專利名稱：用于氣體保護電弧焊的藥芯焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種用于氣體保護電弧焊的藥芯(flux)焊絲，更具體地，是關(guān)于這樣一種用于氣體保護電弧焊的藥芯焊絲，該藥芯焊絲適用于主要使用低碳鋼和高強度鋼的鐵支架、橋梁以及造船工業(yè)的焊接，尤其適用于在平焊和水平角焊專用的焊接中，能得到焊縫腰高10.5毫米以上、焊縫厚度(理論焊縫厚度)7.5毫米以上的焊接。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代工業(yè)社會中，伴隨著大型鐵構(gòu)造物制造的增加，需要在焊接中有大的焊縫腰高和焊縫厚度，對于焊接施工的高效化的要求也越來越高。為了滿足這樣的要求，特別是在平焊和水平角焊等中，在焊接設(shè)備上很多都引入了機器人焊接以及半自動化焊接等，在焊接材料上必須開發(fā)出能得到大的焊縫腰高和大的焊縫厚度的藥芯焊絲。雖然開發(fā)使用了平焊和水平角焊專用的焊接材料，但是為了滿足大型構(gòu)造物的要求，必須開發(fā)出能得到具有大的焊縫腰高和大的焊縫厚度的焊道的焊接材料。
另外，在用以往的焊接材料進行平焊和水平角焊中，滿足8毫米以上的大焊縫高度的焊道的焊接材料已被開發(fā)，可用于現(xiàn)場，但是對于需要10.5毫米以上的焊縫高度和7.5毫米以上的焊縫厚度的構(gòu)造物，由于發(fā)生下部焊道的下塌現(xiàn)象以及上部焊道的咬邊(under cut)現(xiàn)象，疲勞強度薄弱，為了補全疲勞強度的薄弱點，可以通過焊接2-3個焊層(pass)解決下塌現(xiàn)象和咬邊現(xiàn)象，但是存在作業(yè)效率降低的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺點，本發(fā)明的目的是提供一種用于氣體保護電弧焊的藥芯焊絲，該藥芯焊絲對于需要10.5毫米以上的大的焊縫高度和7.5毫米以上的大的焊縫厚度的焊接，通過解決下部焊道的下塌問題以及上部焊道的咬邊問題，提高焊接效率，能在平焊以及水平角焊的位置上高效地進行焊接施工。
此外，本發(fā)明另一目的是提供一種用于氣體保護電弧焊的藥芯焊絲，該焊絲即使在高電流下焊接也不會發(fā)生熔融金屬的下塌現(xiàn)象或上部母材的咬邊現(xiàn)象。
本發(fā)明通過提供一種用于氣體保護電弧焊的藥芯焊絲來實現(xiàn)目的，其特征在于，該焊絲為在由低碳鋼或合金鋼制成的外皮中填充有焊藥的用于氣體保護電弧焊的藥芯焊絲，以焊絲的總重量為基準(zhǔn)，該焊絲含有TiO2(換算值)2.00-6.00重量％、Al2O3(換算值)0.20-1.50重量％、MgO(換算值)0.50-2.00重量％、SiO2(換算值)1.50-3.50重量％、ZrO2(換算值)0.30-2.00重量％、MnO(換算值)2.00-4.50重量％、K2O(換算值)0.03-0.25重量％、F(換算值)0.05-0.30重量％，剩余部分由Fe以及其它成分構(gòu)成。這里，所述各種氧化物成分表示將焊絲中含有的該元素成分以及該元素的氧化物成分換算成所述各種氧化物后的相加值。


圖1為本發(fā)明的實施例以及比較例中使用的、主要對鐵支架、橋梁以及造船工業(yè)等構(gòu)造物的角焊條件的概要示意圖；圖2為在圖1的角焊中用于表示焊道名稱的角焊部位的縱剖面圖；圖3為在圖1的角焊中作為主要缺陷中的一種的咬邊缺陷的縱剖面圖；圖4為在圖1的角焊中作為主要缺陷中的一種的焊瘤缺陷的縱剖面圖。
具體實施例方式
下面通過適當(dāng)?shù)膶嵤├齺碓敿?xì)地說明本發(fā)明。
