專利名稱：用于高強(qiáng)度鋼的氣體保護(hù)電弧焊的填充焊劑的焊絲的制作方法
專利說明用于高強(qiáng)度鋼的氣體保護(hù)電弧焊的填充焊劑的焊絲 本發(fā)明是關(guān)于用于80kgf/mm2級(jí)高強(qiáng)度鋼的氣體保護(hù)電弧焊的填充焊劑焊絲的發(fā)明，具體地說是關(guān)于采用填充二氧化鈦系焊劑的方法，來改善操作性和低溫韌性的80kgf/mm2級(jí)高強(qiáng)度鋼的氣體保護(hù)電弧焊的填充焊劑焊絲的發(fā)明。此前用于高強(qiáng)度鋼板的填充焊劑焊絲幾乎都是60～70kgf/mm2級(jí)，特別是難以在保持高強(qiáng)度的同時(shí)保持良好的延伸率和低溫韌性。因此為了使高強(qiáng)度、延伸率、低溫韌性都滿足，使用包覆焊藥的焊條，或使用以填充堿性系焊劑焊絲為主?？墒前埠杆幍暮笚l和填充堿性系焊劑焊絲存在有其使用部位受到限制，以及操作性差等很多問題。
另一方面代替填充堿性系焊劑焊絲，添加的TiO2與其他氧化物一起形成熔渣，有時(shí)會(huì)覆蓋焊道表面，結(jié)果會(huì)有一部分以非金屬夾雜物形式存在于焊接金屬內(nèi)，或增加焊接金屬的氧含量，存在有使焊接金屬的韌性降低的問題。鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種操作性好，具有80kgf/mm2級(jí)以上的高的抗拉強(qiáng)度，而且低溫沖擊韌性優(yōu)良的、用于高強(qiáng)度鋼的氣體保護(hù)電弧焊的填充焊劑焊絲。
達(dá)到本發(fā)明的上述目的采用的方法是氣體保護(hù)電弧焊的填充焊劑焊絲的焊劑組成的化學(xué)成分，相對(duì)于焊絲的總重，具有脫氧劑功能的金屬和鐵合金成分中的Si、Mg、Al三種成分之和為0.5～1.5％、含Mn 1.5～2.7％、Mn對(duì)(Mg+Al)的比值，即Mn/(Mg+Al)為3.5～5.0％，作為熔渣形成劑，含有TiO2為2.5～9.0％和SiO2為0.5～2.0％，添加從Cr、Ni、Mo和Nb中任選兩種以上成分的和為1.0～2.5％。采用本發(fā)明可以提供操作性好、具有80kgf/mm2級(jí)以上的高的抗拉強(qiáng)度，而且在0℃具有27J以上的V型缺口夏比沖擊特性的填充焊劑焊絲。
為了具有這樣的特性，需要把焊接金屬的組織進(jìn)一步細(xì)化，為此不僅僅是調(diào)整在內(nèi)部填充焊劑的成分，而且也要適當(dāng)調(diào)整組成的比例。
本發(fā)明不是使用堿性系焊劑，而是使用了二氧化鈦系焊劑，適當(dāng)使用Ti或氧化物的TiO2和Si和氧化物的SiO2，為了防止非金屬夾雜物殘留在熔融金屬內(nèi)，把與脫氧劑相關(guān)的金屬錳、金屬硅或它的鐵合金與含Mg、Al的合金或金屬一起使用。
此外還含有作為附加成分的合金材料，以保持良好的抗拉強(qiáng)度和韌性。
下面說明構(gòu)成本發(fā)明必要因素的焊劑成分的各種功能和數(shù)值限定的原因。
首先說明必須滿足焊劑中Si、Mg、Al三種成分之和占焊絲總重0.5～1.5％的原因。
焊接過程中，要通過去除焊接金屬內(nèi)的雜質(zhì)和氧、氮、氫等氣體，獲得良好的焊接部位必須使用脫氧劑，現(xiàn)有具有這種功能的脫氧劑主要使用Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Ti等。
可是使用這樣的脫氧劑能達(dá)到一定程度脫氧的目的，但存在有不利于對(duì)焊接性能中電弧的穩(wěn)定性和熔滴移動(dòng)進(jìn)行大的調(diào)整的問題。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)含Mg、Al等的金屬粉末或合金材料的脫氧劑中Si、Mg、Al三種成分之和占焊絲總重0.5～1.5％的話，可以在保持脫氧功能的同時(shí)，使電弧穩(wěn)定、熔滴移動(dòng)微細(xì)。
可是上述Si、Mg、Al三種成分之和占焊絲總重不足0.5％的話，不僅不能滿足作為脫氧劑的功能，而且電弧變得不穩(wěn)定，會(huì)出現(xiàn)在焊接金屬內(nèi)產(chǎn)生氣孔缺陷的問題，熔滴移動(dòng)中熔滴顆粒也變大，有崩爆的現(xiàn)象，此外熔渣的包覆性惡化，形成焊接的焊道外觀不良，因此Si、Mg、Al三種成分之和必須占焊絲總重0.5～1.5％。
