專利名稱：具有優(yōu)異可焊接性的堿性藥芯焊絲的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有優(yōu)異焊接性的堿性藥芯焊絲，更具體地，涉及一種堿性藥芯焊絲，這種焊絲具有優(yōu)異的抗裂性和低溫韌性，并提高了焊接加工性。
另外，傳統(tǒng)堿性藥芯焊絲必須使用混合氣體(75～80％Ar+20～25％CO2)作為保護氣體，以保證弧的穩(wěn)定性和金屬滴的移動。因此，堿性藥芯焊絲的應用受到限制。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的能通過提供以下堿性藥芯焊絲來完成，該焊絲具有充滿熔劑的低碳鋼或合金鋼外皮，其特征在于相對于焊絲的總重量所述熔劑主要包括0.3～3.0％Ti和Ti的氧化物(換算成TiO2的數(shù)值)；1.0～2.5％Si和Si的氧化物(換算成SiO2的數(shù)值)；0.1～1.5％Mg和Mg的氧化物(換算成MgO的數(shù)值)；1.5～4.0％Mn和Mn的氧化物(換算成MnO的數(shù)值)；0.2～1.5％Al和Al的氧化物(換算成Al2O3的數(shù)值)；0.1～1.0％Zr和Zr的氧化物(換算成ZrO2的數(shù)值)；0.2～3.5％CaF2；和0.01～0.5％K2O，附帶條件是上述成分滿足堿度(B)為0.5～4.5，其中堿度按方程(1)定義為B＝(CaF2+MgO+MnO+K2O)/(TiO2+SiO2+Al2O3+ZrO2)。
TiO2作為熔渣形成劑和弧穩(wěn)定劑，并且是一種酸性熔劑成分，主要來源于金紅石、還原的鈦鐵礦等。如果TiO2含量小于0.3重量％，熔渣形成的數(shù)量少，在向上的垂直焊接中容易產(chǎn)生熔融金屬的流失。相反，如果TiO2含量超過3.0重量％，弧穩(wěn)定性變差，產(chǎn)生飛濺的數(shù)量增大，從而焊接加工性降低。因此，優(yōu)選Ti和Ti的氧化物(換算成TiO2的數(shù)值)的加入量限制在0.3～3.0重量％的范圍內(nèi)。
SiO2是酸性熔劑成分，為熔渣提供合適的粘度和弧穩(wěn)定性。如果SiO2含量小于1.0重量％，電弧不穩(wěn)定，產(chǎn)生飛濺的數(shù)量增大，熔渣覆蓋性變差。相反，如果SiO2含量超過2.5重量％，熔渣凝固并且脫渣性變差。因此，優(yōu)選Si和Si的氧化物(換算成SiO2的數(shù)值)的加入量限制在1.0～2.5重量％的范圍內(nèi)。
Al2O3是酸性熔劑成分，能增大熔渣凝固點并使金屬滴變小，從而導致飛濺弧轉移。如果Al2O3含量小于0.2重量％，其效果不足，而如果其含量超過1.5重量％，焊縫形狀變差。因此，優(yōu)選Al和Al的氧化物(換算成Al2O3的數(shù)值)的加入量限制在0.2～1.5重量％的范圍內(nèi)。
ZrO2是酸性熔劑成分，能增大熔渣凝固點并提供弧穩(wěn)定性。如果ZrO2含量小于0.1重量％，其效果不足，而如果其含量超過1.0重量％，電弧容易不穩(wěn)定并且產(chǎn)生飛濺的數(shù)量增大，從而焊接加工性變差。因此，優(yōu)選Zr和Zr的氧化物(換算成ZrO2的數(shù)值)的加入量限制在0.1～1.0重量％的范圍內(nèi)。
CaF2是堿性熔劑成分并作為熔渣形成劑，從而使焊縫具有好的外觀。并且，CaF2產(chǎn)生分解氣體(CO2)，因而提高保護能力。為了達到這些目的，CaF2的加入量必須大于0.2重量％。如果CaF2含量超過3.5重量％，產(chǎn)生煙的數(shù)量和飛濺的數(shù)量增多，并且由于沉積金屬粘度的減小使焊縫外觀變差。因此，優(yōu)選CaF2的加入量限制在0.2～3.5重量％的范圍內(nèi)。
MgO是堿性熔劑成分并增大渣的凝固點。并且，MgO作為脫氧劑和弧穩(wěn)定劑。如果MgO含量小于0.1重量％，效果不充分；而如果MgO含量超過1.5重量％，電弧不穩(wěn)定并且焊縫形狀變差。因此，優(yōu)選Mg和Mg的氧化物(換算成MgO的數(shù)值)的加入量限制在0.1～1.5重量％的范圍內(nèi)。