為了調(diào)節(jié)熔融金屬的流度和焊渣的凝固點、凝固速度以及粘性，對于與熔融金屬凝固時焊渣的形成、焊渣的凝固點以及焊道形狀相關(guān)的低熔點氧化物和調(diào)節(jié)焊渣的凝固速度、焊渣的粘性以及焊道形狀的高熔點氧化物的兩個側(cè)面進行討論，結(jié)果如下。
第一、與焊渣的形成、焊渣的凝固點以及焊道形狀相關(guān)的成分，可列舉Ti以及Ti氧化物、Al以及Al氧化物、Si以及Si氧化物等。
上述Ti、Al以及Si等在焊接時起脫氧作用，Ti氧化物、Al氧化物以及Si氧化物等作為焊渣形成劑被添加，最終形成TiO2、Al2O3、SiO2等氧化物。這些TiO2、Al2O3、SiO2等氧化物為低熔點氧化物，與熔融金屬凝固時焊渣的形成、焊渣的凝固點以及焊道形狀相關(guān)。
第二、調(diào)節(jié)焊渣的凝固速度、焊渣的粘性以及焊道形狀的成分，可列舉Mg以及Mg氧化物、Zr以及Zr氧化物等。
上述Mg、Zr等在焊接時起脫氧作用，Mg氧化物、Zr氧化物等作為焊渣形成劑被添加，最終形成MgO、ZrO2等氧化物。這些MgO、ZrO2等氧化物為高熔點氧化物，作為調(diào)節(jié)焊渣的凝固速度、焊渣的粘性以及焊道形狀的主要因子發(fā)揮作用。
因此，本發(fā)明中用MgO、ZrO2等高熔點氧化物來調(diào)節(jié)焊渣的凝固速度、焊渣的粘性以及焊道形狀，使上部焊道的咬邊和下部焊道的下塌現(xiàn)象不再發(fā)生；另外，用TiO2、Al2O3、SiO2等低熔點氧化物來調(diào)節(jié)焊渣的形成、焊渣的凝固點以及焊道形狀，使上部焊道的咬邊和下部焊道的下塌現(xiàn)象不再發(fā)生。
如上所述，若僅有與焊渣的形成、焊渣的凝固點以及焊道形狀相關(guān)的低熔點氧化物或調(diào)節(jié)焊渣的凝固速度、焊渣的粘性以及焊道形狀的高熔點氧化物中的任何一種，就無法得到在高電流下沒有上部焊道的咬邊和下部焊道的下塌現(xiàn)象的大焊縫高度、大焊縫厚度的焊接金屬。只有這兩個因子適當(dāng)?shù)亟M合在一起的情況下，才能解決本發(fā)明的問題。
另外，通過調(diào)整K2O、F等電弧穩(wěn)定劑以及能調(diào)整電弧焊接力的成分，能調(diào)整上部焊道的咬邊現(xiàn)象的發(fā)生。尤其是能確保電弧穩(wěn)定性，減少飛濺的產(chǎn)生量，提高焊接作業(yè)效率。
如上所述，本發(fā)明通過調(diào)整高熔點氧化物MgO、ZrO2和低熔點氧化物TiO2、Al2O3、SiO2的組成比例，能防止焊渣流下，另外還能使焊道不下塌，因此，將表示低熔點氧化物和高熔點氧化物的關(guān)系的數(shù)學(xué)式1的值調(diào)整在1.80-6.50的范圍內(nèi)，即可完成本發(fā)明。
數(shù)學(xué)式11.80≤TiO2+Al2O3+SiO2MgO+ZrO2≤6.50]]>下面說明本發(fā)明中的各成分的作用以及適當(dāng)?shù)暮俊?br> TiO22.00-6.00重量％TiO2一般用作焊渣形成劑和電弧穩(wěn)定劑。TiO2的含量不足2.00重量％時，焊渣覆蓋性不足，焊道的外觀形狀以及電弧穩(wěn)定性不好。TiO2的含量超過6.00重量％時，焊渣的含量就會增多，成為發(fā)生焊接缺陷的原因，且低熔點焊渣的含量也會增加，成為焊道下塌的原因。因此，TiO2的含量優(yōu)選為2.00-6.00重量％。
另外，對供給TiO2的原料沒有限定，可舉出金紅石(Rutile，TiO2)以及鈦鐵礦(Ilmenite，F(xiàn)eTiO3)等。
