專利名稱：一種藥芯焊絲及其制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種藥芯焊絲及其制備和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
藥芯焊絲是上世紀(jì)50年度發(fā)展起來的高效焊接材料，它不僅繼承了焊條成份可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，又克服了焊條不能連續(xù)、自動(dòng)焊接的缺點(diǎn)，其熔敷效率高達(dá)焊條的4倍， 還具有焊縫成型美觀、焊接變形小等優(yōu)點(diǎn)。隨著科技的進(jìn)步，以及新工藝、新材料、新技術(shù)的推廣應(yīng)用，藥芯焊絲這一新型高效焊接材料以其高效、焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良等特點(diǎn)被人們所接收并不斷擴(kuò)大應(yīng)用范圍，特別是在鋼結(jié)構(gòu)、造船等行業(yè)中廣泛應(yīng)用。高強(qiáng)鋼具有減輕重量、降低板厚、節(jié)省費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)在鋼結(jié)構(gòu)、造船中越來越被廣泛應(yīng)用。在一些發(fā)達(dá)國家高強(qiáng)度鋼都有與其配套的藥芯焊絲，而目前我國高強(qiáng)度鋼所用焊接材料大部分還是手工焊和氣體保護(hù)焊實(shí)芯焊絲，而高強(qiáng)度鋼的配套藥芯焊絲尚屬空白。因此，研制、開發(fā)與高強(qiáng)度鋼配套的新型藥芯焊絲是為滿足鋼結(jié)構(gòu)、 造船業(yè)建造優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的需要，對(duì)于我國鋼結(jié)構(gòu)、船舶建造水平的提升、縮短建造周期、提高經(jīng)濟(jì)效益都具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種藥芯焊絲，其由外皮和填充在上述外皮內(nèi)的藥芯構(gòu)成，上述外皮為低碳鋼，上述藥芯質(zhì)量為上述藥芯焊絲質(zhì)量的14 2洲，上述藥芯含有的成分及其占上述藥芯焊絲總質(zhì)量的百分比如下
TiO2 1. 6 5. 0%, SiO2 0. 4 1%，Mn 1. 0 3· 0%, Si 0. 2 0. 4% ；MgO 0. 20 0· 50% ；Al2O3 0. 10 0. 20%, CaCO3 0. 10 0. 20%, CaF2 0. 21 0. 41%, Cr 0. 6 1. 4%, Mo 0. 8 2. 0%, Ni 3 6%，V 0. 05 0. 10%, Re 0. θΓθ. 02%, Mg 0. 15 0. 35%, Al 0. 15 0. 35%, Fe 余量。優(yōu)選地，上述藥芯還含有&02，占上述藥芯焊絲總質(zhì)量的百分比為0. Γ0. 5%。優(yōu)選地，上述焊絲中F元素的含量占上述藥芯焊絲質(zhì)量的0. Γ0.洲。優(yōu)選地，上述藥芯焊絲的熔敷金屬中C元素與V元素的質(zhì)量比為0. 7^1. 2:1。作為優(yōu)選配比，上述藥芯的成分及其占上述藥芯焊絲總質(zhì)量的百分比如下TiO2 3. 2%, SiO2 0. 5%, ZrO2 0. 1%, MgO 0. 41%, Al2O3 0. 16%, Mn 3.0%, Si 0. 25%, CaCO3 0. 15%, CaF2 0. 41%, Cr 1. 4%, Mo 1. 30%, Ni 3. 0%, V 0. 