專利名稱：一種高速平角焊藥芯焊絲及其制備與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬焊接用焊接材料，具體指一種CO2氣體保護(hù)用高速平角焊藥芯焊絲及其制備和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
藥芯焊絲是一種高效焊接材料，具有焊接效率高，縮短焊接周期、焊接工藝性能好、焊縫成型美觀、成分易于調(diào)整、焊接變形小等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在船舶、橋梁等鋼結(jié)構(gòu)焊接中得到廣泛應(yīng)用。采用普通的E501-1藥芯焊絲進(jìn)行高速平角焊來焊接富鋅底漆鋼板拼裝的T形接頭，焊縫表面常常出現(xiàn)各種焊接缺陷，如壓痕、氣孔等。為了防止這些焊接缺陷的產(chǎn)生，通常需要除去鋼板表面的底漆涂層，或者減小焊接速度。然而這些方法將降低生產(chǎn)效 率，增加焊接成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是解決焊接帶富鋅底漆T形接頭角焊縫時(shí)抗氣孔能力差的問題。本發(fā)明提供一種氣體保護(hù)焊高速平角焊藥芯焊絲，它具有抗氣孔性優(yōu)異、擴(kuò)散氫達(dá)到低氫水平，熔敷效率高，電弧穩(wěn)定性好，飛濺少，適用于屈服強(qiáng)度級(jí)別為390MPa鋼板的平角焊。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種氣體保護(hù)用高速平角焊藥芯焊絲，包括碳鋼外皮及填充在碳鋼外皮內(nèi)的藥粉，所述藥粉含有以下成分及其占所述藥芯焊絲總重量的百分比為
Ti022. 5 4. 0% ；Zr020. Γθ. 6% ；Α1203 O. 05 O. 25% ；Si02 O. 20 0· 7% ;Mg00 0. 3% ；Si
0.3 0· 6% ；Mnl. 5 2· 5% ；NaF0. 08 O. 4% ;Mg、Al 混合物 0. 3 0· 5% ；Fe 余量。進(jìn)一步的，所述藥芯中Al2O3與MgO之和與TiO2的質(zhì)量質(zhì)量比(Al2O3+ MgO)/ TiO2為 O. 05 O. 20。進(jìn)一步的，所述低碳鋼外皮中的成分占低碳鋼的重量百分比為Mn O. 15^0. 4%,Si ( O. 025%, C 彡 O. 035%, S 彡 O. 017，P 彡 O. 014%, N 彡 O. 006%。進(jìn)一步的，所述述藥芯焊絲的熔敷金屬中C元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 04、. 07%。進(jìn)一步的，所述藥芯焊絲的熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量低于5ml/100g (采用水銀置換法)。進(jìn)一步的，所述藥芯焊絲的橫截面直徑為I. 2mnTl. 4mm。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)所述藥芯焊絲，O型對(duì)接或O型搭接，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。本發(fā)明提供上述藥芯焊絲在焊接中的應(yīng)用，其特征在于，用于焊接富鋅底漆鋼板拼裝的T形接頭平角焊縫。進(jìn)一步的，所述鋼板的屈服強(qiáng)度級(jí)別為390MPa。
進(jìn)一步的，上述藥芯焊絲在焊接時(shí)采用CO2氣體保護(hù)。進(jìn)一步的，上述藥芯焊絲焊接時(shí)的條件為單絲焊時(shí)，采用電流28(Γ320 Α，電壓3(Γ36 V，焊接速度焊接速度5(T70cm/min，帶富鋅底漆鋼板上氣孔小于2個(gè)/2m ;雙絲焊時(shí)，前行焊絲采用26(Γ300Α，電壓28 32V ;后行焊絲采用280 320Α，電壓30 36V ;焊接速度均為10(Tl20cm/min，帶富鋅底漆鋼板上氣孔小于I個(gè)/2m。本發(fā)明設(shè)計(jì)思路如下