Al2O30.20-1.50重量％Al2O3起降低焊渣覆蓋性、剝離性以及飛濺的產(chǎn)生量的作用。Al2O3的含量不足0.20重量％時，飛濺的產(chǎn)生量增多，Al2O3不起作用。Al2O3的含量超過1.50重量％時，焊道的形狀不好，剝離性差。因此，Al2O3的含量優(yōu)選為0.20-1.50重量％。
另外，對供給Al2O3的原料沒有限定，可舉出氧化鋁(Aluminum oxide，Al2O3)等。
MgO0.50-2.00重量％MgO是高熔點氧化物，對焊渣的凝固速度以及粘性有影響，對咬邊以及焊道的下塌有影響，能調(diào)整焊道的形狀。MgO的含量不足0.50重量％時，焊道的形狀下塌，產(chǎn)生焊瘤。MgO的含量超過2.00重量％時，焊渣的粘性增強，焊渣的剝離性差，上部焊縫腰高發(fā)生咬邊，焊道形狀變差。因此，MgO的含量優(yōu)選為0.50-2.00重量％。
另外，對供給MgO的原料沒有限定，可舉出鎂熔塊(Magnesia clinker，MgO)、菱鎂礦(Magnesite，MgCO3)等。
SiO21.50-3.50重量％SiO2是焊渣形成劑以及電弧穩(wěn)定劑，它是降低焊渣的凝固點和粘性、調(diào)整焊道形狀的成分。SiO2的含量不足1.50重量％時，電弧不穩(wěn)定，飛濺的產(chǎn)生量增加，焊渣的覆蓋性不均一，焊道的形狀不好。SiO2的含量超過3.50重量％時，低熔點的焊渣增多，下部焊縫腰高產(chǎn)生焊瘤。因此，SiO2的含量優(yōu)選為1.50-3.50重量％。
另外，對供給SiO2的原料沒有限定，可舉出石英(Quartz，SiO2)、硅藻土(Diatomaceous earth，SiO2-Al2O3-Fe2O3)、正長石(Orthoclase，K2O-Al2O3-6SiO2)等。
ZrO20.30-2.00重量％ZrO2和MgO一樣，是影響焊渣的凝固速度以及粘性、影響咬邊以及焊道的下塌、以及能調(diào)整焊道的形狀的成分。ZrO2的含量不足0.30重量％時，沒有改善焊道形狀的效果。ZrO2的含量超過2.00重量％時，焊渣的粘性增強，焊渣的剝離性差，上部焊縫腰高發(fā)生咬邊，焊道的形狀變差。因此，ZrO2的含量優(yōu)選為0.30-2.00重量％。
另外，對供給ZrO2的原料沒有限定，可舉出鋯石沙(Zircon-Sand，ZrSiO4)、氧化鋯(Zirconia，ZrO2)等。
MnO2.00-4.50重量％MnO用作脫氧劑的同時，還能增強焊接金屬的抗拉強度以及韌性。MnO的含量不足2.00重量％時，由于脫氧不充分，焊接部容易發(fā)生氣孔等的焊接缺陷，抗拉強度和韌性變差。MnO的含量超過4.50重量％時，由于焊接金屬的抗拉強度增大，容易發(fā)生熱裂紋。因此，MnO的含量優(yōu)選為2.00-4.50重量％。
另外，對供給MnO的原料沒有限定，可舉出金屬鎂粉末(MetalManganese Powder)、鐵錳合金(Ferro-Manganese)、或者Fe-Si-Mn等。
K2O0.03-0.25重量％K2O是電弧穩(wěn)定劑和影響電弧焊接力的成分。K2O的含量不足0.03重量％時，電弧不穩(wěn)定，飛濺的產(chǎn)生量增多。K2O的含量超過0.25重量％時，電弧焊接力增強，上部焊道發(fā)生咬邊，飛濺產(chǎn)生量也增多。因此，K2O的含量優(yōu)選為0.03-0.25重量％。
另外，對供給K2O的原料沒有限定，可舉出正長石(Orthoclase，K2O-Al2O3-6SiO2)、鈦酸鉀(Potassium titanate，K2TiO3)等。
