CN114248039B - 一种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝及应用 - Google Patents

一种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝及应用，该金属粉芯型埋弧焊丝包括钢带以及填充于钢带内的药粉，所述药粉的组分及各组分占药粉质量百分比如下：碳化硅0.9～1.4％，锰铁5～8％，硅钡合金0.4～0.8％，镍粉5～10％，铬铁0～4％，钼粉1～3％，铌锆合金0.1～0.2％，氟化锶0.1～0.3％，余量为铁粉。该发明的金属粉芯型埋弧焊丝具有高强高韧性等优良的综合力学性能，其抗拉强度≥780MPa，屈服强度≥670MPa，‑50℃冲击功≥60J。

Description

一种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝及应用
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝及应用。
背景技术
近年来，工程机械用钢板不断向高强高韧性方向发展，用于Q690钢板的焊接材料也逐渐实现国产化匹配。金属粉芯型埋弧焊丝是为提高生产效率替代实心焊丝焊接工艺的背景下产生的。目前市场上已陆续出现各种金属粉芯型埋弧焊丝，在生产制作工艺方面大多采用有缝，不镀铜设计，由于埋弧焊丝线径较大，合缝间隙较大容易吸潮，造成扩散氢含量较高，氢致裂纹比较严重，工程机械行业对裂纹要求十分苛刻，常规产品无法满足要求，而且不镀铜的焊丝也不利于长期储存。在性能稳定性方面，多采用Cr-Ni-Mo合金体系，但是在低温冲击稳定性和抗裂性方面没有针对工程机械行业抗裂性性高要求进行设计，导致抗裂性不足；而且在抗拉强度≥780MPa的金属粉芯性埋弧焊丝尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝，包括钢带以及填充于钢带内的药粉，所述药粉的组分及各组分占药粉质量百分比如下：碳化硅0.9～1.4％，锰铁5～8％，硅钡合金0.4～0.8％，镍粉5～10％，铬铁0～4％，钼粉1～3％，铌锆合金0.1～0.2％，氟化锶0.1～0.3％，余量为铁粉。
进一步的，所述钢带采用低碳钢钢带，S、P含量控制在0.015％以下，Mn控制在0.2～0.35％。
进一步的，所述药粉填充率为25～35％。
进一步的，所述药粉的各组分粒度为80～120目，且在350～400℃排潮2小时。
进一步的，所述药粉中Mn元素与Ni元素的百分含量之积为(1.8～3)×10-4。
进一步的，所述药粉的组分及各组分占药粉质量百分比如下：碳化硅1％，锰铁7％，硅钡合金0.5％，镍粉6％，铬铁2％，钼粉1％，铌锆合金0.1％，氟化锶0.15％，余量为铁粉。
进一步的，上述金属粉芯型埋弧焊丝采用无缝镀铜工艺生产制造，通过在线激光焊接工艺合缝，焊丝下线后通过镀线镀铜，镀层厚度在0.18～0.30μm之间。
进一步的，上述金属粉芯型埋弧焊丝直径为2.0mm或2.5mm，且其直径偏差控制在-0.04～0.01mm之间。
另外，本发明还提供了应用上述工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝的方法，在焊接时，将上述金属粉芯型埋弧焊丝配合氟碱型烧结焊剂使用，氟碱型烧结焊剂的碱度范围在1.8～2.5之间，烧结温度在880℃以上。
进一步的，上述金属粉芯型埋弧焊丝直径为2.0mm和2.5mm的焊接电流分别为400～550A和450～600A，焊接速度300～400mm/min。
本发明中，上述工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝中药粉组分的设计原则如下：
碳化硅主要起到向熔敷金属中添加C提高焊丝强度作用，由于以石墨的形式向焊缝中添加C时烧损严重，添加困难，生产时石墨质量较轻，容易分层，不易混合均匀，且下粉时容易飘走，造成焊丝质量不稳定。本发明通过碳化硅合金的方式减少烧损，容易添加，经过造粒，流动性增强，吸潮性降低，更加有利于焊丝质量稳定；并且将碳化硅含量控制在0.9～1.4％之间既满足焊丝强度要求，又能添加少量硅提高焊缝流动性，添加过多则影响焊缝冲击任性，添加太少则焊缝强度不足，成型不良。