07%, Fe 1. 94%, Mg 0. 21%, Al 0. 2 %，Re 0. 016%。上述藥芯焊絲的橫截面直徑為1. 2mnTl. 6mm。本發(fā)明提供制備上述的藥芯焊絲的方法，步驟如下使用鋼帶法生產(chǎn)上述藥芯焊絲，0型對(duì)接，在低碳鋼鋼帶制成的外皮內(nèi)填充上述藥芯的成分，經(jīng)過成型減徑后得到上述藥芯焊絲。本發(fā)明還提供上述的藥芯焊絲在焊接中的應(yīng)用上述藥芯焊絲用于焊接屈服強(qiáng)度大于等于590ΜΙ^級(jí)的鋼板。
優(yōu)選地，上述藥芯焊絲在焊接時(shí)采用體積百分比含量Ar 80%和(X)2 20%的混合氣體保護(hù)。進(jìn)一步優(yōu)選地，上述藥芯焊絲焊接時(shí)的條件為采用電流220140 A，電壓觀 30 V，線能量為13 15 KJ/cm，層間溫度為13(Tl50°C。本發(fā)明的有益效果是
1、本發(fā)明提供的藥芯焊絲具有高強(qiáng)度、高韌性、良好的抗裂性能和可全位置焊接，可用于焊接屈服強(qiáng)度為590MPa的鋼板，是一種超低氫藥芯焊絲。2.確定CaCOjP CaF2的加入量，在提高熔渣堿度的同時(shí)不影響焊絲的操作工藝性能。研究了加入Si、Mn、Ni、C、V對(duì)提高低溫沖擊韌性的作用，本發(fā)明所述藥芯焊絲-50°C低溫沖擊韌性大于27J，在保證焊縫高強(qiáng)度的同時(shí)具有良好的低溫沖擊韌性和全位置焊接性能。3. Al、Mg等強(qiáng)脫氧元素的加入，有利于焊縫氣體的排出和焊縫成形，有利于提高焊縫金屬的低溫沖擊韌性。4.控制藥芯中Ti02、SiO2, ZrO2加入量，確保焊絲低溫沖擊韌性和全位置焊接性能。5.控制好焊縫金屬中C/V的比例，即可以提高焊縫金屬的強(qiáng)度又可以提高焊縫金屬的低溫沖擊韌性。6.本發(fā)明的藥芯焊絲焊接時(shí)采用富氬氣體(Ar 80%+C02 20%)保護(hù)，有利于焊縫低溫沖擊韌性的穩(wěn)定。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。填充率的確定
根據(jù)鋼帶的厚度和寬度情況，確定合適的藥芯填充率，本發(fā)明所述藥芯焊絲的填充率為14 2覬。渣系的選擇
本發(fā)明所述藥芯焊絲采用鈦鈣型渣系，這種渣系介于鈦型和堿性之間，在酸性渣系中含有一定的堿性物質(zhì)，使之達(dá)到低氫及優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，同時(shí)具有鈦型渣系原有的優(yōu)良操作工藝，本研究渣系為TiO2-CaO-CaF2-SiO2，并通過大量的試驗(yàn)確定了各成分含量對(duì)工藝性能的影響。TiO2是主要的造渣劑，其含量多少對(duì)工藝性能和力學(xué)性能影響都很大。當(dāng)T^2小于1.6%(占焊絲總質(zhì)量)時(shí)，全位置焊接工藝不好；大于5. 0%(占焊絲總質(zhì)量)時(shí)，焊縫金屬低溫沖擊韌性下降，容易出現(xiàn)氣孔和壓痕。&02，是造渣劑，其含量多少對(duì)工藝性能有一定影響，特別是對(duì)焊縫的脫渣性有一定的幫助。隨著^O2含量的增加，熔渣變得酥脆，熔渣的強(qiáng)度降低，熔渣中的黃顏色逐漸增加，焊縫成形較好。但大于0.5%(占焊絲總質(zhì)量)時(shí)，渣熔點(diǎn)高，容易出現(xiàn)壓鐵水現(xiàn)象。SiO2是主要的造渣劑，對(duì)焊縫的脫渣性和焊縫的表面質(zhì)量影響很大。隨著S^2含量的增加，焊縫表面更光亮，熔渣顏色更深，對(duì)焊縫的脫渣性有很好的作用，少于0. 