CN1850420B - 表面覆层熔化极气体保护焊焊丝 - Google Patents

表面覆层熔化极气体保护焊焊丝 Download PDF

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Abstract

本发明属于熔化极气体保护焊焊接技术。提出的表面覆层熔化极气体保护焊焊丝的表面覆层由MgO、CaO、SrO、BaO中至少一种碱金属氧化物，和稀土铈氧化物组成，余为其它来自焊丝基体的金属氧化物，覆层中碱金属氧化物与稀土铈氧化物的重量比为20～5∶1。本发明所提出的表面覆层熔化极气体保护焊焊丝，使该焊丝配合纯氩MIG焊接，可解决一般钢焊丝Ar MIG焊接电弧不稳无法应用的问题，也可解决钢的MAG气体保护焊接焊缝纯净度不高，易出现未熔合的问题，使其焊接质量等同于TIG焊接，焊接效率等同于MAG焊接。

Description

表面覆层熔化极气体保护焊焊丝
技术领域
本发明属于熔化极气体保护焊焊接技术，主要涉及一种表面覆层熔化极气体保护焊焊丝。
背景技术
高强度钢的气体保护焊接可采用熔化极活性气体保护焊(MAG)和钨极氩弧焊。钨极氩弧焊的特点是焊缝质量高、扩散氢含量极低，由于焊接效率低下，在高强钢焊接方面的应用有限；熔化极活性气体保护焊(MAG)保护气中含有少量具有一定氧化性的活性气体组份，可降低熔滴及熔池的表面张力，改善了焊接工艺性，目前已成为高强度钢气体保护焊接的主要焊接形式。熔化极纯惰性气体保护焊(MIG)和MAG相比，由于纯氩气体纯度极高，可获得极低焊缝扩散氢和氧含量的焊缝金属，但制约于MIG焊焊接工艺性差(电弧不稳、熔池流动性差导致的对气孔敏感、易产生熔合不良)的原因，MIG焊未在在高强钢焊接方面得到应用。可见对钢焊丝纯氩MIG焊的改进研究具有其潜在的优势。
随着高强度钢强度级别达到1000MPa以上，焊缝韧性对焊缝金属的氧含量极为敏感，焊接接头的抗氢致裂纹敏感性对焊缝金属氢含量极为敏感，同时新型抗裂性良好的超低碳高强度钢贝氏体焊材的焊缝韧性强烈依赖于焊缝氧含量的事实，使得开发新型的低氧、高效的气保焊焊接方法的任务较为紧迫。热丝TIG属于此类新的焊接方法之一，但也仅使其焊接效率提高为TIG焊的4倍，且焊接成本昂贵，并不能完全满足高效焊接的需要。采用改进型的纯氩MIG焊进行高强度钢的焊接是最简单有效的方法。
高强度钢MAG气体保护焊接多使用Ar+5～20％CO2或使用Ar+1～2％O2的混合气作为保护气，采用混合气一个明显的缺点是：1)气体纯度难以和纯氩相比，其含水量及杂质含量高，额外的提纯措施使气体成本成倍增加。2)另一个使用活性气体的缺点是使用CO2或O2在焊接改善工艺性的同时，焊缝韧性急剧下降，原因在于对于以贝氏体和回火马氏体组织为主的高强度焊缝氧元素无法改善韧性。3)MAG焊使用气体总能一定程度氧化母材和已焊焊缝表面，造成焊缝金属的润湿性下降，一旦焊缝液体流溢到这些氧化表面，极易造成未熔合的焊接缺陷。
发明内容
本发明的目的即是提出一种表面覆层熔化极气体保护焊焊丝，使该焊丝配合纯氩MIG焊接，可解决一般钢焊丝Ar MIG焊接电弧不稳无法应用的问题，也可解决钢的MAG气体保护焊接焊缝纯净度不高，易出现未熔合的问题，使其焊接质量等同于TIG焊接，焊接效率等同于MAG焊接。
本发明所提出的熔化极气体保护焊焊丝表面覆层的组份为：由MgO、CaO、SrO、BaO中至少一种碱金属氧化物，和稀土铈氧化物组成，余为其它金属氧化物；覆层中碱金属氧化物与稀土铈氧化物的重量比为20～5∶1，这是因为适量的稀土氧化物是保持涂层的致密性和抗脱落性所必须的，但过多会使涂层的光洁度下降，这些金属化合物的组合在处理后成为复合体系覆层，该覆层具有良好的粘接性和光洁度，具有在总使用量极少时仍具有充分改善纯氩MIG焊电弧特性的特点：本发明所提出的熔化极气体保护焊焊丝表面覆层的厚度为0.3～1.2μm，优选厚度为0.4～1.0μm，之所以选择该厚度范围是因为下列两个因素平衡的结果：一方面改善纯氩MIG焊电弧特性要求有足量的覆层量(厚度)提供稳弧物质，并且确保足量覆层分解后具有压缩电弧功能，另一方面适应送丝过程要求覆层必须具有良好的粘接性和光洁度，要求其厚度尽可能的薄。
本发明所提出的熔化极气体保护焊焊丝表面覆层的获得是将预先配制好的涂覆液在焊丝表面挂涂预制覆层，而后通过对表面挂涂预制覆层的焊丝进行再处理(例如，幅照处理，热处理等)，从而在焊丝表面获得不含无机物的碱土金属及稀土氧化物覆层。覆层中的金属氧化物(除碱金属氧化物、稀土铈氧化物)是在此过程中预制覆层氧化部分焊丝基体生成的主要以FeO为主的金属氧化物。
该覆层具备牢固、光滑的特性以适应送丝过程，进一步的精拔可使该覆层更加光滑。
