本發(fā)明屬于焊絲研發(fā)領(lǐng)域，尤其涉及一種焊絲的成分設(shè)計。

背景技術(shù)：

為保證高強度鋼焊接結(jié)構(gòu)的使用安全性和可靠性、提高產(chǎn)品的使用壽命、避免脆性破壞事故的發(fā)生，通過選用優(yōu)質(zhì)焊接材料提高焊縫金屬的強韌性一直是焊接技術(shù)人員研究工作的重點，圍繞低合金高強鋼焊縫金屬的強韌化問題，國內(nèi)外焊接技術(shù)人員進行了大量試驗研究，對于屈服強度不超過550MPa的焊縫金屬，可采用Ti-B微合金化，使焊縫金屬獲得均勻、細小的針狀鐵素體組織，從而實現(xiàn)焊縫金屬的強韌化；而對于屈服強度超過550MPa的焊縫金屬，由于焊縫合金化程度的加大，焊縫金屬的基體組織已不是鐵素體，而是貝氏體或貝氏體+馬氏體組織，Ti-B微合金化的機制已不適用，此時對焊縫金屬的強韌化措施是增加Ni含量，通過合金化實現(xiàn)對貝氏體或貝氏體+馬氏體基體組織的強韌化。

據(jù)統(tǒng)計，目前焊材市場上，屈服強度345MPa級（50公斤級）焊絲采用C-Mn或C-Mn-Ti-B合金系； 460MPa級（60公斤級）焊絲多數(shù)采用Mn-Mo合金系；550及690 MPa級（70、80公斤級）焊絲，多數(shù)采用Mn-Ni-Mo合金系；而強度等級780MPa以上級別的焊絲，合金體系主要有Mn-Ni-Cr-Mo、Mn-Ni-Cr-Mo-Cu合金系。對于屈服強度700 MPa級高強鋼焊接材料，采用的合金系統(tǒng)以Mn-Ni-Mo合金系為主，其中的Ni含量在2.5%以上、Mo含量0.7%以上，Ni 屬于貴金屬，過多加入必將增加焊絲成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種具有良好的綜合力學(xué)性能的一種焊絲。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種焊絲，焊絲合金系統(tǒng)采用Mn2-Ni2-Cr-Mo體系，合金的組分及重量百分比為：C≤0.10%，Mn：1.4-2.0%，Si：0.4-0.9%，Ni：1.8-2.1%，Mo：0.3-0.5%，Cr：0.2-0.6%，微合金：Ti≤0.020%，Zr≤0.020%，其余為鐵。本發(fā)明設(shè)計的焊絲熔敷金屬屈服強度超過890MPa，為了使焊絲在保證熔敷金屬具有較高強度的同時，還具有良好的塑性及低溫沖擊性能，焊絲的主要合金系統(tǒng)采用Mn2-Ni2-Cr-Mo系，并加入一定量的微合金化元素Ti和Zr。

C能顯著提高焊縫強度，是焊縫金屬強化的主要元素，但是如果C含量過高，不但降低焊縫金屬的塑韌性，而且還顯著增加焊縫金屬的冷裂敏感性及熱裂敏感性。此外，在MAG焊(包括Ar+20%CO₂富氬混合氣體保護焊)條件下，如果焊絲C含量過高，焊接過程中C與O的反應(yīng)將會增大焊接飛濺和產(chǎn)生CO氣孔的傾向。

Mn是焊縫金屬中的主要合金元素，一方面Mn可以作為脫氧劑和脫硫劑，參與焊接熔池的氧化還原反應(yīng)，降低焊縫金屬中的氧含量，可以改善焊絲的使用工藝性能，同時由于Mn與S有較強的親和力，Mn與S結(jié)合形成MnS，以渣的形式浮出熔池，可以有效降低焊縫金屬的熱裂傾向；另一方面Mn具有固溶強化和細化晶粒的作用，焊絲中加入適量的Mn是焊縫金屬實現(xiàn)強韌化的重要手段，但過高的Mn含量易造成偏析，降低焊縫金屬韌性。

Si元素一般作為脫氧劑與Mn聯(lián)合加入，焊絲中適量的Si對改善焊絲的使用工藝性是不可缺少的。Si對焊縫的強化效果不明顯，而過高含量的Si會降低焊縫韌性。

Ni是唯一能在強化焊縫的同時還能提高焊縫低溫沖擊韌性、降低沖擊轉(zhuǎn)變溫度的合金元素。

Mo與Mn、Si、Ni、Cr相比，其固溶強化效果更明顯，并且焊縫金屬中添加適量的Mo可以降低脆性轉(zhuǎn)變溫度。

Cr具有較強的固溶強化作用，同時也是一種碳化物形成元素，通過碳化物析出，可以進一步提高強度，但是，研究發(fā)現(xiàn)，Cr的加入對焊縫韌性的改善不利，當(dāng)焊縫金屬中Cr含量超過一定量時，焊縫韌性可能受到嚴(yán)重的損害。