2%(占焊絲總質(zhì)量)則上述效果不明顯；但是大于0.4% (占焊絲總質(zhì)量)，降低熔渣的透氣性，容易使焊道產(chǎn)生壓痕缺陷，同時(shí)，焊縫的低溫韌性下降。MgO是鎂砂的主要成分，用于造渣、改善熔渣透氣性和焊縫成形，在配方中應(yīng)控制在0.209Γ0.50% (占焊絲總質(zhì)量)以內(nèi)。適量MgO可以增加熔渣的堿度，焊縫的低溫韌性逐漸提高，同時(shí)可以增加熔渣的透氣性，減少出現(xiàn)氣孔和壓痕的概率。少于0. 20%，上述作用不明顯；當(dāng)含量多于0. 30%，立向上焊接操作工藝變差，平焊熔渣覆蓋性變差。CaF2是造渣劑，CaF2的加入可以提高渣的堿度，同時(shí)CaF2中的F可以起到去氫的效果，在藥芯配方中加入CaF2可以保證本發(fā)明所述藥芯焊絲的熔敷金屬擴(kuò)散氫含量達(dá)到超低氧，其F總量在配方中應(yīng)控制在0.1(Γ0. 20%(占焊絲總量)以內(nèi)。適量的氟化物起到焊縫去氫和提高抗壓痕的作用。少于0. 10%上述作用不明顯；但是多于0. 20%電弧聲音變差， 飛濺變大，熔渣變稀，焊絲的全位置焊接工藝變差，同時(shí)焊接煙塵的有毒性物質(zhì)增強(qiáng)。Mg、Al是藥芯配方中的強(qiáng)脫氧劑。其總含量在配方中應(yīng)控制在0. 3(Γ0. 70%(占焊絲總量)以內(nèi)。適量的Mg、Al可以使電弧的噴射狀態(tài)容易實(shí)現(xiàn)，在高溫下反應(yīng)產(chǎn)生的MgO進(jìn)入熔渣，有利于提高熔渣的堿度，對(duì)焊縫金屬的低溫韌性有好處。Mg、Al總含量少于0. 30% 藥芯焊絲脫氧不足，焊縫中的氧含量增加，降低焊縫金屬的低溫沖擊韌性；但是總含量多于 0. 70%電弧的吹力太大，焊角焊縫時(shí)容易產(chǎn)生咬邊現(xiàn)象，同時(shí)Mg、Al在使用過程中安全性差，極容易燃燒產(chǎn)生爆炸，從生產(chǎn)安全考慮，在滿足脫氧的情況下，盡量減少M(fèi)g、Al的加入量。適量的CaCO3可參與造渣，提高熔渣的堿度，對(duì)焊縫金屬低溫沖擊韌性有好處，同時(shí)可以使溶滴尺寸變小，降低焊絲的飛濺，對(duì)全位置焊接有一定的幫助。太少0.10%(占焊絲總質(zhì)量)，上述作用不明顯；多于0. 20%(占焊絲總質(zhì)量)，焊絲在焊接過程中熔滴增大，飛濺增加，同時(shí)焊絲全位置焊接性能變差。V的加入可以顯著提高焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度，并在與焊縫中C含量成一定比例時(shí)， 焊縫金屬具有良好的低溫沖擊韌性。少于0.05%(占焊絲總質(zhì)量)，則對(duì)焊縫金屬抗強(qiáng)度影響不大，多于0. 10%(占焊絲總質(zhì)量)，則焊縫金屬抗拉強(qiáng)度太高。經(jīng)過大量試驗(yàn)證明焊縫金屬中C含量與V含量之比為0. 7^1. 2，焊縫金屬具有良好的低溫沖擊韌性。Si是主要脫氧劑，降低焊縫金屬的氧含量，提高低溫沖擊韌性，調(diào)節(jié)鐵水的流動(dòng)性，加入量少于0. 2%(占焊絲總質(zhì)量)時(shí)不能體現(xiàn)上述特征，大于0. 4%時(shí)鐵水變粘，焊縫強(qiáng)度過高，低溫沖擊韌性降低。因此限定在0. 29Π). 4%。Ni焊縫金屬中重要的合金元素，能提高焊縫金屬的低溫韌性，降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度， 但鎳含量過高則會(huì)增大熱裂敏感性。按照合金要求，加入范圍為3.0飛.0%(占焊絲總質(zhì)量)。Cr有提高強(qiáng)度和淬透性的作用，可提高焊縫耐大氣和海水腐蝕的能力。