Mn能起到促進(jìn)焊接金屬脫氧作用的同時(shí)，還具有提高焊接金屬韌性和強(qiáng)度的作用。
Mn含量占焊絲總重在1.5％以下的話，不能充分確保期望的強(qiáng)度和韌性，超過2.7％的話，不僅會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度過高、韌性降低的結(jié)果，而且在操作中也會(huì)產(chǎn)生增加焊接煙塵量的問題。
因此希望Mn含量占焊絲總重的1.5～2.7％。
另一方面Mn除了金屬M(fèi)n以外，還可以以Fe-Mn、Fe-Si-Mn等的Mn合金的形式加入，此時(shí)要換算成Mn含量。
Mg和Al能調(diào)節(jié)仰焊中焊接金屬的凝固速度，起到使焊道性質(zhì)均勻的作用。
具有這樣功能的Mg和Al在焊劑中的含量，在焊絲總重?fù)Q算成Mg+Al后，用上述Mn與它的比值表示時(shí)(也就是Mn/(Mg+Al))，希望此值為3.5～5.0。
如果Mn/(Mg+Al)小于3.5，由于調(diào)節(jié)凝固的功能強(qiáng)，不能得到均勻的焊道，如果超過5.0的話，由于調(diào)整凝固的功能弱，相反不僅會(huì)產(chǎn)生焊道偏斜的現(xiàn)象，而且會(huì)增加噴濺和煙塵的生成量。
因此Mn/(Mg+Al)的值希望為3.5～5.0。
添加的Mg和Al可以是金屬粉末，也可以以Fe-Al、Mg-Al合金的形式加入，此時(shí)要分別換算成Mg和Al的含量。
TiO2和SiO2起到熔渣形成劑的作用，此外還具有提高熔渣流動(dòng)性和電弧穩(wěn)定性的附加功能。
TiO2含量小于焊絲總重的2.5％，或者SiO2含量小于0.5％的話，由于流動(dòng)性和缺乏粘性，在中、高電流(φ1.2mm焊絲情況下，中電流是指240～280A、高電流是指300～360A)中，橫向角縫焊接姿勢(shì)下容易出現(xiàn)咬邊(undercut)，立焊姿勢(shì)下增加噴濺量，產(chǎn)生焊道下垂現(xiàn)象。此外焊接速度快的話，生成的熔渣量不足，同時(shí)焊道包覆性差，焊道的外觀惡化。
另一方面TiO2含量大于9.0％，或者SiO2含量大于2.0％的話，生成過多的熔渣，同時(shí)由于熔渣的自重造成焊道形狀不良，產(chǎn)生電弧不穩(wěn)定現(xiàn)象。此外增加進(jìn)入焊接金屬內(nèi)的非金屬夾雜物，使焊接金屬的強(qiáng)度和韌性惡化。
因此希望TiO2和SiO2含量分別占焊絲總重的2.5～9％、0.5～2.0％。
TiO2和SiO2添加形式可以用Ti、Si的粉末或鐵合金的形式，以及金紅石礦砂、白鈦石、硅礦石、長石、云母等氧化物形式，上述的含量范圍是被換算成TiO2和SiO2的形式進(jìn)行計(jì)算。
添加Cr、Ni、Mo、Nb是為了提高抗拉強(qiáng)度和韌性。
從Cr、Ni、Mo和Nb中選兩種以上成分的和占焊絲總重小于1.0％的話，焊接金屬得不到80kgf/mm2級(jí)以上的抗拉強(qiáng)度和韌性，其和超過2.5％的話，強(qiáng)度過高，韌性降低。因此希望從Cr、Ni、Mo和Nb中選兩種以上成分的和占焊絲總重的1.0～2.5％。
下面對(duì)比本發(fā)明范圍的發(fā)明示例與本發(fā)明范圍外的對(duì)比示例進(jìn)行說明。
首先在具有表1所述的化學(xué)成分軟鋼外皮內(nèi)，填充表2所述成分的焊劑制成原料線，把它延伸制成直徑1.4mm的焊絲。填充率為15％。

按表2各種組成構(gòu)成的焊劑，具有其成分之間象表3那樣的組成，在表3中重量％是以焊絲的總重量為基準(zhǔn)。
表4為由表2和表3的組成制造的填充焊劑的焊絲的焊接條件，其結(jié)果示于表5。
焊接金屬的機(jī)械、物理性能的試驗(yàn)按AWS規(guī)定的制作試樣，此時(shí)適用的焊接條件示于表6。以表6的焊接條件為基礎(chǔ)，被焊接的金屬性能試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果示于表7。