F.0.05-0.30重量％F是堿性氟化物，它能提高電弧穩(wěn)定性，并降低飛濺的產(chǎn)生，提高焊接作業(yè)性。氟化物的含量不足0.05重量％時，電弧不穩(wěn)定，飛濺的產(chǎn)生增多。氟化物的含量超過0.30重量％時，電弧的集中性相對過大，誘發(fā)上部焊道的咬邊，導(dǎo)致飛濺產(chǎn)生增多。因此，F(xiàn)的含量優(yōu)選0.05-0.30重量％。
另外，對供給F的原料沒有限定，可舉出NaF、CaF2、MgF2、BaF3、AlF3、KF、LiF等。
上述成分中，若高熔點氧化物增加，焊渣的凝固速度以及粘性增加，熔融金屬不會流下，但是上部焊道會發(fā)生咬邊；若低熔點氧化物增加，焊渣的凝固速度相對減慢，焊道發(fā)生下塌，從而誘發(fā)焊瘤。從上述情況考慮，在能控制焊渣的凝固速度、焊渣的粘性以及焊道的形狀的上述成分中，導(dǎo)出作為高熔點氧化物的MgO、ZrO2和作為低熔點氧化物的TiO2、Al2O3、SiO2之間的關(guān)系，如下述數(shù)學(xué)式1所示，該數(shù)學(xué)式1的值控制在1.80-6.50的范圍內(nèi)。
數(shù)學(xué)式11.80≤TiO2+Al2O3+SiO2MgO+ZrO2≤6.50]]>上述數(shù)學(xué)式的值不足1.80時，上部焊道發(fā)生咬邊，超過6.50時，無法成為等焊縫腰高的焊道形狀，就會產(chǎn)生焊道的下塌，由此產(chǎn)生焊瘤。因此，數(shù)學(xué)式1的值在1.80-6.50的范圍內(nèi)最適當(dāng)。
另外，在外皮或焊藥中也可以添加Si、Mn等的合金元素。此外，為了提高焊接部的耐腐蝕性、高溫強度、耐沖擊性以及耐高溫腐蝕性等，也可以添加上述之外的合金成分(Cr，Cu，Ni，Ti，Mo，V，Nb等)。
另外，對焊絲表面的狀態(tài)以及斷面的焊藥填充形狀沒有任何限定。為了使焊絲表面的導(dǎo)電性良好、防止生銹，也可以鍍銅或形成氧化保護膜，對表面處理沒有限定。還有，焊絲的斷面可以是圓形的，但對此并沒有限定。
下面通過下述實施例對本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。但是，本發(fā)明不限于此。
實施例實施例l用于氣體保護電弧焊的焊絲的制備冷軋鋼(KS D 3512)的外皮中填充焊藥，以焊絲的總重量為基準(zhǔn)，焊藥的含量為12-18重量％，制備焊絲的直徑為1.6毫米的藥芯焊絲。上述焊絲的組成成分如下表1所示。
這樣制備的藥芯焊絲按照下述表2以及圖1所示的焊接條件進行焊接，對焊縫腰高、焊縫厚度、焊道焊瘤、咬邊、電弧穩(wěn)定性、焊渣剝離性、焊渣覆蓋性、以及飛濺的產(chǎn)生量進行評價。結(jié)果如下述表3所示。
表1(單位重量％)

*T-Fe金屬外皮中的Fe和焊藥中的Fe的合計**其它成分C、Na2O、CaO等微量元素以及雜質(zhì)表2 使用焊接條件的一例

表3

*作業(yè)性的評價基準(zhǔn)-優(yōu)秀◎、良好○、普通△、差×
從上述表1以及表3可以看出，比較例17中TiO2的含量超出了上限值，產(chǎn)生焊瘤，飛濺的產(chǎn)生量也較多。比較例18中SiO2的含量超出了上限值，由于焊渣流下，焊道產(chǎn)生焊瘤，焊渣剝離性不好。
比較例19與比較例17相同，TiO2的含量超出了上限值，產(chǎn)生焊瘤，飛濺的產(chǎn)生量也較多。比較例20中不但MgO的含量超出了上限值，而且F的含量超出了下限值，上部焊縫腰高發(fā)生咬邊，焊接焊道的形狀不好，焊渣剝離性差以及焊接作業(yè)中電弧穩(wěn)定性不好。
比較例21中，由于數(shù)學(xué)式1的值超出了合適的上限值，低熔點氧化物多，高熔點氧化物少，焊道產(chǎn)生焊瘤，焊渣剝離性差。比較例22中，SiO2的含量超出了下限值，電弧穩(wěn)定性不好，飛濺產(chǎn)生量多。
