CN1321562A - 掺入耐锌底漆与低温气体保护电弧焊接用金属的焊丝 - Google Patents

掺入耐锌底漆与低温气体保护电弧焊接用金属的焊丝 Download PDF

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Abstract

本发明关于掺入耐锌底漆性能和低温冲击韧性优异的空气保护电弧焊接用金属的焊丝,本发明焊接用金属的焊丝的特点是:焊接为防锈涂布锌底漆的钢材时,为了抑制由锌底漆所产生的焊接疵点,提高焊接部低温冲击性,将占焊丝总重量2－10的形成3种成份焊渣的TiO2+SiO2+Al2O3氧化物、0.1－1.0金属氟化物(CaF2、NaF、K2SiF6、Na2SiF6、KF中至少一种以上)、0.1－0.25%金属Ti、0.002－0.008金属B、5－20%含有其它成份铁质和脱氧剂及电弧稳定剂的金属焊剂充填入碳钢外皮内。

Description

掺入耐锌底漆与低温气体保护电弧焊接用金属的焊丝
本发明是关于涉及一种掺入耐锌底漆性能和低温冲击性优异的焊接用焊丝，更详细的是关于在焊接为了防锈涂布锌底漆(primer)的钢材时，抑制由锌底漆产生的焊接烟雾为起因的焊接疵点，掺入能提高焊接部低温冲击性的耐锌底漆性能和低温冲击韧性优异的空气保护电弧焊接用金属的焊丝。
目前，广泛用于造船、桥梁、钢架等大型构造物的钢材，因其尺寸大、壁厚而且形状多种多样，通过电镀锌和热浸镀锌等镀锌工程的镀锌钢材大多数情况下不可能大量生产，制作构造物花费大量时间，钢材的防锈比什么都重要。因此，大多数情况下在用于上述构造物的钢材表面，涂布10-100um含有防锈性能优异的锌粉的无机锌底漆，构造物制作完了之后就能防止生锈。另外，作为用于上述的各种大型构造物的涂布锌底漆钢材的焊接方法，最近为了使焊接作业效率化、省力化，主要使用空气保护电弧焊接(gas shielded arc welding)法，掺入用于空气保护电弧焊接法的焊接媒介物焊剂的焊丝(flux cored wired管状焊丝)，因焊剂作业性良好、电弧稳定性佳，不仅飞溅物(spatter)少，而且可以获得均一的焊蚕(bead)形状，掺入焊剂的焊丝使用量也同样有缓慢增加的势头。但是，掺入焊剂的焊丝用于涂布锌底漆的钢材时，由于含有底漆的锌粉挥发所产生的锌蒸发气体导致发生凹痕(pit)和砂眼(blow hole)等焊接部疵点，尤其是这种焊接部疵点对于如造船和桥梁这些焊接物低温冲击特性最重要的构造物来说，有焊接部本身物理特性更被恶化的问题。
为了解决上述问题，建议掺入上述焊剂的焊丝的充填焊剂配合添加充分的脱氧合金剂，或使用氧化钙系充填焊剂的方法。但是，上述的方法等有由于焊渣覆盖性和焊蚕形状不良，或由于焊剂含有大量硷性物质产生过多飞溅，不仅使焊接作业性降低、焊蚕形状不良，而且使焊蚕膨胀系数降低，使低温冲击韧性恶化的问题。
本发明需要解决的课题是将焊接时生成的焊渣性状最佳化，焊接时发生的焊接气体或焊接烟雾迅速向焊接部外部排放，防止产生焊接部疵点，调节残留在焊接部内的扩散性氢的量，使低温冲击韧性提高，掺入获得良好作业性的金属(metal)系焊丝(以下称“掺入金属的焊丝”)。
本发明的目的是提供一种可以通过形成3种成份焊渣的TiO、SiO、AlO，一种以上金属氟化物，金属Ti，金属B为主要成份的合金焊剂子的掺入耐锌底漆性能与低温冲击韧性优异的气体保护电弧焊接用金属的焊丝。
本发明的目的即掺入耐锌底漆性能和低温冲击韧性好的空气保护电弧焊剂用金属的焊丝是这样实现的：其特征是将占钢丝总重量2-10％形成3种成份熔渣、稳定的TiO2+SiO2+AL2O3氧化物、0.1-1.0％金属氟化物、0.1-0.25％金属Ti、0.002-0.008％金属B混合起来，而余量为焊剂则充填在碳钢制外皮内。
本发明的金属氟化物是指CaF2、NaF、K2SiF6、Na2SiF6、KF中的至少一种以上成份。
构成本发明的掺入金属的焊丝的上述重要焊剂成份等的作用如下。
TiO2是焊渣生成剂，是使焊渣覆盖性和剥离性及电弧稳定性提高发挥作用的成份，至少含有焊丝总重量的3％以上最好，但如果过多含有超过5％，则因电弧增宽，焊透度浅，使产生凹痕样焊接疵点增加，必须加以注意。
下面将通过附图对本发明作进一步说明
图1是本发明的含有焊剂的焊渣形成剂含量与凹痕发生数之间关系的图像。
图2是本发明的扩散性氢量与冲击吸收能量之间关系的图像。