锰铁主要是向焊缝中添加Mn元素，作用为提高焊缝强度和硬度，与Si元素一起联合脱氧，并且将锰铁含量控制在5～8％，同时保证Mn元素与Ni元素的百分含量之积Mn％×Ni％在(1.8～3)×10-4之间，该区间能够获得较多的低碳贝氏体和针状铁素体组织，提高焊缝的低温冲击功，含量过高大大提高焊缝淬透性，塑性和韧性降低。
硅钡合金中的硅主要脱氧和向焊缝中过渡部分硅元素，提高焊缝强度，改善铁水流动性，其中的钡元素一方面可以调节焊渣的凝固温度，另一方面向焊缝中过渡适量的钡元素可以形成部分夹杂物质点，对位错运动起钉扎作用，提高强度和韧性。
Ni粉元素含量控制在5～10％，Ni作为奥氏体形成元素和石墨化元素，能有效提高焊缝金属的低温冲击韧性，当Ni粉添加量超过10％后，其冲击韧性没有太大变化，造成极大浪费，继续添加甚至有变坏的可能，当含量小于5％时，低温冲击性能不足。
Cr和Mo元素主要是联合Ni形成Cr-Ni-Mo合金系，保持焊缝金属拥有高强的同时，具备较高低温冲击功，
铌锆合金作为微量合金元素，主要起到细晶强化和弥散强化的作用，通过与C、O和N等元素形成稳定的化合物，控制冷却速度在焊缝中弥散析出，可以提高焊缝韧性的同时提高强度，此外还能提高耐蚀性以及降低脆性转变温度，大大提高焊缝金属和接头的抗裂性，这一点在高强工程机械材料安全上显得十分关键。
氟化锶的添加主要作用一方面是与H结合，生成HF溢出，进一步降低焊缝中的扩散氢，此外生成的锶的氧化物还能调节焊渣熔点，去除焊缝表面残渣，同时锶的氧化物也能部分进入焊缝形成弥散分布的较大值点和更小配合，进一步强化焊缝，提高低温冲击韧性。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝具有高强高韧性等优良的综合力学性能，其抗拉强度≥780MPa，屈服强度≥670MPa，-50℃冲击功≥60J。
(2)本发明提供的这种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝通过控制Ba、Nb、Zr及少量稀土等微合金的添加具有优良的低温冲击韧性和抗裂性，非常适合在工程机械领域应用。
(3)本发明提供的这种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝的扩散氢含量低，抗裂性能好，采用无缝镀铜设计，通过添加含F去H成分，具有超低氢特点，扩散氢可达3ml/100g以下，通过铌锆合金的添加降低脆性转变温度，大大提高焊丝抗裂性，并且无缝镀铜设计也延长的储存时间，防止生锈。
(4)本发明提供的这种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝将药粉的各组分粉料颗粒度控制在80～120目之间，提高焊接的熔化速度，焊接速度比普通金属粉型埋弧焊丝提高30％以上，比普通实心焊丝效率提高数倍，大大提高了焊接效率。
具体实施方式
下面对本发明实施例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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝，包括钢带以及填充于钢带内的药粉，所述药粉的组分及各组分占药粉质量百分比如下：碳化硅0.9～1.4％，锰铁5～8％，硅钡合金0.4～0.8％，镍粉5～10％，铬铁0～4％，钼粉1～3％，铌锆合金0.1～0.2％，氟化锶0.1～0.3％，余量为铁粉。
根据钢带的厚度和宽度情况，确定合适的药粉填充率，本发明的金属粉芯型埋弧焊丝的药粉填充率为25～35％，钢带采用普通低碳钢钢带，S、P含量控制在0.015％以下，Mn控制在0.2～0.35％之间。
优选的，将所述药粉的各组分粒度控制在80～120目之间，以提高焊接的熔化速度，提高焊接效率，同时在350～400℃排潮2小时，降低水分含量。
本发明中金属粉芯型埋弧焊丝采用无缝镀铜工艺生产制造，通过在线激光焊接工艺合缝，焊丝下线后通过镀线镀铜，镀层厚度在0.18～0.30μm之间；其中，在线激光焊接工艺合缝以及镀线镀铜工艺过程为现有技术，其具体操作过程此处不再赘述。通过该工艺过程制成直径为2.0mm或2.5mm的金属粉芯型埋弧焊丝，且其直径偏差控制在-0.04～0.01mm之间。