但是同時(shí)Cr還降低焊縫的低溫韌性和延伸率，因此必須控制加入。按照合金要求，加入范圍為 0. 6 1.4% (占焊絲總質(zhì)量)。Mo有提高強(qiáng)度的作用，在一定的范圍可以提高低溫沖擊韌性。含量過多時(shí)強(qiáng)度增加過多，低溫沖擊韌性下降。按照合金要求，加入范圍為0. 8^2. 0%(占焊絲總質(zhì)量)。Fe即鐵粉，能改善電弧狀態(tài)，調(diào)節(jié)鐵水熔點(diǎn)和粘度，余量加入。Mn是主要脫氧劑，降低焊縫金屬的含氧量，增加焊縫金屬強(qiáng)度和抗裂性，提高低溫沖擊韌性，調(diào)節(jié)鐵水流動(dòng)性，加入量少于1. 0%時(shí)，體現(xiàn)上述特性不足，大于3. 0%時(shí)焊縫強(qiáng)度過高，低溫沖擊韌性降低。因此限定在1. (Γ3. 0%(占焊絲總質(zhì)量)。Re (稀土)可以凈化焊縫組織、細(xì)化晶粒、改變夾雜物的形狀和大小來改善焊縫金屬的低溫沖擊韌性，同時(shí)可以降低擴(kuò)散氫含量。在本發(fā)明藥芯焊絲中Re的是采用稀土鐵合金的方式加入。少于0. 01%,上述作用不明顯，多于0. 02%則使焊接工藝變差。本發(fā)明的特點(diǎn)是所采用的藥芯焊絲成分配比，可最大限度的發(fā)揮各組份的優(yōu)勢(shì)， 能使焊縫金屬化學(xué)成分及力學(xué)性能滿足屈服強(qiáng)度為590MPa級(jí)鋼板的焊接要求，是一種與屈服強(qiáng)度為590MPa級(jí)鋼板相配套的藥芯焊絲。本發(fā)明提供8個(gè)實(shí)施例，其中實(shí)施例廣8的配方列在表一中。下面通過具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明 實(shí)施例
本實(shí)施例的藥芯焊絲，藥芯的成分及其占所述藥芯焊絲總質(zhì)量的百分比含量如下 TiO2, Mn、Si、Si02、Zr02、MgO、A1203、CaCO3, CaF2, Cr、Mo、Ni、V、Fe、Mg、Al。本實(shí)施例藥芯焊絲的制備方法使用鋼帶法生產(chǎn)藥芯焊絲，0型對(duì)接，在低碳鋼鋼帶制成的外皮內(nèi)填充粉料，填充率為1壙22%，經(jīng)過成型減徑后得到直徑為1. (Tl. 6mm的成
品焊絲。本實(shí)施例藥芯焊絲的應(yīng)用采用富氬氣體(Ar80%+C0220%)保護(hù)下，本發(fā)明的藥芯焊絲在室溫25°C，相對(duì)濕度70%的條件下，Φ 1. 2mm的本發(fā)明藥芯焊絲采用電流22(Γ240Α， 電壓^ 30V，線能量為13 15KJ/cm，層間溫度為13(Tl50°C的焊接規(guī)范焊接試板，試板為屈服強(qiáng)度為590MPa鋼板或同級(jí)別強(qiáng)度的低合金鋼。表一中列舉實(shí)施例No. Γ No. 8的藥芯成分及其占所述藥芯焊絲總質(zhì)量的百分比％。表一
權(quán)利要求
1.一種藥芯焊絲，由外皮和填充在所述外皮內(nèi)的藥芯構(gòu)成，其特征在于，所述外皮為低碳鋼，所述藥芯質(zhì)量為所述藥芯焊絲質(zhì)量的14 2洲，所述藥芯含有的成分及其占所述藥芯焊絲總質(zhì)量的百分比如下TiO2 1. 6 5. 0%, SiO2 0. 4 1%，Mn 1. 0 3· 0%, Si 0. 2 0. 4% ；MgO 0. 20 0· 50% ；Al2O3 0. 10 0. 20%, CaCO3 0. 10 0. 20%, CaF2 0. 21 0. 41%, Cr 0. 6 1. 4%, Mo 0. 8 2. 0%, Ni 3 6%，V0.05 0. 10%, Re 0. θΓθ. 02%, Mg 0. 15 0. 35%, Al 0. 