藥芯焊絲及其在立向上自動(dòng)小車焊接中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及焊接材料領(lǐng)域，具體涉及一種藥芯焊絲及其在立向上自動(dòng)小車焊接中 的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 半自動(dòng)全位置藥芯焊絲在造船業(yè)的使用已是一種常態(tài)，全自動(dòng)焊接用藥芯焊絲也 已經(jīng)在平焊/平角焊焊位使用。隨著造船工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)一步普及，勞動(dòng)成本的逐年增長(zhǎng)， 作業(yè)環(huán)境的進(jìn)一步細(xì)化分工，以及高級(jí)技能焊接操作者的短缺，自動(dòng)化焊接已經(jīng)不滿足于 平焊/平角焊焊位，有少數(shù)造船廠已經(jīng)開(kāi)始向立向上角焊自動(dòng)化焊接方向發(fā)展。
[0003] 目前使用的藥芯焊絲主要是以金紅石為主要組分的酸性藥芯焊絲。該類焊絲可 進(jìn)行全位置焊接，但在進(jìn)行自動(dòng)小車立向上焊接時(shí)，焊接電流的使用范圍較窄，焊縫凸度偏 大，制約了該類藥芯焊絲在自動(dòng)化焊接方面的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決藥芯焊絲全位置焊接性，本發(fā)明提供了一種藥芯焊絲，更適合于自動(dòng)化 焊接。
[0005] 本發(fā)明提供的藥芯焊絲，由碳鋼外皮包裹藥芯組成，其特征在于，按占焊絲總質(zhì)量 的百分比計(jì)，藥芯成分包括：
[0006] 二氧化鈦 5. 10 ~5. 90% ;
[0007] 二氧化硅 0· 70 ~0· 80% ;
[0008] 金屬氟化物0· 25~0· 30% ;
[0009] 金屬氧化物0· 90~1. 10% ;
[0010] 穩(wěn)弧劑 0· 40 ~0· 50 % ;
[0011] 金屬粉末余星；其中，
[0012] 所述金屬氟化物為氟化鈉、氟化鋰和六氟鋁酸鈉中任意兩種以上的混合物；金屬 氧化物為鐵的氧化物和氧化鋁；穩(wěn)弧劑由鈦酸鉀、氟化鋰和鈉水玻璃粉混合經(jīng)750°C高溫 燒結(jié)而成；金屬粉末包括鋁、鎂、錳鐵、硅鐵、鎳和鐵。
[0013] 上述配方中，加入強(qiáng)氧化劑Al、Mg、Si、Mn，降低焊縫金屬中的氧含量，提高熔化金 屬的粘性。當(dāng)焊縫金屬中的氧含量降低至200ppm以下時(shí)，焊縫金屬的粘性顯著提高，增加 焊縫金屬的抗重力作用，從而得到優(yōu)良的全位置焊接性。
[0014] 為了穩(wěn)定電弧，降低飛濺的發(fā)生量，選用了有穩(wěn)定電弧作用的鈦酸鉀、氟化鋰以及 起調(diào)節(jié)熔煉溫度和調(diào)節(jié)熔渣特性作用的鈉水玻璃粉。鈦酸鉀和氟化鋰的流動(dòng)性很差，在配 方中直接加入，將直接影響粉料的流動(dòng)性，導(dǎo)致藥芯填充的穩(wěn)定性變差。同時(shí)，鈦酸鉀、氟化 鋰和鈉水玻璃粉都是易吸潮物質(zhì)，含有水分，直接使用將導(dǎo)致藥芯含水量增加。為了改善粉 料流動(dòng)性，降低藥芯含水量，將鈦酸鉀、氟化鋰與助熔劑鈉水玻璃粉一起進(jìn)行750°C高溫?zé)?結(jié)，并保溫2小時(shí)，然后把燒結(jié)得到的物質(zhì)重新加工成粉末狀，粒度控制在-80目100%通 過(guò)。、通過(guò)重熔，改善粉料流動(dòng)性，保證粉料填充的均勻性。處理后的穩(wěn)弧劑含水量可以控制 到0. 10%以下，且再吸潮性大大降低。實(shí)驗(yàn)證明，穩(wěn)弧劑在空氣中放置10天，水分增加量小 于0. 10%。穩(wěn)弧劑的加入量一般控制在焊絲全重的0. 40~0. 50%。
[0015] 鐵的氧化物屬于中性氧化物，在配方中主要起修整焊道形狀的作用。加入鐵的氧 化物還可以平衡渣與鐵水的氧化勢(shì)，使渣容易脫落。鐵的氧化物加入量一般控制在0. 15~ 0. 40%。另外，加入氧化鋁也可以降低飛濺。氧化鋁的加入量控制在1.00%以下，優(yōu)選控制 在 0· 60 ~0· 90%。
[0016] 優(yōu)選地，所述穩(wěn)弧劑中鈦酸鉀、氟化鋰和鈉水玻璃粉的質(zhì)量比為5:2:3。