本发明中的焊丝纯氩MIG焊接具有以下特点：1)采用纯氩为保护气体，气体纯度高，为获得高纯净度焊缝提供基础。2)依靠焊丝表面含碱土金属和稀土氧化物的覆层，直接向熔滴提供活性物质或靠其分解吸热压缩电弧，改善熔滴过渡特性，获得几乎无飞溅、焊缝成形好的的射流过渡焊接形式，在Ar弧电弧气氛下，弧柱区及阴极熔池区的微量氧又因发生AOD(argon-oxygendecarburization)冶金反应而耗散，最终又可获得低氧含量的焊缝金属，同时可使覆层物质部分还原，具有向焊缝金属过渡ppm级超微合金化元素优化焊缝组织的能力。3)覆层焊丝MIG焊电弧中的氧主要存在于需要氧的部位-熔滴，并由熔滴将氧带入熔池改善熔池的流动性，而熔池及其边缘的母材基本未受到保护气体的氧化影响，造成熔池及其边缘的母材受到十分强烈的阴极雾化作用以提供足量的电子流，强烈的阴极雾化作用去除了即将熔合区域所有存在的氧化膜，使母材的润湿性良好，焊缝与母材的熔合质量很高。4)覆层表面处理的气体保护焊焊丝表面膜具有优良的抗锈蚀能力，可代替一般的镀铜表面处理。
本发明所涉及的覆层表面处理的气体保护焊焊丝配合纯氩MIG焊接，焊接质量等同于TIG焊接，保持MAG焊接的高效性，可充分适用于高强钢的高质量焊接。
具体实施方式
实施例：
作为实施例的某高强度焊丝，其化学成分见表1，其主要元素化学成份(重量比)为：C 0.05～0.08％、Mn 1.6～2.5％、Si 0.30～0.50％、Cr 0.5～1.2％、Mo 0.5～1.1％、Ni 2.5～3.5％、Ti 0.010～0.060％，余量为铁。
本发明熔化极气体保护焊焊丝表面覆层的获得是将预先配制好的涂覆液在焊丝表面挂涂预制覆层，而后通过对表面挂涂预制覆层的焊丝进行再处理(例如幅照处理，热处理等)，从而在焊丝表面获得厚度为0.3～1.2μm、优选为0.4～1.0μm的覆层，获得到成品焊丝。作为实施例的某高强度焊丝覆层成分见表2。该焊丝配合纯氩MIG焊接熔敷金属过程、取样过程按照国家标准GB/T14958(气体保护焊用钢丝)的规定进行实施。本发明实施例的焊接条件如下：焊接电流200～260A，电弧电压27～31V，焊接速度17～20cm/min，道间温度130～150°C。熔敷金属扩散氢含量测试按照国家标准GB/T3695进行，熔敷金属的力学性能、氧含量、扩散氢含量见表3。
表1实施列焊丝化学成分(wt％)
  编号   C％   Mn％   Si％   Cr％   Mo％   Ni％   Ti
  1   0.05   2.1   0.30   0.50   0.5   2.5   0.010
  2   0.06   1.85   0.42   0.60   0.60   2.6   0.020
  3   0.07   1.9   0.48   0.70   0.68   2.8   0.030
  4   0.07   2.1   0.44   0.91   0.88   3.0   0.050
5 0.06 2.3 0.33 1.03 0.90 3.2 0.040
  6   0.05   2.2   0.38   1.1   0.77   3.3   0.050
  7   0.08   1.5   0.50   1.2   1.0   3.5   0.060
  8   0.08   1.7   0.44   0.55   1.1   3.2   0.040
表2实施列焊丝表面覆层成分(wt％)及厚度
编号 MgO CaO SrO BaO CeO<sub>2</sub>  FeO等来自焊丝基体的氧化物   表面覆层厚度nm
  1a   15   0   0   0   0.75   余   400
  1b   15   0   0   0   1.4   余   800
  1c   15   0   0   0   3   余   1200
  2a   0   18   0   0   0.9   余   300
  2b   0   18   0   0   1.2   余   600
  2c   0   18   0   0   3.5   余   950
  3a   0   0   20   0   1.1   余   460
编号 MgO CaO SrO BaO CeO<sub>2</sub>  FeO等来自焊丝基体的氧化物   表面覆层厚度nm
  3b   0   0   20   0   2.8   余   760
  3c   0   0   20   0   4   余   910
  4a   0   0   0   25   4.9   余   340
  4b   0   0   0   25   2.6   余   560
  4c   0   0   0   25   1.3   余   1000
  5a   70   0   0   0   3.5   余   410
  5b   70   0   0   0   8   余   650
  5c   70   0   0   0   14   余   1200
  6a   0   80   0   0   4   余   380