采用TiO2 -ZrO2-SiO2渣系，ZrO2對(duì)改善熔渣覆蓋十分有利。控制造渣劑含量，并通過調(diào)整各組分的含量，使藥芯焊絲在造渣劑含量低的條件下具有良好的工藝性能。在藥芯中加入大量鐵粉，提高其熔敷效率；并采用Mn-Mg-Al- Si聯(lián)合脫氧的方式，盡量減少焊縫中的氧含量，(TC沖擊韌性>100J。TiO2、ZrO2、Al2O3、Si02、Mg0、NaF 為藥芯粉料中礦物成分 TiO2 :調(diào)節(jié)熔渣熔點(diǎn)和粘度，改善電弧穩(wěn)定性和焊縫成型，加入量少于2. 5%時(shí)熔渣不能完全覆蓋，焊縫成形差，飛濺多；當(dāng)加入量超過3. 5%時(shí)，會(huì)使焊縫成形變差，脫渣不好，還易產(chǎn)生氣孔。因此，加入量控制為2. 5^3. 5%。ZrO2 :提高熔渣熔點(diǎn)和粘度，改善熔渣覆蓋性能，使熔渣能完全覆蓋而不出現(xiàn)漏渣，提高角焊縫的等角性，使焊縫表面光潔。加入量少于O. 1%時(shí)不能體現(xiàn)上述特征；加入量大于O. 6%時(shí)，焊縫成形差、熔渣不易脫落，抗氣孔性也變差。因此加入量控制為O. Γ0. 6%。Al2O3 :提高熔渣熔點(diǎn)和粘度，調(diào)整熔渣流動(dòng)性，加入量少于O. 05%時(shí)不能體現(xiàn)上述特征；當(dāng)加入量大于O. 25%時(shí)，會(huì)使熔渣熔點(diǎn)提高，影響熔渣流動(dòng)性，焊縫成形變差。因此，加入量控制為O. 05 O. 25%。SiO2 :調(diào)節(jié)熔渣流動(dòng)性和粘度，細(xì)化熔滴，降低飛濺、改善熔渣覆蓋性能。加入量少于O. 20%時(shí)熔渣不能完全覆蓋，焊縫成形及脫渣都很差；加入量大于O. 7%時(shí)，會(huì)降低熔渣熔點(diǎn)，熔渣流動(dòng)性太強(qiáng)，使角焊縫等角性變差，因此，加入量控制為O. 2(Γ0. 7%。MgO :與ZrO2作用類似，提高熔渣熔點(diǎn)和粘度，改善角焊縫的等角性，且能提高熔渣透氣性，降低熔敷金屬擴(kuò)散氫含量。加入量大于O. 3%時(shí)，熔渣覆蓋性能變差，容易出現(xiàn)漏渣現(xiàn)象，還會(huì)影響脫渣。因此加入量控制為O、. 3%。NaF :去氫劑，降低焊縫擴(kuò)散氫含量。加入量太少時(shí)去氫能力不足，焊縫易產(chǎn)生氣孔壓坑；加入量太多時(shí)焊接飛濺和煙塵增大，在高速焊接條件下飛濺增大會(huì)使焊縫變差，還會(huì)降低熔渣熔點(diǎn)，使熔渣流動(dòng)性變差，覆蓋不良。因此，NaF加入量控制為O. 08、. 4%。Si是重要脫氧劑，焊絲中含有一定量的Si能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O. 3%時(shí)不能體現(xiàn)上述特征，大于O. 6%時(shí)鐵水變粘，焊縫強(qiáng)度過高，沖擊韌性降低。因此限定在O. 3^0. 6%。Mg、Al是強(qiáng)脫氧劑，提高沖擊韌性，加入量少于O. 3%時(shí)提高低溫沖擊韌性能力及脫氧能力不足，大于O. 5%時(shí)由于脫氧產(chǎn)物含有鎂或鋁氧化物使熔渣的熔點(diǎn)上升凝固速度加快不利于焊縫氣體的排除和焊縫成型。因此限定在O. 3^0. 5%。Mn是主要脫氧劑，降低焊縫金屬的含氧量，增加焊縫金屬?gòu)?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I. 5%時(shí)，體現(xiàn)上述特性不足，大于2. 5%時(shí)焊縫強(qiáng)度過高，低溫沖擊韌性降低。因此限定在I. 5^2. 5%。C滲入熔敷金屬中，能促進(jìn)一次針狀鐵素體析出，控制先共析鐵素體含量，從而細(xì)化晶粒，不僅能提高焊縫金屬?gòu)?qiáng)度，還能提高焊縫金屬的低溫沖擊韌性。熔敷金屬中C含量低于O. 04%時(shí)，熔敷金屬表現(xiàn)為低溫沖擊韌性差，或者低溫沖擊韌性不穩(wěn)定；熔敷金屬中C含量過高，不僅使焊縫金屬?gòu)?qiáng)度增加，塑性降低，還會(huì)在焊接過程中使飛濺增多，影響焊接工藝和焊接速度。Fe即鐵粉，提高熔敷效率，改善電弧狀態(tài)，余量加入。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)，抗氣孔性能優(yōu)異，焊接速度快，熔敷效率高。本發(fā)明的有益效果是