SiO2是代表性的焊渣生成剂，也能代替上述TiO2的一部分，也是完成任务的成份，使焊渣流动性好，改善焊渣剥离性；但如果含量过多，相反地不仅焊渣剥离性差，而且使飞溅发生量和焊接烟雾大量发生，焊接作业性降低增加焊接不良。图1是对于焊丝总重量来说伴随TiO2+SiO2+AL2O3含量的焊接疵点，表示呈现凹痕发生倾向的曲线，可以清楚看到上述TiO2+SiO2+AL2O3含量达到10％水平，维持一定凹痕发生数，超过10％后开始增加，超过40％后急遽上升。
AL2O3调节焊渣流动性，具有改善焊蚕形状的作用，如果含有焊丝总重量的1.5％以上，焊渣硬化、剥离性下降。另外，由于在焊缝金属中残留非金属夹杂物，使低温韧性下降。因此，TiO2和SiO2一起其总重量是焊丝总重量的10％以下，可适当调节。
金属氟化物具有协助去除存在于钢水及熔化焊渣中氢的作用，特别是在酸性范围，可使焊渣粘性下降，发挥非常优良的脱氢效果。因此，添加的金属氟化物可以非常有效地抑制焊接部扩散性氢量增加，由于提高焊接部耐裂性和耐气泡性，从而焊接部韧性提高。
图2清楚显示由残留在焊缝金属中扩散性氢量所致焊接部吸收能量变化曲线，扩散性氢越增加，焊缝金属冲击吸收能量越急遽减少，即韧性降低。
为了使金属氟化物出现效果，必须添加占焊丝总重量0.1％以上至少一种以上金属氟化物，如果超过1.0％，焊渣粘性急速下降，焊蚕形状不良，飞溅及焊接烟雾产生量增加。
Ti是为了获得脱氢及脱氧效果之物，不足焊丝总重量0.1％，对于焊缝金属来说因脱氧能力不足，促进B氧化消耗，降低由B所产生的焊缝金属硬化效果，由于金属组织粗大化，低温韧性下降，如果超过0.25％焊缝金属中的Ti量增加，随着强度上升韧性降低，对裂缝敏感。
B是为改善低温韧性成份，不足焊丝总重量0.002％，完全没有这种效果；如果超过0.008％，焊缝金属硬化，韧性急剧降低，还成为引起焊接部高温裂缝产生原因。
除上述重要成份外，作为脱氧剂添加的Fe-Mn，作为Mn达到73-8wt％的Fe-Mn进行添加，Mn量最好不超过焊丝总重量的5％。其原因是如果Mn量超过5％，焊缝金属硬化、脆化，韧性降低，易发生裂纹。另外，作为金属Si或Fe-Si添加的Si脱氧剂，最好不超过焊丝总重量的3％。其原因是如果超过3％，低温冲击韧性降低。
掺入本发明焊接金属的焊丝，在上述成份范围内调节焊渣形成及稳定剂的量和组成量，通过顺利排放焊接时产生的焊接烟雾，即使在焊接涂布无机锌底漆的钢材时，不仅可以最大限度一种凹痕和气泡等焊接疵点发生，还可通过调节金属Ti和B及金属氟化物含量改善低温冲击值及焊接作业性，由于造船和桥梁等大型构造物焊接性提高，有改善品质和缩短工期及降低成本的效果。
下面将通过实施例对本发明的掺入上述成份和含量所组成的本发明合金焊丝成份构成和具有焊接特性等事项进行详细说明，以便明确理解。
掺入本发明合金的焊丝实施例和对照例的焊剂成份构成如下列表1所示。
【表1】
分类                                焊剂组成(占焊丝总重量比 铁质
       电弧稳定剂及焊渣生成剂          金属氟化物             脱氧剂
TiO2  SiO2 Al2O3 Na2SiO3 K2SiF6 Na2SiF6 NaF  CaF  Mn  Si  Ti  B
发明例     1  4.2  1.2  0.8 0.3  0.15  0.1  0.3  0.0  2.2  1.2  0.3  0.003 残部
    2  4.2  1.2  0.3 0.1  0  0.1  0.3  0.0  2.2  1.2  0.3  0.003 残部
    3  3.5  1.2  0.6 0.1  0.1  0.0  0.2  0.0  2.2  1.2  0.2  0.004 残部
    4  4.2  1.2  0.6 0.1  0.1  0.0  0.2  0.0  2.2  1.2  0.2  0.004 残部
    5  3.5  1.2  0.8 0.0  0.1  0.1  0.2  0.0  2.2  1.2  0.2  0.004 残部
    6  3.0  0.8  0.8 0.4  0.1  0.0  0.2  0.0  2.2  1.2  0.2  0.004 残部
    7  2.0  1.2  0.3 0.4  0  0.2  0.2  0.2  2.2  1.2  0.2  0.003 残部
    8  2.0  1.2  0.6 0.2  0  0.2  0.2  0.0  2.2  1.2  0.2  0.004 残部