MnO是堿性熔劑成分并作為脫氧劑。并且，MnO能提高焊接金屬的強度和韌性。如果MnO含量小于1.5重量％，脫氧效果不充分，從而在焊接部分出現(xiàn)焊接缺陷，降低焊接金屬的強度和韌性。相反，如果MnO含量超過4.0重量％，焊接金屬的強度增大，從而在高溫下容易出現(xiàn)開裂并降低低溫韌性。因此，優(yōu)選Mn和Mn的氧化物(換算成MnO的數(shù)值)的加入量限制在1.5～4.0重量％的范圍內(nèi)。
K2O是堿性熔劑成分并能降低渣的熔點，從而使渣的流動性變好并提高弧穩(wěn)定性。如果K2O含量小于0.01重量％，弧穩(wěn)定性不充分并且焊縫外觀變差。相反，如果K2O含量超過0.5重量％，渣的熔點降低到焊接溫度，因此在向上的垂直位置過程中，容易出現(xiàn)焊縫流失。因此，優(yōu)選K2O的加入量限制在0.01～0.5重量％的范圍內(nèi)。
下面將描述上述成分必須滿足的方程(1)。
方程(1)B＝(CaF2+MgO+MnO+K2O)/(TiO2+SiO2+Al2O3+ZrO2)方程(1)將熔劑成分的堿度表示為數(shù)字公式。為了保證優(yōu)異的抗裂性和低溫韌性，B值必須優(yōu)選地滿足0.5～4.5的范圍。如果B值小于0.5，抗裂性和低溫韌性變差。在這種條件下，得到的熔劑是二氧化鈦基熔劑，而不是堿性熔劑。如果B值超過4.5，焊接加工性變差，脫渣性能降低，焊縫形狀變差。因此，B值優(yōu)選的范圍為0.5～4.5。
除了主要成分外，本發(fā)明的熔劑還包括鐵粉。鐵粉提高弧穩(wěn)定性和沉積效率。并且，填充在鋼外皮內(nèi)的熔劑的流動性提高，因而防止熔劑在卷管和拔絲過程中的偏移。
同時，對填充在絲內(nèi)的熔劑形狀不進行提出限制。焊絲表面可以涂覆氧化性薄膜，以改善導電性并產(chǎn)生耐蝕性。焊絲的橫截面優(yōu)選的是圓形，但對焊絲內(nèi)部形狀不進行提出限制。
實施例下面具體描述根據(jù)本發(fā)明制造的堿性藥芯焊絲的物理性能和焊接加工性。
以焊絲總重量的10～20重量％的填充速率將各種熔劑中的每一種填充在鋼外皮中(KS D3512，SPCC)，制造直徑1.2mm的藥芯焊絲。熔劑的成分如表1所示。
表3和表4中列出了所制造的焊絲在水平圓角和向上垂直位置處的焊接加工性試驗的結果。表2表示焊接加工性試驗的焊接條件。
根據(jù)KS、AWS標準程序完成沉積金屬的拉伸強度、屈服強度和夏氏V缺口沖擊性能試驗，評價的結果列在表5中。焊接部分抗裂性試驗在

圖1所示的條件下完成，結果列于表5中。
詳細地，抗裂性試驗是在焊接電流240～260A和焊接電壓32V的焊接條件下完成的，用于焊接結構的軋制鋼材，是用SM490A鋼板25t作為試驗鋼板的材料。
表1實施例 TiO2SiO2ZrO2Al2O3CaF2MgOMnO K2O T-Fe 其它 方程(1)本 1 0.41 2.01 0.21 0.532.58 0.59 3.27 0.03 4.41 0.962.05發(fā) 2 2.49 1.82 0.37 0.771.47 0.17 2.67 0.08 4.40 0.760.813 0.48 1.24 0.19 0.312.57 1.42 3.21 0.29 4.49 0.803.37明4 1.92 1.13 0.16 1.043.40 1.38 3.87 0.42 1.11 0.572.135 2.81 2.42 0.21 1.270.26 1.27 3.79 0.37 2.17 0.430.856 1.57 2.27 0.89 0.973.01 1.42 1.97 0.19 2.00 0.711.167 0.42 1.21 0.17 0.313.34 1.35 3.75 0.42 3.12 0.914.20對 8 0.27 0.69 0.16 