I、本發(fā)明提供的藥芯焊絲熔敷效率高(熔敷效率達(dá)90%以上)，焊接速度快，用于帶富鋅底漆鋼板平角焊的超低氫藥芯焊絲，可用于屈服強(qiáng)度級(jí)別為390MPa的鋼板。2、確定ZrO2和MgO的加入量，ZrO2和MgO均能提高熔渣熔點(diǎn)，改善熔渣粘度，可使 角焊縫的等角性更好。ZrO2還能有效改善熔渣的覆蓋，使焊縫表面光潔;MgO能提高熔渣透氣性，對(duì)抗氣孔性能非常有利。3、控制造渣劑總量，使造渣劑含量占藥芯焊絲總量的百分比低于4. 6%，在確保藥芯焊絲工藝性能良好的同時(shí)還具有優(yōu)異的抗氣孔性能。4、加入強(qiáng)脫氧劑Mg、Al的混合物，提高了焊縫的常溫沖擊韌性，有利于焊縫氣體的排出和焊縫成型，焊縫具有良好的沖擊韌性，0°C沖擊大于100J。5、控制好熔敷金屬中C含量，C能促進(jìn)一次針狀鐵素體析出，控制先共析鐵素體含量，從而細(xì)化晶粒，不僅能提高焊縫金屬?gòu)?qiáng)度，還能提高焊縫金屬的低溫沖擊韌性。熔敷金屬中C含量低于O. 04%時(shí)，熔敷金屬表現(xiàn)為低溫沖擊韌性差，或者低溫沖擊韌性不穩(wěn)定；熔敷金屬中C含量過高，不僅使焊縫金屬?gòu)?qiáng)度增加，塑性降低，還會(huì)在焊接過程中使飛濺增多，影響焊接工藝和焊接速度。


圖I由帶富鋅底漆拼接的T形接頭，箭頭所指即為底漆 圖2單絲焊示意圖I一焊槍
圖3雙絲焊示意圖
2—焊槍 3—焊槍
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。本發(fā)明提供5個(gè)實(shí)施例，其中實(shí)施例Γ5的配方列在表I及表2中。5個(gè)實(shí)施例均具有特別優(yōu)異的焊接工藝性能焊接電弧穩(wěn)定、飛濺極少、脫渣容易、焊縫成型美觀光亮、抗氣孔性能優(yōu)良。實(shí)施例
本實(shí)施例的藥芯焊絲，藥芯的成分(TiO2、Zr02、Al2O3、Si02、Mg0、NaF、Si、Mg或Al、Mn, Fe)及其占所述藥芯焊絲總質(zhì)量的百分比含量見表4。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，O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1Γ14. 5%，經(jīng)過成型減徑后得到直徑為I. 2^1. 4mm的成品焊絲。本實(shí)施例藥芯焊絲的應(yīng)用采用CO2保護(hù)，本發(fā)明的藥芯焊絲在室溫25°C，相對(duì)濕度80%的條件下，本發(fā)明藥芯焊絲單絲焊時(shí)，采用電流28(Γ320Α，電壓28 36V，焊接帶富鋅底漆鋼板時(shí)，速度5(T70cm/min，T型接頭正反兩面氣孔滿足小于3個(gè)/2m。本實(shí)施例藥芯焊絲的應(yīng)用采用CO2保護(hù)，本發(fā)明藥芯焊絲雙絲焊時(shí)，前行焊絲采用26(Γ300Α，電壓28 32V ;后行焊絲采用280 320Α，電壓30 36V ;焊接速度均為10(Tl20cm/min,帶富鋅底漆鋼板上氣孔小于3個(gè)/2m。表I中列舉實(shí)施例No. Γ No. 5的藥芯中造渣劑成分及其占所述藥芯焊絲總質(zhì)量的百分比含量％。表2中列舉實(shí)施例No. Γ No. 5的藥芯中合金成分及其占所述藥芯焊絲總質(zhì)量的百分比含量％。藥芯焊絲的鋼制外皮采用低碳鋼鋼帶，其化學(xué)成分見表3。藥芯粉料的化學(xué)成分 及原材料構(gòu)成見表4。表I造洛劑成分及含量
,, 迭淹刳成分及含翁耗迭淹實(shí)施--1----■ ( Al2O3+到總
M TiO2 ZrO2 Al2O3 SiO2 |!gO NaF MgO) /TIO2
......... uf;%
M I 2.5 0.40.210.60.280.20.194.19
例 2 2.S 0.20.100.400.120.080.083.7
M 3 3.0 0.150.140.450.140.40.094.28
Pl 4 3.2 0.460.070.210.10J50.054.39
例 5 3.4 0,350.160.35 —0.280,104.54 表2合金成分及含量
權(quán)利要求