  6b   0   80   0   0   9.8   余   630
  6c   0   80   0   0   16   余   980
  7a   0   0   66   0   3.4   余   300
  7b   0   0   66   0   7.6   余   1020
  7c   0   0   66   0   13   余   670
  8a   0   0   0   76   3.8   余   1200
  8b   0   0   0   76   10   余   720
  8c   0   0   0   76   15   余   350
  9a   5   10   2   3   1   余   360
  9b   5   10   2   3   2.9   余   760
  9c   5   10   2   3   4   余   1200
  10a   1   5   13   1   1   余   390
编号 MgO CaO SrO BaO CeO<sub>2</sub>  FeO等来自焊丝基体的氧化物   表面覆层厚度nm
  10b   1   5   13   1   2.3   余   1000
  10c   1   5   13   1   3.8   余   710
  11a   2   3   2   13   1.2   余   1100
  11b   2   3   2   13   2.6   余   550
  11c   2   3   2   13   3.9   余   290
  12a   11   4   2   3   3.8   余   430
  12b   11   4   2   3   2.4   余   690
  12c   11   4   2   3   1.1   余   1150
  13a   5   50   5   15   15   余   1200
  13b   5   50   5   15   9.2   余   630
  13c   5   50   5   15   3.8   余   380
  14a   7   6   60   7   4   余   420
  14b   7   6   60   7   10   余   710
  14c   7   6   60   7   16   余   990
  15a   3   7   5   55   3.5   余   1100
  15b   3   7   5   55   8.6   余   710
  15c   3   7   5   55   14   余   410
  16a   40   10   5   10   3.3   余   730
  16b   40   10   5   10   8.1   余   1200
  16c   40   10   5   10   13   余   380
  17a   3   8   5   4   1   余   380
编号 MgO CaO SrO BaO CeO<sub>2</sub>  FeO等来自焊丝基体的氧化物   表面覆层厚度nm
  17b   3   8   5   4   2.5   余   720
  17c   3   8   5   4   4   余   1150
  18a   10   40   15   15   4   余   1050
  18b   10   40   15   15   10   余   750
  18c   10   40   15   15   16   余   420
表3实施列中的表面覆层焊丝纯氩MIG焊接熔敷金属的性能、扩散氢含量及氧含量
Figure G2006100177187D00081

Claims (4)

1.一种表面覆层熔化极气体保护焊焊丝，其特征是：焊丝的表面覆层由MgO、CaO、SrO、BaO中至少一种碱金属氧化物，和稀土铈氧化物组成，余为其它来自焊丝基体的金属氧化物，覆层中碱金属氧化物与稀土铈氧化物的重量比为20～5∶1。
2.根据权利要求1所述的表面覆层熔化极气体保护焊焊丝，其特征是：所述的焊丝覆层厚度为0.3～1.2μm。
3.根据权利要求1所述的表面覆层熔化极气体保护焊焊丝，其特征是：所述的焊丝覆层厚度为0.4～1.0μm。
4.根据权利要求1或2或3所述的表面覆层熔化极气体保护焊焊丝，其特征是：所述焊丝基体的主要元素化学成份(重量比)为：C 0.05～0.08％、Mn1.6～2.5％、Si 0.30～0.50％、Cr 0.5～1.2％、Mo 0.5～1.1％、Ni 2.5～3.5％、Ti 0.010～0.060％，余量为铁。
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