一種電弧焊用氣體保護(hù)藥芯焊絲的制作方法
【專利摘要】一種電弧焊用氣體保護(hù)藥芯焊絲，其特征是藥芯組成包括如下組分及質(zhì)量百分含量：TiO220～22%、SiO21～4%、ZrO21～2.5%、Al2O31～3%、MgO1.5%、AlF35～9%、NiF25～6%、Na2SiF61～6%、Ti3Al3～4%、Fe3Al4～6%、Co1～2%，余量為Fe。本發(fā)明的藥芯焊絲，具有焊縫金屬擴(kuò)散氫含量低，飛濺小、氣孔裂紋等缺陷少的優(yōu)良工藝性能，焊接接頭具有優(yōu)良的低溫沖擊韌性以及優(yōu)異的耐蝕性能，尤其適用于海洋工程裝備制造行業(yè)中屈服強(qiáng)度為700MPa級(jí)高強(qiáng)鋼的焊接。
【專利說明】一種電弧焊用氣體保護(hù)藥芯焊絲
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電弧焊用的氣體保護(hù)藥芯焊絲，特別涉及一種高強(qiáng)度級(jí)別的鋼材電弧焊用的藥芯焊絲。
【背景技術(shù)】
[0002]藥芯焊絲作為新一代高效和高性能焊接材料，具有工藝性能好、熔敷速度快、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)化制造的焊接領(lǐng)域，其用量在造船和海工產(chǎn)品制造領(lǐng)域中最高。目前大多數(shù)藥芯焊絲是使用金紅石作為主要的熔渣成型材料，成為金紅石渣系藥芯焊絲，具有成型好、易脫渣和飛濺小等優(yōu)點(diǎn)，且可以實(shí)現(xiàn)橫向、上向、下向、立向等全位置的焊接。目前可實(shí)現(xiàn)全位置焊接的藥芯焊絲大都屬于金紅石渣系，但金紅石渣系藥芯焊絲中的Ti在焊接時(shí)會(huì)過渡到熔敷金屬中，降低焊接接頭的低溫沖擊韌性，這對高強(qiáng)鋼焊接帶來極為不利的影響。而以堿金屬氧化物為主的堿性渣系藥芯焊絲恰恰相反，其焊接成型的焊縫金屬具有優(yōu)良的力學(xué)性能，但由于其極易形成長渣，很難實(shí)現(xiàn)全位置焊接。因此，有必要在金紅石渣系和堿性渣系的基礎(chǔ)上，結(jié)合兩種渣系的優(yōu)點(diǎn)來設(shè)計(jì)和優(yōu)化配方，既可以實(shí)現(xiàn)全位置焊接，又能夠大幅度提升焊縫金屬的低溫沖擊韌性，實(shí)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)鋼全位置焊接用的高性能氣保護(hù)藥芯焊絲。
[0003]CN101623799A公開了一種二氧化鈦系的氣體保護(hù)弧焊用藥芯焊絲，其針對金紅石渣系藥芯焊絲進(jìn)行了優(yōu)化，含有Ti02、A1203、SiO2和ZrO2等氧化物以及Mn、S1、Mg、Na和K等金屬單體或合金，其余為鐵粉填充，可用于高焊接電流的立向上焊，可獲得具有良好機(jī)械性能的焊接接頭。但在其應(yīng)用實(shí)例中，其屈服強(qiáng)度評價(jià)值只有620MPa，無法實(shí)現(xiàn)海工裝備制造中700MPa級(jí)別高強(qiáng)鋼的焊接。
[0004]CN102785041A公開了一種全位置堿性氣體保護(hù)藥芯焊絲，其采用CaO、Mg0、K20和Na2O等氧化物，CaF2> LiF2、SrF2和BaF2等氟化物，以及招鎂合金、猛和娃等合金元素，其余為鐵粉填充是一種沖擊韌性和抗裂性能都較強(qiáng)的藥芯焊絲；但其屈服強(qiáng)度最高只能達(dá)到430MPa，同樣無法滿足海工裝備制造中700MPa級(jí)別高強(qiáng)鋼的焊接。
[0005]CN102655978A公開了一種可全位置焊接的氣體保護(hù)電弧焊接用藥芯焊絲，該焊絲構(gòu)成主要有 CaO，MgF2、CaF2、SrF2、BaF 等氧化物，S1、Al、T1、Mg、Zr、Ca 等金屬，SiO2、Mn。、A1203、TiO2等金屬氧化物，余量為Fe和電弧穩(wěn)定劑等。該焊絲可以實(shí)現(xiàn)全位置焊接，焊道形成良好，焊接缺陷良好，但沒有低溫沖擊韌性的檢測，僅對焊接金屬氧化物含量進(jìn)行了控制，因此無法判定其焊接接頭的低溫沖擊韌性和耐蝕性的優(yōu)劣。