1.一種氣體保護(hù)焊用高速平角焊藥芯焊絲，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，所述藥芯含有的成分及其占所述藥芯焊絲總質(zhì)量的百分比為Ti022. 5 4. 0% ；ZrO2O. Γθ. 6% ；Α1203 O. 05 O. 25% ；Si02 O. 20 0· 7% ;Mg00 0· 3% ；Si.0.3 0. 6% ；Mnl. 5 2. 5% ；NaF0. 08 0. 4% ;Mg、Al 混合物 0. 3 0· 5% ；Fe 余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體保護(hù)焊用高速平角焊藥芯焊絲，其特征在于，所述藥芯中Al2O3與MgO之和與TiO2的質(zhì)量質(zhì)量比(Al2O3+ MgO) / TiO2為O. 05 O. 20。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述低碳鋼外皮中的成分占低碳鋼的重量百分比為Mn O. 15 O. 4%, Si ≤ O. 025%, C ≤ O. 035%, S ≤ O. 017，P ≤ O. 014%,N ≤ O. 006%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I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元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 04、. 07% ;所述藥芯焊絲的熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量低于5ml/100g (采用水銀置換法)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I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 4mm。
6.制備權(quán)利要求I飛任一項(xiàng)所述的藥芯焊絲的方法，其特征在于，步驟為使用鋼帶法生產(chǎn)所述藥芯焊絲，O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。
7.根據(jù)權(quán)利要求I飛任一項(xiàng)所述的藥芯焊絲在焊接中的應(yīng)用，其特征在于，所述的藥芯焊絲用于焊接富鋅底漆鋼板拼裝的T形接頭平角焊縫。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的藥芯焊絲在焊接中的應(yīng)用，其特征在于，所述鋼板的屈服強(qiáng)度級(jí)別為390MPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的藥芯焊絲在焊接中的的應(yīng)用，其特征在于，所述藥芯焊絲在焊接時(shí)采用CO2氣體保護(hù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7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)的條件為單絲焊時(shí)，采用電流28(Γ320 Α，電壓3(Γ36 V，焊接速度焊接速度5(T70cm/min，帶富鋅底漆鋼板上氣孔小于2個(gè)/2m;雙絲焊時(shí)，前行焊絲采用26(Γ300Α，電壓28 32V，后行焊絲采用28(Γ320Α，電壓30 36V，焊接速度均為10(Tl20cm/min，帶富鋅底漆鋼板上氣孔小于I個(gè)/2m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣體保護(hù)焊用高速平角焊藥芯焊絲，包括碳鋼外皮及填充在碳鋼外皮內(nèi)的藥粉，其特征在于所述藥粉含有以下成分及其占所述藥芯焊絲總重量的百分比為TiO22.5~3.5%；ZrO20.1~0.6%；Al2O30.05~0.25%；SiO2 0.20~0.7%；MgO0~0.3%；Mn1.5~2.5%；Si0.3~0.6%；NaF0.08~0.4%；Mg、Al混合物0.3~0.5%；Fe余量。本發(fā)明提供一種超低氫、抗氣孔能力優(yōu)異、高熔敷效率的藥芯焊絲。
文檔編號(hào)B23K35/30GK102873468SQ20121034604
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者蔡俊, 汪昌紅, 盧偉 申請(qǐng)人:武漢鐵錨焊接材料股份有限公司