在焊絲成分中添加適量Ti、Zr，可以改善焊接熔滴的過渡形式，減少焊接飛濺，改善焊絲工藝性能，提高焊縫強度、改善低溫沖擊韌性的效果。

在一些實施方式中，所述微合金包括Ti和Zr中至少一種。

在一些實施方式中，所述焊絲中的非金元素S≤0.010%，P≤0.015%，N≤70PPm，O≤50PPm。對于高強鋼焊縫金屬，S、P、N、O是有害的元素，須加以嚴(yán)格限制，而且強度級別越高的焊縫金屬，對這些有害雜質(zhì)元素含量的限制應(yīng)該更加嚴(yán)格。

S和Fe生成的FeS易與Fe形成低熔點共晶體，增大焊縫金屬熱裂紋敏感性，特別是對高Ni合金體系焊絲，因此，其含量應(yīng)嚴(yán)格控制。

P對焊縫金屬的力學(xué)性能及抗裂性能均有不利的影響，在焊縫中易導(dǎo)致偏析，增大焊縫金屬的熱裂敏感性及回火脆性，同時P使焊縫的強度硬度增加，而塑性韌性降低，特別是降低焊縫金屬的低溫沖擊韌性，使焊縫出現(xiàn)所謂的 “冷脆性”，因此需要對該元素進行嚴(yán)格限制。

N對低合金鋼焊縫金屬的韌性有害，研究表明，當(dāng)焊縫金屬中的N含量超過100PPm時，焊縫金屬的低溫韌性將顯著降低，其原因是由于焊縫中的N導(dǎo)致的固溶強化及其帶來的對位錯的釘扎。

O在鋼中主要以氧化物夾雜形式存在，焊絲盤元中氧化物夾雜對焊絲的拉拔性能有不利影響，同時焊絲中的氧化物在焊接過程中參與焊接冶金反應(yīng)，對焊絲的使用工藝性能、合金元素過渡、焊縫金屬的合金化、夾雜物的產(chǎn)生及分布均會帶來影響，進而影響焊縫金屬的組織性能。

綜上所述，本發(fā)明設(shè)計的焊絲，其有益效果是：保證熔敷金屬不但具有較高的強度，而且具有良好的塑性和低溫韌性，保證在較低或適當(dāng)?shù)念A(yù)熱溫度條件下保證焊縫金屬的抗冷裂性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明設(shè)計焊絲和對比焊絲的拉伸強度、松弛直徑及翹距的數(shù)據(jù)對比表格。

圖2為測試本發(fā)明設(shè)計焊絲常規(guī)工藝性能的焊接規(guī)范參數(shù)。

圖3為本發(fā)明設(shè)計焊絲和對比焊絲在不同焊接規(guī)范下的常規(guī)工藝性能數(shù)據(jù)表格。

圖4為本發(fā)明設(shè)計焊絲和對比焊絲的熔敷金屬力學(xué)性能數(shù)據(jù)對比表格。

圖5為本發(fā)明設(shè)計焊絲熔敷金屬微觀組織的焊態(tài)區(qū)組織圖。

圖6為本發(fā)明設(shè)計焊絲熔敷金屬微觀組織的重?zé)釁^(qū)組織圖。

圖7為本發(fā)明設(shè)計焊絲抗冷裂性能測試數(shù)據(jù)表格。

圖8為焊道間溫度對焊縫金屬力學(xué)性能的影響測試數(shù)據(jù)表格。

圖9為焊后熱處理對焊縫金屬力學(xué)性能的影響測試數(shù)據(jù)表。

圖10為在480℃×2h 時焊態(tài)區(qū)和重?zé)釁^(qū)微觀組織對比圖。

圖11為在550℃×2h 時焊態(tài)區(qū)和重?zé)釁^(qū)微觀組織對比圖。

具體實施方式

下面通過實施步驟對本發(fā)明作進一步的說明。所述焊絲合金系統(tǒng)采用Mn2-Ni2-Cr-Mo體系，合金的組分及重量百分比為：C≤0.10%，Mn：1.4-2.0%，Si：0.4-0.9%，Ni：1.8-2.1%，Mo：0.3-0.5%，Cr：0.2-0.6%，微合金：Ti≤0.020%，Zr≤0.020%，其余為鐵。

優(yōu)選的，所述微合金包括Ti和Zr中至少一種。

優(yōu)選的，所述焊絲中的非金元素S≤0.010%，P≤0.015%，N≤70PPm，O≤50PPm。

具體實施方式一：

焊絲合金的組分及百分比為：C： 0.1%，Mn：1.4%，Si：0.4%，Ni：2.1%，Mo： 0.5%，Cr：0.2%，微合金：Ti：0.020%，Zr：0.020%，其余為鐵，其中非金元素含量為：S：0.010%，P：0.015%，N：70PPm，O：50PPm。