比較例23中，F(xiàn)的含量超出了下限值，數(shù)學(xué)式1的值也超出了合適的下限值，電弧穩(wěn)定性不好，高熔點氧化物多，低熔點氧化物少，上部焊縫腰高發(fā)生咬邊，焊渣剝離性不好。比較例24中，TiO2的含量超出下限值的同時，Al2O3的含量超出了上限值，上部焊縫腰高發(fā)生咬邊，焊渣剝離性不好。還有，總體的焊渣形成劑不足，焊渣覆蓋性不好。
比較例25中，Al2O3的含量超出了下限值，焊接作業(yè)性中飛濺產(chǎn)生量多。比較例26中，ZrO2的含量超出了下限值，上部焊縫腰高發(fā)生咬邊，焊接焊道不好。比較例27中，MnO以及K2O的含量均超出下限值，焊接作業(yè)性中電弧穩(wěn)定性不好，飛濺產(chǎn)生量多，由于MnO的影響，抗拉強度降低，韌性不符合規(guī)定值。
比較例28中，K2O的含量超出了上限值，焊接作業(yè)性中飛濺的產(chǎn)生量多。比較例29中，MnO以及ZrO2的含量均超出了上限值，上部焊縫腰高發(fā)生咬邊，焊道形狀不好。
比較例30中，MnO的含量超出了上限值的同時，MgO的含量超出了下限值，焊道產(chǎn)生焊瘤，焊道的形狀不好。比較例31中，ZrO2以及F的含量都超出了上限值，上部焊縫腰高發(fā)生咬邊，焊渣剝離性不好，焊接作業(yè)性中飛濺的產(chǎn)生量多。
與此相反，本發(fā)明的實施例1-16不僅未發(fā)生熔融金屬以及焊渣的下塌，而且焊渣的剝離性也很好，焊道的形狀中焊縫腰高在10.5毫米以上，焊縫厚度在7.5毫米以上，電弧穩(wěn)定性好，飛濺的產(chǎn)生量少，焊接作業(yè)性也很好。
如上所述，按照本發(fā)明，根據(jù)平焊以及水平角焊位置能高效地進行焊接施工，即使在高電流下進行焊接，也能解決熔融金屬的焊道下塌以及上部焊道的咬邊、焊道的形狀不好等問題，而且能得到大的焊縫腰高和大的焊縫厚度。
權(quán)利要求
1.一種用于氣體保護電弧焊的藥芯焊絲，其特征在于，該焊絲為在由低碳鋼或合金鋼制成的外皮中填充有焊藥的用于氣體保護電弧焊的藥芯焊絲，以焊絲的總重量為基準(zhǔn)，以換算值計，該焊絲含有TiO22.00-6.00重量％、Al2O30.20-1.50重量％、MgO0.50-2.00重量％、SiO21.50-3.50重量％、ZrO20.30-2.00重量％、MnO2.00-4.50重量％、K2O0.03-0.25重量％、F0.05-0.30重量％，剩余部分由Fe以及其它成分構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氣體保護電弧焊的藥芯焊絲，其特征在于，TiO2、Al2O3、SiO2、MgO、ZrO2的含量滿足下述數(shù)學(xué)式，數(shù)學(xué)式11.80≤TiO2+Al2O3+SiO2MgO+ZrO2≤6.50.]]>
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種用于氣體保護電弧焊的藥芯焊絲，該藥芯焊絲對于需要10.5毫米以上的大的焊縫高度和7.5毫米以上的大的焊縫厚度的焊接，通過解決下部焊道的下塌以及上部焊道的咬邊的問題，提高焊接效率，能在平焊以及水平角焊的位置上高效地進行焊接施工，即使在高電流下焊接，也不會發(fā)生熔融金屬的下塌或上部母材的咬邊。
文檔編號B23K35/368GK1966199SQ200610150320
公開日2007年5月23日 申請日期2006年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月17日
發(fā)明者李善一 申請人:基斯韋爾株式會社