对照例   9  3.0  0.8  0.3  0.2   0    0.2    0.2    0.0    2.2    1.2     0.4     0.004 残部
  10  2.0  1.2  0.3  0.2   0.2    0.2    0.2    0.0    2.2    1.2     0.2     0.010 残部
  11  7.0  1.2  0.8  0.0   0    0.2    0.2    0.2    2.2    1.2     0.2     0.006 残部
  12  6.2  2.0  0.8  0.0   0    0.2    0.2    0.0    2.2    1.2     0.2     0.006 残部
  13  5.6  2.2  0.8  0.1   0    0.1    0.2    0.0    2.2    1.2     0.2     0.009 残部
使用上述表1焊丝以表2条件进行焊接试验，对焊接试片的性能评价结果如表3所示。
【表2】
焊接电流  焊接电压 焊接速度 屏蔽气体 母材 焊接方法 锌底漆涂布厚度
280A 31V 70cm/分 80％Ar+20％CO2气体、201/分 50kgf/mm2级高張力钢、20t×500mmL 水平スミ肉(fillet)焊接 50～100μm
【表3】
分类 耐锌底漆性能 焊接作业性能 低温冲击性(-30℃/J) 综合判定
发明例   1     ○     ○     ×     ×
  2     ○     ○     ×     ×
  3     ○     ○     ○     ○
  4     ○     ○     ○     ○
  5     ○     ○     ○     ○
  6     ○     ○     ○     ○
  7     ○     ×     ○     ○
  8     ○     ×     ○     ○
对照例     9     ○     ×     ×     ×
    10     ○     ×     ×     ×
    11     ×     ○     ×     ×
    12     ×     ○     ×     ×
    13     ×     ○     ○     ×
*为冲击试验焊接试片，按照JIS Z3133实施，试片使用JIS Z3111的4号试片。
*耐锌底漆性能，在焊接长度500mm内发生的凹痕个数在3个以上时判为不良。
*低温冲击特性，将在-30℃40J oule以下时判为不合格。
*将评价项目中有一种以上判定不良时判为不合格。
如上述表1和3中所了解那样，焊渣形成及稳定剂中TiO2含量至少必须含有焊丝总重量的3％以上，但如果超过5％(对照例11、12、13)，耐锌底漆性能下降；如果超过6％(对照例11、12)，焊透度减低，而且也给低温冲击性带来恶劣影响，不足3％时(实施例7、8、对照例10)，焊渣形成与稳定性不足，焊接作业性下降。另外，上述对照例10，含有过多金属B，低温冲击值也不良，对照例9TiO2含量适当，耐锌底漆性能良好；但金属Ti过度在使低温冲击值不良上，也给焊渣稳定性带来不良影响，使焊接作业性下降。上述对照例9与实施例1和2，金属Ti含量超过是超过规定范围，但因比对照例9少，不妨碍焊接作业性，仅低温冲击值降低。
本发明正如以上说明的那样，通过调节组成焊渣形成及稳定剂的量，使发生在焊接时的焊接烟雾顺利排出，焊接涂布无机锌底漆的钢材时，还可最大限度抑制凹痕和气泡等焊接疵点的发生，由于确保低温冲击值及焊接作业性，大型构造物焊接性提高，希望改善品质和缩短工期及降低成本。

Claims (3)

1、一种掺入耐锌底漆与低温气体保护电弧焊接用金属的焊丝，其特征是将占钢丝总重量2-10％形成3种成份熔渣、稳定的TiO2+SiO2+AL2O3氧化物、0.1-1.0％金属氟化物、0.1-0.25％金属Ti、0.002-0.008％金属B混合起来，而余量为焊剂则充填在碳钢制外皮内。
2、根据权利要求1所述的电弧焊接用金属的焊丝，其特征是金属氟化物是指CaF2、NaF、K2SiF6、Na2SiF6、KF中的至少一种以上成份。
3、根据权利要求1所述的电弧焊接用金属的焊丝，其特征是余量的焊剂是指占5-20％的其它成份铁质和脱氧剂及电弧稳定剂的金属焊剂，以焊丝总重量10-25％充填于碳钢制外皮内。
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