压27-28V，焊接速度30mm/min。所得熔敷金属力学性能如表1所示。
实施例6：
本实施例提高了一种金属粉型药芯焊丝，包括钢制外皮和药芯，以金属粉型药芯焊丝的总质量计，药芯包括：C：0.082％，Si：0.62％，Mn：1.76％，Ni：2.2％，Mo：0.36％，钒氮合金：0.08％，Mg：0.1％，铁粉及不可避免的杂质：13.2％。
将药芯的各组分按配比混合均匀后置于所述钢制外皮上，卷制成丝，并拉拔减径，得到金属粉型药芯焊丝。
以富氩(85％Ar+15％CO2)气体保护，采用上述金属粉型药芯焊丝进行焊接试验，焊接电流250-260A，焊接电压27-28V，焊接速度30mm/min。所得熔敷金属力学性能如表1所示。
表1熔敷金属力学性能
Figure BDA0003346583800000071
由表1结果可知，采用本发明提供的金属粉型药芯焊丝以富氩(85％Ar+15％CO2)气体保护焊接时，形成的熔敷金属和焊接接头具有优良的低温冲击韧性，焊缝成型良好，屈服强度≥685MPa；抗拉强度≥785MPa；伸长率≥15％；-50℃条件下，Akv≥50J，能满足低合金高强度785MPa级钢的焊接要求。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种金属粉型药芯焊丝，包括钢制外皮和药芯，其特征在于，以金属粉型药芯焊丝的总质量计，所述药芯包括：C：0.065-0.085％，Si：0.55-0.75％，Mn：1.6-1.8％，Ni：1.5-2.3％，Mo：0.35-0.54％，钒氮合金：0.035-0.35％，Mg：0.075-2.3％，铁粉及不可避免的杂质：13.2-15.8％。
2.如权利要求1所述的金属粉型药芯焊丝，其特征在于：以金属粉型药芯焊丝的总质量计，所述药芯包括：C：0.07％，Si：0.75％，Mn：1.6％，Ni：2.3％，Mo：0.54％，钒氮合金：0.35％，Mg：0.09％，铁粉及不可避免的杂质：15.3％。
3.如权利要求1所述的金属粉型药芯焊丝，其特征在于：所述钢制外皮中Mn含量不超过0.3％，Si含量不超过0.05％，S和P含量均小于0.02％。
4.一种如权利要求1-3任意一项所述的金属粉型药芯焊丝的制备方法，其特征在于：将药芯的各组分按配比混合均匀后置于钢制外皮上，包裹或卷制成丝并拉拔减径至预定规格，制得所述金属粉型药芯焊丝。
5.一种如权利要求1-3任意一项所述的金属粉型药芯焊丝的应用，其特征在于：所述金属粉型药芯焊丝用于低合金高强度785MPa级钢的焊接。
6.如权利要求5所述的金属粉型药芯焊丝的应用，其特征在于：所述金属粉型药芯焊丝在焊接时采用85％Ar+15％CO2的富氩气体保护。
7.如权利要求5所述的金属粉型药芯焊丝的应用，其特征在于，所述金属粉型药芯焊丝的焊接条件为：焊接电流250-260A，焊接电压27-28V，焊接速度30mm/min。
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