0.670.62 1.41 3.59 0.62 6.02 0.953.499 0.57 2.04 0.38 0.920.35 0.07 3.89 0.47 5.39 0.921.22比10 0.92 1.89 0.55 1.231.09 0.92 1.35 0.15 5.97 0.930.76例11 1.28 2.11 0.72 0.673.62 1.78 2.84 0.29 1.07 0.621.7812 1.49 1.16 0.21 0.122.67 0.52 3.84 0.46 3.94 0.592.5113 2.54 1.53 0.06 0.872.19 1.38 3.41 0.09 2.45 0.481.4114 0.48 0.89 1.02 0.421.67 1.35 3.05 0.34 5.00 0.782.2815 3.11 1.32 0.24 0.713.28 1.16 4.07 0.39 0.58 0.141.6516 2.84 2.32 0.82 1.430.41 0.17 1.72 0.21 4.26 0.820.3417 0.34 1.13 0.15 0.313.39 1.41 3.68 0.42 3.36 0.814.611)T-Fe熔劑中Fe粉和鋼外皮中的總Fe量2)其它痕量元素例如C，NaF等，以及雜質(zhì)表2
表3水平圓角位置焊接實施例 產(chǎn)生飛濺的焊縫形狀 弧穩(wěn)定性 渣流動性 脫渣性數(shù)量本發(fā)明1 ○○ ◎ ○◎2 ◎◎ ○ ○◎3 ○○ ◎ ◎◎4 ◎◎ ◎ ◎○5 ◎◎ ○ ○◎6 ◎◎ ◎ ○○7 ○○ ◎ ◎○對比例 8 △△ × ×○9 × ×△ ○ ○10 △○ ○ ×○11 × △ △ ○ ×12 △× △ ×○13 △△ × △△14 ○× △ ○×15 × ○△ △ △16 × ○△ ○ △17 × ×△ × ×焊接加工性評價如下◎很好，○好，△平均，×差表4向上垂直位置實施例產(chǎn)生飛濺的焊縫形狀 弧穩(wěn)定性 渣流動性 脫渣性數(shù)量本發(fā)明1 ○○◎ ◎ ◎2 ◎◎○ ○ ◎3 ○○◎ ○ ◎4 ◎○◎ ◎ ○5 ◎◎○ ◎ ◎6 ◎◎◎ ◎ ○7 ○○◎ ◎ ○對比例 8 △△× × ○9 × × △ ○○10 △○△ × ○11 × △ △ ○×12 △×△ × ○13 △△× △ △14 ○×△ ○ ×15 △○△ × △16 × ◎ × ○○17 × × △ ××焊接加工性評價如下◎很好，○好，△平均，×差表5力學和物理性能試驗的結果實施例拉伸強度 屈服強度 夏氏沖擊 抗裂性本發(fā)明1通過 通過 通過 ◎2通過 通過 通過 ◎3通過 通過 通過 ◎4通過 通過 通過 ○5通過 通過 通過 ○6通過 通過 通過 ◎7通過 通過 通過 ○對比例 8通過 通過 通過 ×9通過 通過 通過 ×10失敗 失敗 失敗 ◎11失敗 失敗 失敗 ○12通過 通過 通過 ×13通過 通過 失敗 △14失敗 失敗 失敗 ○15通過 通過 通過 ×16失敗 失敗 通過 ◎17通過 通過 通過 ×約束裂紋試驗評價如下◎0％開裂，○1-5％開裂，△5-10％開裂，×大于10％開裂上面的表3到表5列出了本發(fā)明和對比例的焊接加工性以及力學和物理性能試驗的結果。
實施例1-7的焊絲，其中熔劑組成的成分和比例在本發(fā)明的范圍內(nèi)，在水平圓角位置和向上垂直位置都表現(xiàn)出“通過”的焊接加工性。并且，它們在拉伸強度、屈服強度和夏氏沖擊試驗中滿足KS、AWS標準，并表現(xiàn)出優(yōu)異的約束裂紋抵抗性和優(yōu)異的在100％CO2保護下的焊接加工性。
另一方面，對于對比例8-17的焊絲，其熔劑成分中的一種或兩種不在本發(fā)明的成分和比例范圍內(nèi)或者堿度(B)不滿足本發(fā)明限定的范圍。由于這一原因，焊接加工性變差，力學和物理性能不滿足標準。并且，在約束裂紋試驗中產(chǎn)生大量裂紋，抗裂性差。