[0017] 優(yōu)選地，所述金屬粉中鋁占藥芯焊絲總重量的0. 50~0. 80%，鎂占藥芯焊絲總 重量的〇. 30%以內(nèi)，硅占藥芯焊絲總重量的0. 50%以內(nèi)，錳占藥芯焊絲總重量的0. 90~ 1. 40%，鎳占藥芯焊絲總重量的0. 20~0. 50%。
[0018] 強(qiáng)氧化劑Al在焊接過(guò)程中可以提高熔化金屬的粘性，使得在全位置焊接過(guò)程中 焊道形狀良好。但是，如果Al含量不到焊絲全重的0. 50%時(shí)立焊焊接電流將降低，不能適 用于大電流焊接。而Al含量超過(guò)焊絲全重的0. 80 %時(shí)焊縫金屬中的Al含量將過(guò)剩，惡化焊 縫組織，使韌性降低。因此應(yīng)控制焊縫中的Al含量。當(dāng)焊縫金屬中的Al含量低于0.05% 時(shí)，可以得到好的沖擊韌性。
[0019] 強(qiáng)氧化劑Mg的氧化產(chǎn)物屬于堿性氧化物，可提高熔渣堿度及焊縫金屬的低溫沖 擊韌性。但由于Mg的氧化物改變了熔渣特性，惡化了立焊縫成型，使焊縫形狀外凸。本專 利中加入Mg旨在提高焊縫金屬的低溫沖擊韌性。Mg的加入量控制在焊絲全重的0. 30%以 內(nèi)。
[0020] Si有提高母材和焊縫金屬的熔合的效果。但焊縫金屬中Si的含量超過(guò)0. 90 %時(shí) 將惡化焊縫金屬的韌性。另外，Si也導(dǎo)致強(qiáng)度過(guò)高，影響韌性。因此應(yīng)控制焊縫中Si的含 量，一般控制在0. 50%以內(nèi)。
[0021] Mn是奧氏體形成元素，有提高焊縫金屬韌性的作用，但含量過(guò)高時(shí)焊縫金屬的強(qiáng) 度過(guò)高，導(dǎo)致韌性下降。因此應(yīng)將焊縫中的Mn控制在0.90~1.40%。Ni是確保含Al熔 化金屬韌性的有效元素。當(dāng)Ni含量低于焊絲全重的0. 1%時(shí)效果不明顯，Ni含量一般控制 在焊絲全重的0. 20~0. 50%。
[0022] 優(yōu)選地，所述二氧化鈦來(lái)源于金紅石和鈦酸鉀，金紅石的用量占藥芯焊絲全重的 5. 10%~5.90% ;鈦酸鉀的用量占藥芯焊絲全重的0.70%以下。
[0023] 金紅石作為造渣劑，添加的量應(yīng)適中。加入量過(guò)少，焊縫成型變差，加入量過(guò)多，容 易導(dǎo)致焊縫表面出現(xiàn)熔渣殘留，影響焊縫美觀。金紅石的量應(yīng)控制在焊絲全重的5. 10%~ 5. 90%〇
[0024] 鈦酸鉀作為二氧化鈦的其中一個(gè)來(lái)源，首先有利于協(xié)調(diào)粉料的流動(dòng)性，鈦酸鉀的 量超過(guò)焊絲全重的0. 70%，粉料的填充均勻性就會(huì)受影響，超過(guò)焊絲全重的1. 50%，粉料 的流動(dòng)性將受到嚴(yán)重影響。另外，鈦酸鉀相對(duì)價(jià)格較低，也會(huì)相應(yīng)降低本發(fā)明藥芯焊絲的生 產(chǎn)成本。
[0025] 優(yōu)選地，所述二氧化硅來(lái)源于長(zhǎng)石、鋯英砂和鈉水玻璃粉，其中鋯英砂的用量占藥 芯焊絲全重的0. 50%以下。
[0026] 加入鋯英砂主要是調(diào)節(jié)渣特性，一般控制在0. 50%以內(nèi)。
[0027] 優(yōu)選地，藥芯焊絲中藥芯的填充率為10~20%。
[0028] 碳鋼外皮內(nèi)部包裹的藥芯占焊絲總重量的百分比（即填充率）控制在10.0~ 20. 0%?？紤]到焊絲的拉拔性，填充率應(yīng)控制在10. 0~16. 0%較好。如果低于10. 0%，焊 接形成的渣量少，熔渣覆蓋不全，如果超過(guò)16. 0%，則在拉絲過(guò)程中容易產(chǎn)生斷絲現(xiàn)象，影 響制造過(guò)程的順利進(jìn)行。填充率一般控制在12. 0~14. 0%最佳。
[0029] 優(yōu)選地，所述碳鋼外皮為SPCC-SD碳鋼帶。
[0030] 本發(fā)明還提供以上任一所述的藥芯焊絲在立向上自動(dòng)小車焊接中的應(yīng)用。
[0031] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0032] 該藥芯焊絲能滿足半自動(dòng)全位置焊接，更適用于小車行走立向上全自動(dòng)焊接。 該藥芯焊絲在進(jìn)行立向上全位置焊接時(shí)，適應(yīng)焊接電流范圍可達(dá)180A~260A，具有焊接 效率高、焊縫成型好、免打磨等特點(diǎn)，焊縫金屬抗拉強(qiáng)度在500~620MPa，低溫沖擊韌性 (-20 〇C ) ^ 47J 〇