具体的，该金属粉芯型埋弧焊丝的焊接方法：将金属粉芯型埋弧焊丝配合氟碱型烧结焊剂使用，氟碱型烧结焊剂的碱度范围在1.8～2.5之间，烧结温度在880℃以上；同时，金属粉芯型埋弧焊丝直径为2.0mm和2.5mm的焊接电流分别为400～550A和450～600A，焊接电压28～36V，焊接速度300～400mm/min。
下面通过具体实施例说明金属粉芯型埋弧焊丝的性能，表1为金属粉芯型埋弧焊丝的配方，表2为对实施例1～5制成的金属粉芯型埋弧焊丝产品进行熔敷金属实验所得力学性能结果。
表1：金属粉芯型埋弧焊丝配方(质量百分比％)
Figure BDA0003420065920000051
Figure BDA0003420065920000061
表2：熔敷金属力学性能
Figure BDA0003420065920000062
由表1和表2所示实施例的熔敷金属力学性能可以得出：本发明的金属粉芯型埋弧焊丝的抗拉强度≥780MPa，屈服强度≥670MPa，-50℃冲击功≥60J。
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 (10)

1.一种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝，包括钢带以及填充于钢带内的药粉，其特征在于，所述药粉的组分及各组分占药粉质量百分比如下：碳化硅0.9～1.4％，锰铁5～8％，硅钡合金0.4～0.8％，镍粉5～10％，铬铁0～4％，钼粉1～3％，铌锆合金0.1～0.2％，氟化锶0.1～0.3％，余量为铁粉。
2.如权利要求1所述的一种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝，其特征在于，所述钢带采用低碳钢钢带，S、P含量控制在0.015％以下，Mn控制在0.2～0.35％。
3.如权利要求1所述的一种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝，其特征在于，所述药粉填充率为25～35％。
4.如权利要求1所述的一种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝，其特征在于，所述药粉的各组分粒度为80～120目，且在350～400℃排潮2小时。
5.如权利要求1所述的一种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝，其特征在于，所述药粉中Mn元素与Ni元素的百分含量之积为(1.8～3)×10-4。
6.如权利要求1所述的一种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝，其特征在于，所述药粉的组分及各组分占药粉质量百分比如下：碳化硅1％，锰铁7％，硅钡合金0.5％，镍粉6％，铬铁2％，钼粉1％，铌锆合金0.1％，氟化锶0.15％，余量为铁粉。
7.如权利要求1所述的一种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝，其特征在于，该金属粉芯型埋弧焊丝采用无缝镀铜工艺生产制造，通过在线激光焊接工艺合缝，焊丝下线后通过镀线镀铜，镀层厚度在0.18～0.30μm之间。
8.如权利要求1所述的一种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝，其特征在于，该金属粉芯型埋弧焊丝直径为2.0mm或2.5mm，且其直径偏差控制在-0.04～0.01mm之间。
9.如权利要求1～8任一项所述的一种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝的应用，其特征在于，在焊接时，将该金属粉芯型埋弧焊丝配合氟碱型烧结焊剂使用，氟碱型烧结焊剂的碱度范围在1.8～2.5之间，烧结温度在880℃以上。
10.如权利要求9所述的一种工程机械用高强抗裂金属粉芯型埋弧焊丝的应用，其特征在于，所述金属粉芯型埋弧焊丝直径为2.0mm和2.5mm的焊接电流分别为400～550A和450～600A，焊接速度300～400mm/min。
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