[0006]海洋工程裝備用鋼材除了必須具備高強(qiáng)度和高韌性的特性外，還必須具備優(yōu)良的耐海水腐蝕特性?，F(xiàn)有的藥芯焊絲只能作為一種常用鋼種的高效的焊接材料，尚不能完全滿足海工用鋼的焊接要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為克服金紅石渣系和堿性渣系藥芯焊絲的不足之處，本發(fā)明的目的是提供一種沖擊韌性優(yōu)良的焊接用氣體保護(hù)藥芯焊絲。
[0008]本發(fā)明的藥芯焊絲包括如下組分及質(zhì)量百分含量:Ti02 20~22%、SiO2 I~4%、ZrO21~2.5%、Al2O3 1~3%、MgO 1.5%、A1F3 5~9%、NiF2 5~6%、Na2SiF6 I~6%、Ti3Al 3~4%、Fe3A14~6%、Co 1~2%，余量為Fe。
[0009]本發(fā)明的藥芯焊絲還含有質(zhì)量百分含量的Cu 0.1%。
[0010]本發(fā)明的藥芯焊絲還含有質(zhì)量百分含量的Ce 0.1%。
[0011]本發(fā)明的藥芯焊絲還含有質(zhì)量百分含量的Nd 0.1%。
[0012]本發(fā)明的藥芯焊絲還含有質(zhì)量百分含量的Sm 0.1%。
[0013]本發(fā)明的藥芯焊絲還含有質(zhì)量百分含量的Gd 0.1%。 [0014]本發(fā)明的藥芯粉末由造渣劑Ti02、Si02、ZrO2, Al2O3' Mg。、AlF3和NiF2,穩(wěn)弧劑Na2SiF6和脫氧劑Ti3Al和Fe3Al,以及鐵粉。按照本發(fā)明的含量均勻混合，燒結(jié)烘干后，填充入焊絲。藥芯粉末占整個(gè)藥芯焊絲總重量的16~24%，業(yè)內(nèi)定義為藥粉填充率，填充率高低會(huì)直接影響焊絲的焊接效果，過高則造成填充藥粉溢出，過低則造成藥粉不足致使焊接工藝性能降低。試驗(yàn)結(jié)果表明，合適的TiO2含量為藥粉重量的20-22%，若TiO2含量超過22%會(huì)使得熔渣熔點(diǎn)過高，容易形成熔渣抱團(tuán)現(xiàn)象，致使脫渣困難；若TiO2含量低于20%時(shí)，使得熔渣熔點(diǎn)過低，會(huì)稀釋熔敷金屬，致使其流向焊縫兩邊，導(dǎo)致熔覆不全。SiO2含量在1~4%，ZrO2含量在f 2.5%，Al2O3含量在f 3%時(shí)，熔渣覆蓋性好，若進(jìn)一步提高其含量，會(huì)導(dǎo)致熔覆性變差。造渣劑AlF3和NiF2的含量與TiO2等氧化物比值應(yīng)當(dāng)保持在0.5^1之間。試驗(yàn)表明，加入兩種氟化物比單獨(dú)加入AlF3的全位置焊接性能好，飛濺和煙塵也可得到相應(yīng)的改善。AlF3的含量一般控制在5~9%之間，可與氧發(fā)生放熱反應(yīng)，反應(yīng)所釋放的熱量可使得粘性熔渣轉(zhuǎn)變成易脫落的干性渣，明顯改善脫渣性能；但含量過高會(huì)導(dǎo)致熔敷不全。NiF2具有改善熔滴過渡的作用，其中Ni元素也可起到進(jìn)一步提升沖擊韌性的作用，但其含量過高時(shí)，將導(dǎo)致焊接煙塵增大和氣孔增多，最佳含量應(yīng)保持在5飛％之間。穩(wěn)弧劑Na2SiF6的加入可以起到進(jìn)一步改善脫渣性能的作用，其含量應(yīng)控制在4%。藥粉中的脫氧劑為Ti3Al和Fe3Al金屬間化合物，容易與熔敷金屬中的氧相互作用，起到脫氧、除氣的作用和減弱0)2保護(hù)氣體氧化氛圍的作用，此互相作用為放熱反應(yīng)，可有效地補(bǔ)充CO2氣在高溫電弧下發(fā)生分解反應(yīng)所吸收的熱量，降低熔池金屬的冷卻速度，減少氣孔產(chǎn)生幾率，從而實(shí)現(xiàn)利用純CO2作為保護(hù)氣體，有效降低焊接成本。此外Ti3Al和Fe3Al金屬間化合物所特有的D03亞點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，其中Ti3Al起到誘導(dǎo)催化作用，使得Ni將占據(jù)Fe3Al結(jié)構(gòu)中Fe原子的位置，Ti將靠近并占據(jù)Al原子的最近鄰位置，形成Ni3(TiAl)沉淀強(qiáng)化相，產(chǎn)生畸變應(yīng)力形成反相疇界強(qiáng)化，使得位錯(cuò)的移動(dòng)需要更大的外力，從而阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高焊縫金屬的屈服強(qiáng)度和沖擊韌性。但當(dāng)Ti3Al和Fe3Al含量過高時(shí)，易析出過多Al2O3造成熔敷金屬流動(dòng)性降低，其合適比例為疒10%。添加適量的Co，可阻止碳化物的析出，細(xì)化晶粒，減少對沖擊的敏感性能，從而提高焊縫的低溫沖擊韌性，其合適含量為廣2%，過低則韌化效果不好，過高則容易在晶界析出。藥粉中還可添加Cu、Ce、Nd、Sm和Gd等稀土元素,其質(zhì)量比不超過藥粉總重量的