在表5中◎表示非常好、○良好、△普通、×不良。
從表5和表7可以看出，在構(gòu)成焊劑的化學(xué)成分的組成和化學(xué)成分間的比在本發(fā)明范圍內(nèi)的發(fā)明示例1～8中，橫向角縫焊接姿勢(shì)和立焊姿勢(shì)都顯示出優(yōu)良的焊接操作性，不僅保持高的抗拉強(qiáng)度，而且在-18℃有良好的沖擊吸收能。
另一方面對(duì)比示例9～16構(gòu)成焊劑的化學(xué)成分的一種或二種在本發(fā)明要求的范圍之外的情況下，表現(xiàn)出操作性惡化，或抗拉強(qiáng)度和沖擊吸收能惡化。
對(duì)比示例9和10由于添加的換算成氧化物的TiO2小于2.5％，電弧的穩(wěn)定性和熔渣的剝離性不好，噴濺生成量增加等，表現(xiàn)出整體焊接操作性惡化。
對(duì)比示例11和12由于添加的換算成氧化物的SiO2大于2.0％，焊道形狀凹凸不平嚴(yán)重，特別是立焊時(shí)出現(xiàn)噴濺生成量增加的問題。
對(duì)比示例13和14是Si、Al、Mg三種成分的和超出本發(fā)明的范圍的情況，電弧穩(wěn)定性惡化，噴濺生成量增加，整體上看顯示出操作性惡化。
對(duì)比示例15是Mn含量超過2.7％，Mn/(Mg+Al)的值超出本發(fā)明范圍的情況，表現(xiàn)出抗拉強(qiáng)度高，沖擊吸收能惡化。
對(duì)比示例16是從Cr、Ni、Mo、Nb中選兩種以上成分的和超過2.5％的情況，與對(duì)比示例15相同，表現(xiàn)出抗拉強(qiáng)度高，沖擊吸收能極低。
因此本發(fā)明提出的范圍內(nèi)的焊絲整體的焊接操作性和機(jī)械、物理性能都好，在本發(fā)明范圍以外的焊絲不僅操作性差，機(jī)械、物理性能也非常不好。如上所述，采用本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊用的填充焊劑的焊絲，通過適當(dāng)控制使構(gòu)成填充焊劑組成的化學(xué)成分和化學(xué)成分間的比，由于在各種姿勢(shì)的焊接中表現(xiàn)出優(yōu)良的焊接操作性，所以能提高焊接操作的效率，由于在保持高的強(qiáng)度的同時(shí)保持沖擊吸收能，所以可以使焊接的結(jié)構(gòu)件穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.用于高強(qiáng)度鋼的氣體保護(hù)電弧焊的填充焊劑的焊絲，其特征為該焊絲是把焊劑填充到軟鋼外皮中的氣體保護(hù)電弧焊用的焊絲，所述焊劑的組成相對(duì)于焊絲的總重含有具有脫氧劑功能的金屬和鐵合金成分中的Si、Mg、Al三種成分之和為0.5～1.5％、含Mn 1.5～2.7％、Mn對(duì)(Mg+Al)的比值，即Mn/(Mg+Al)為3.5～5.0％，作為熔渣形成劑，含有TiO2為2.5～9.0％和SiO2為0.5～2.0％，添加從Cr、Ni、Mo和Nb中任選兩種以上成分的和為1.0～2.5％。
全文摘要
提供氣體保護(hù)電弧焊用的填充焊劑的焊絲可以在各種姿勢(shì)的焊接中表現(xiàn)出優(yōu)良的焊接操作性,能提高焊接操作的效率,在保持高的強(qiáng)度的同時(shí)保持沖擊吸收能,可以使焊接的結(jié)構(gòu)件穩(wěn)定。構(gòu)成氣體保護(hù)電弧焊用的填充焊劑的焊絲其適宜的化學(xué)成分為:相對(duì)于焊絲的總重含有具有脫氧劑功能的金屬和鐵合金成分中的Si、Mg、Al三種成分之和為0.5～1.5%、含Mn 1.5～2.7%、具有脫氧劑功能的金屬和鐵合金成分中Mn對(duì)(Mg+Al)的比值,即Mn/(Mg+Al)為3.5～5.0%,從Cr、Ni、Mo和Nb中任選兩種以上成分的和為1.0～2.5%。
文檔編號(hào)B23K35/362GK1387975SQ0212004
公開日2003年1月1日 申請(qǐng)日期2002年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月28日
發(fā)明者金宗元, 樸哲圭 申請(qǐng)人:基斯韋爾株式會(huì)社