在對比例8的焊絲中，弧穩(wěn)定性和脫渣性差，約束裂紋試驗中抗裂性非常差，因為TiO2、SiO2和K2O的含量超出本發(fā)明限定的范圍。
在對比例9的焊絲中，弧穩(wěn)定性和焊縫形狀差，因為MgO含量小于0.10％。
在對比例10的焊絲中，脫渣性差，力學和物理性能不滿足標準，因為MnO含量小于1.5％。
在對比例11的焊絲中，整個焊接加工性差，例如，焊縫形狀差，產(chǎn)生的飛濺數(shù)量增大，因為MgO和CaF2的含量分別超過1.5％和3.5％。
在對比例12的焊絲中，弧穩(wěn)定性和脫渣性差，抗裂性差，因為Al2O3含量在本發(fā)明限定的范圍之外。
在對比例13的焊絲中，渣流動性和脫渣性差。在力學和物理性能試驗中，拉伸強度和屈服強度滿足標準，但夏氏沖擊性能不滿足標準。這是因為ZrO2含量小于0.1％。
在對比例14的焊絲中，弧穩(wěn)定性和渣流動性差，特別是，在向上垂直位置焊接中產(chǎn)生飛濺數(shù)量增大，力學和物理性能不滿足標準，因為SiO2和ZrO2含量在本發(fā)明限定的范圍之外。
在對比例15的焊絲中，脫渣性差，焊縫形狀差。盡管力學和物理性能滿足相應標準的上限，但抗裂性差。這是因為MnO和TiO2含量超出本發(fā)明限定的上限。
在對比例16的焊絲中，渣流動性差，焊縫形狀差，力學和物理性能不滿足標準，因為方程(1)中的堿度小于0.5。
在對比例17的焊絲中，整個焊接加工性差，抗裂性差，因為方程(1)中的堿度超過本發(fā)明限定的上限。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的堿性藥芯焊絲，當優(yōu)化熔劑的化學成分及其比例時，具有優(yōu)異的抗裂性和低溫韌性，并在所有焊接位置表現(xiàn)出“通過”的焊接加工性，保證焊接工作效率的提高。
傳統(tǒng)堿性藥芯焊絲使用混合氣體(75～80％Ar+20～25％CO2)作為保護氣；另一方面，本發(fā)明的堿性藥芯焊絲甚至在100％CO2的保護氣下表現(xiàn)出優(yōu)異的可焊接性與傳統(tǒng)堿性藥芯焊絲的焊接加工性相比，本發(fā)明的堿性藥芯焊絲在所有焊接位置表現(xiàn)出優(yōu)異的焊接加工性和焊接形狀，例如向下、水平圓角和向上垂直焊接位置，而傳統(tǒng)堿性藥芯焊絲的焊接加工性比二氧化鈦基熔劑藥芯焊絲差。
盡管為了解釋的目的描述了本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，但本領域技術人員應意識到，在不超出所附權利要求限定的本發(fā)明范圍和精神的情況霞各種修改、增添和替換是可能的。
權利要求
1.一種堿性藥芯焊絲，具有低碳鋼或合金鋼外皮，外皮中填充熔劑，其特征在于相對于焊絲的總重量所述熔劑主要包括0.3～3.0％Ti和Ti的氧化物(換算成TiO2的數(shù)值)；1.0～2.5％Si和Si的氧化物(換算成SiO2的數(shù)值)；0.1～1.5％Mg和Mg的氧化物(換算成MgO的數(shù)值)；1.5～4.0％Mn和Mn的氧化物(換算成MnO的數(shù)值)；0.2～1.5％Al和Al的氧化物(換算成Al2O3的數(shù)值)；0.1～1.0％Zr和Zr的氧化物(換算成ZrO2的數(shù)值)；0.2～3.5％CaF2；和0.01～0.5％K2O，附帶條件是上述成分滿足堿度(B)為0.5～4.5，其中堿度按方程(1)定義為B＝(CaF2+MgO+MnO+K2O)/(TiO2+SiO2+Al2O3+ZrO2)。
全文摘要
一種堿性藥芯焊絲，具有低碳鋼或合金鋼外皮，外皮中填充熔劑，其特征在于相對于焊絲的總重量所述熔劑主要包括0.3～3.0％Ti和Ti的氧化物(換算成TiO
文檔編號B23K35/368GK1403240SQ02131909
公開日2003年3月19日 申請日期2002年9月5日 優(yōu)先權日2001年9月6日
發(fā)明者李善一 申請人:基斯韋爾株式會社