具體實施方式二：

C：0.08%，Mn：2.0%，Si：0.9%，Ni：1.8%，Mo：0.3%，Cr：0.6%，微合金：Ti：0.010%，其余為鐵，其中非金元素含量為：S：0.008%，P：0.01%，N：50PPm，O：40PPm。

具體實施方式三：

C：0.07%，Mn：1.7%，Si：0.6%，Ni：1.9%，Mo：0.4%，Cr：0.4%，微合金：Zr： 0.015%，其余為鐵，其中非金元素含量為：S：0.010%，P：0.015%，N：70PPm，O：50PPm。

以上三種具體實施方式，分別通過焊絲冶煉，離線酸洗，焊絲拉拔，焊絲鍍銅，焊絲層繞的工藝順序，并且在焊絲拉拔過程中增加焊絲退火工藝制成。

按照本發(fā)明設(shè)計的成分生產(chǎn)的焊絲綜合性能較優(yōu)，焊絲的拉伸強度、松弛直徑和翹距是評判焊絲的重要因素，其中松弛直徑和翹距是影響焊接過程中焊絲送絲性能重要因素，其控制標(biāo)準(zhǔn)為松弛直徑≥800mm和翹距≤30mm，如圖1所示，圖1中的表格數(shù)據(jù)說明按照本發(fā)明成分設(shè)計生產(chǎn)的焊絲優(yōu)于其對比焊絲。

為了通過實際測試比較本發(fā)明設(shè)計的焊絲和對比焊絲在常規(guī)性能方面的不同，在不同的焊接規(guī)范參數(shù)下，如圖2所示，本發(fā)明設(shè)計的焊絲和對比焊絲在常規(guī)性能方面的數(shù)據(jù)如圖3中所示，從附圖3中表格數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明設(shè)計的焊絲優(yōu)于對比焊絲，且本發(fā)明設(shè)計的焊絲在焊接規(guī)范參數(shù)下焊接時的飛濺較小。

關(guān)于焊絲的熔敷金屬拉伸及沖擊試件取樣按GB/T 8110規(guī)定進行，如圖4中表格試驗結(jié)果表明：本發(fā)明設(shè)計焊絲熔敷金屬強度適中，塑、韌性優(yōu)良，各項力學(xué)性能指標(biāo)優(yōu)于對比焊絲，全面達到了目標(biāo)要求。焊絲熔敷金屬的焊態(tài)區(qū)組織與重?zé)釁^(qū)組織基本相同，均為板條貝氏體+低碳馬氏體組織，熔敷金屬組織晶粒細小均勻，焊態(tài)區(qū)柱狀晶特征不明顯，如附圖5和附圖6所示。

在焊絲抗冷裂性能測試中，規(guī)格直徑為1.2mm的本發(fā)明設(shè)計的焊絲，在焊接電流為270-280A、電弧電壓為30-31V、焊接速度為330mm/min、保護氣體為80% Ar+20%CO2、氣體流量為18-20L/min的條件下，測試數(shù)據(jù)如附圖7中的表格所示，試驗結(jié)果表明，在較苛刻的拘束條件下，預(yù)熱100℃可以防止焊接冷裂紋的產(chǎn)生。

在焊道間溫度對焊縫金屬力學(xué)性能的影響測試中，測試數(shù)據(jù)如附圖8中的表格數(shù)據(jù)所示，測試結(jié)論：焊接接頭焊縫金屬的拉伸及低溫沖擊韌性均能滿足技術(shù)要求，即本發(fā)明設(shè)計的焊絲對焊道間溫度的影響不敏感，對焊道間溫度變化有較強的適應(yīng)性。

在焊后熱處理對焊縫金屬力學(xué)性能的影響測試中，測試數(shù)據(jù)如附圖9中表格數(shù)據(jù)所示，且在480℃×2h 和550℃×2h 兩種較高溫度焊后處理對焊縫金屬組織形態(tài)影響不明顯，焊縫金屬焊態(tài)及重?zé)釁^(qū)組織均為貝氏體+馬氏體的回火組織，其在480℃×2h 時焊態(tài)區(qū)和重?zé)釁^(qū)微觀組織對比圖如附圖10所示，在550℃×2h 時焊態(tài)區(qū)和重?zé)釁^(qū)微觀組織對比圖如附圖11所示，從而可得，采用較高溫度的消除應(yīng)力處理對焊接接頭力學(xué)性能有較大的不利影響。

通過研究和生產(chǎn)實踐表明，本發(fā)明設(shè)計的焊焊絲焊接飛濺小、焊縫成型美觀、 焊縫金屬抗冷裂性能良好， 熔敷金屬的力學(xué)性能全面滿足技術(shù)要求。

以上所述的僅是本發(fā)明的一些實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出其它變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。