0.5%，研究結(jié)果表明這些元素的加入有利于細(xì)化焊縫組織以及提高焊縫金屬的耐蝕性。
[0015]本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于:本發(fā)明采用金紅石渣系和堿性渣系的優(yōu)點(diǎn)，采用Fe3Al和Ti3Al作為脫氧劑，可以實(shí)現(xiàn)全位置焊接，凈化和強(qiáng)化焊縫金屬，降低其擴(kuò)散氫及氧化物夾渣含量，獲得優(yōu)異的低溫沖擊韌性和耐蝕性，具有飛濺小、裂紋少和焊接煙塵低等優(yōu)良的焊接工藝性能。Fe3Al和Ti3Al作為脫氧劑還可使用純CO2作為保護(hù)氣體；加入NiF2可使焊縫獲得優(yōu)異的耐蝕性能，尤其適合于海洋工程裝備制造領(lǐng)域中屈服強(qiáng)度為700MPa級(jí)別鋼材的純CO2氣保護(hù)電弧焊。
[0016]具體實(shí)施方法
本發(fā)明的TiO2經(jīng)過50(T60(TC燒結(jié)處理，其余組分經(jīng)過10(T30(TC烘烤處理后，再均勻混合，按照16~24%的填充率加入焊絲中。焊絲用冷軋低碳鋼帶作為外皮，截面形狀為O型對接或搭接，鋼帶卷成半圓弧形后，然后填充上述混合均勻的藥芯粉末，封口成型，再經(jīng)過多道拉拔工序，最終減徑至1.(Tl.2mm直徑。
[0017]使用本發(fā)明的藥芯焊絲的預(yù)熱溫度應(yīng)當(dāng)控制在12(Tl80°C (ISO 18276-A)，但當(dāng)焊接母材金屬的碳含量低于1%時(shí)，第一層焊道不需要進(jìn)行預(yù)熱處理，而余下焊道焊接時(shí)，母材溫度不得高于180°C。如果層間溫度超過這個(gè)數(shù)值，應(yīng)當(dāng)放置冷卻至12(T180°C方可進(jìn)行焊接。
實(shí)施例
[0018]表1是本發(fā)明的藥芯焊絲組分及質(zhì)量百分含量。
[0019]表1藥芯焊絲組分及質(zhì)量百分含量(％)
【權(quán)利要求】
1.一種電弧焊用氣體保護(hù)藥芯焊絲，其特征是包括如下組分及質(zhì)量百分含量=TiO220^22%, SiO2 I~4%、ZrO2 I~2.5%,Al2O3 I~3%、Mg0 1.5%,AlF3 5~9%、NiF2 5~6%、Na2SiF6 I~6%、Ti3Al 3~4%、Fe3A14~6%、Col~2%，余量為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)藥芯焊絲，其特征是含有質(zhì)量百分含量的Cu0.1%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)藥芯焊絲，其特征是含有質(zhì)量百分含量的Ce0.1%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)藥芯焊絲，其特征是含有質(zhì)量百分含量的Nd0.1%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)藥芯焊絲，其特征是含有質(zhì)量百分含量的Sm0.1%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)藥芯焊絲，其特征是含有質(zhì)量百分含量的Gd0.1%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)藥芯焊絲，其特征是Na2SiF6的質(zhì)量百分含量為4%。
【文檔編號(hào)】B23K9/16GK103962746SQ201410192425
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】王凱, 易江龍, 鄭世達(dá), 陳和興, 郭春富, 劉鳳美, 閆德俊, 馬凱夫 申請人:廣東省工業(yè)技術(shù)研究院(廣州有色金屬研究院)