15 0. 35%, Fe 余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述藥芯還含有&02，占所述藥芯焊絲總質(zhì)量的百分比為0. Γ0. 5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述焊絲中F元素的含量占所述藥芯焊絲質(zhì)量的0. Γ0. 2%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述藥芯焊絲的熔敷金屬中C元素與 V元素的質(zhì)量比為0. 7 1.2:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述藥芯的成分及其占所述藥芯焊絲總質(zhì)量的百分比如下TiO2 3. 2%, SiO2 0. 5%, ZrO2 0. 1%, MgO 0. 41%, Al2O3 0. 16%, Mn 3. 0%, Si 0. 25%, CaCO3 0. 15%, CaF2 0. 41%, Cr 1. 4%, Mo 1. 30%, Ni 3. 0%, V 0. 07%, Fe1.94%, Mg 0. 21%, Al 0. 2 %，Re 0. 016%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述藥芯焊絲的橫截面直徑為 1. 2mnTL 6mm。
7.制備權(quán)利要求廣5任一項(xiàng)所述的藥芯焊絲的方法，其特征在于，步驟如下使用鋼帶法生產(chǎn)所述藥芯焊絲，0型對(duì)接，在低碳鋼鋼帶制成的外皮內(nèi)填充所述藥芯的成分，經(jīng)過成型減徑后得到所述藥芯焊絲。
8.權(quán)利要求廣6任一項(xiàng)所述的藥芯焊絲在焊接中的應(yīng)用，其特征在于，所述藥芯焊絲用于焊接屈服強(qiáng)度大于等于590MPa級(jí)的鋼板。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的藥芯焊絲在焊接中的應(yīng)用，其特征在于，所述藥芯焊絲在焊接時(shí)采用體積百分比含量Ar 80%和(X)2 20%的混合氣體保護(hù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的藥芯焊絲在焊接中的應(yīng)用，其特征在于，所述藥芯焊絲焊接時(shí)的條件為采用電流220140 A，電壓觀 30 V，線能量為13 15 KJ/cm，層間溫度為 13(Γ150 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種藥芯焊絲，由外皮和藥芯構(gòu)成，外皮為低碳鋼，藥芯為所述藥芯焊絲質(zhì)量的14~22%，藥芯含有的成分及其占藥芯焊絲總質(zhì)量的百分比如下TiO21.6~5.0%，SiO20.4~1%,Mn1.0~3.0%，Si0.2~0.4%；MgO0.20~0.50%；A12O30.10~0.20%，CaCO30.10~0.20%，CaF20.21~0.41%，Cr0.6~1.4%，Mo0.8~2.0%，Ni3~6%，V0.05~0.10%，Re0.01~0.02%，Mg0.15~0.35%，Al0.15~0.35%，F(xiàn)e余量。本發(fā)明提供的藥芯焊絲具有高強(qiáng)度、韌性、良好的抗裂性。
文檔編號(hào)B23K35/362GK102161137SQ201110106920
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者劉玉雙, 呂奎清, 李磊, 杜曉琪, 田海成, 韓海峰 申請(qǐng)人:武漢鐵錨焊接材料股份有限公司