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)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。
[0034] 碳鋼外皮采用SPCC-SD鋼帶，鋼帶化學(xué)成分見(jiàn)表1，藥芯按照表2的比例配制粉料， 制作成外徑為Φ1. 2mm的焊絲。焊絲填充率為14. 0%。
[0035] 表1鋼帶的化學(xué)成分（％ )
[0036]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種藥芯焊絲，由碳鋼外皮包裹藥芯組成，其特征在于，按占焊絲總質(zhì)量的百分比 計(jì)，藥芯成分包括： 二氧化鈦5. 10~5. 90% ; 二氧化硅〇? 70~0? 80% ; 金屬氟化物0.25~0.30% ; 金屬氧化物〇. 90~1. 10% ; 穩(wěn)弧劑0. 40~0. 50% ; 金屬粉末余量；其中， 所述金屬氟化物為氟化鈉、氟化鋰和六氟鋁酸鈉中任意兩種以上的混合物；金屬氧化 物為鐵的氧化物和氧化鋁；穩(wěn)弧劑由鈦酸鉀、氟化鋰和鈉水玻璃粉混合經(jīng)750°C高溫?zé)Y(jié) 而成；金屬粉末包括鋁、鎂、錳鐵、硅鐵、鎳和鐵。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述穩(wěn)弧劑中鈦酸鉀、氟化鋰和鈉水 玻璃粉的質(zhì)量比為5:2:3。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述金屬粉中鋁占藥芯焊絲總重量 的0. 50~0. 80%，鎂占藥芯焊絲總重量的0. 30%以內(nèi)，硅占藥芯焊絲總重量的0. 50%以 內(nèi)，錳占藥芯焊絲總重量的0. 90~1. 40%，鎳占藥芯焊絲總重量的0. 20~0. 50%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述二氧化鈦來(lái)源于金紅石和鈦酸 鉀，金紅石的用量占藥芯焊絲全重的5. 10%~5.90% ;鈦酸鉀的用量占藥芯焊絲全重的 0. 70%以下。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述二氧化硅來(lái)源于長(zhǎng)石、鋯英砂和 鈉水玻璃粉，其中鋯英砂的用量占藥芯焊絲全重的〇. 50%以下。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，填充率為10. 0~20. 0%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1~6任一所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述碳鋼外皮為SPCC-SD碳 鋼帶。
8. 權(quán)利要求1~7所述的藥芯焊絲在立向上自動(dòng)小車焊接中的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種藥芯焊絲及其在立向上自動(dòng)小車焊接中的應(yīng)用，該藥芯焊絲由碳鋼外皮包裹藥芯組成，藥芯包括二氧化鈦5.10～5.90％；二氧化硅0.70～0.80％；氟化鈉、氟化鋰和六氟鋁酸鈉中任意兩種以上的金屬氟化物0.25～0.30％；鐵的氧化物和氧化鋁0.90～1.10％；穩(wěn)弧劑0.40～0.50％；鋁、鎂、錳鐵、硅鐵、鎳和鐵金屬粉末余量；其中，穩(wěn)弧劑由鈦酸鉀、氟化鋰和鈉水玻璃粉經(jīng)750℃高溫?zé)Y(jié)而成。該焊絲能滿足半自動(dòng)全位置焊接，適應(yīng)焊接電流范圍可達(dá)180A～260A，具有焊接效率高、焊縫成型好、免打磨等優(yōu)點(diǎn)，更適用于小車行走立向上全自動(dòng)焊接。
【IPC分類】B23K35-30, B23K9-16, B23K35-368
【公開(kāi)號(hào)】CN104874942
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510289639
【發(fā)明人】楊宗全, 張少健, 王中, 徐文福
【申請(qǐng)人】武漢鐵錨焊接材料股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年6月1日