CN105499837A

CN105499837A - 一种自保护药芯焊丝以及焊接方法

Info

Publication number: CN105499837A
Application number: CN201510967585.9A
Authority: CN
Inventors: 于乾坤
Original assignee: Tianjin Qingxinxiang Technology Development Co Ltd
Current assignee: Tianjin Qingxinxiang Technology Development Co Ltd
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2016-04-20

Abstract

本发明提供了一种自保护药芯焊丝，所述药芯焊丝药粉包括：包括氟化物，氧化物，碳酸盐，硼，金属Mo、Ti、Mn、Ni、V、Cr、W、Nd、Ce以及金属铝，本申请中通过调整掺杂金属和/或非金属，不仅能够提高焊丝的稳定性、耐磨性等理化性能，同时，还能够提高熔敷金属的韧性等理化性质，进而提高焊接质量。同样的，本发明还提供了一种焊接方法，所述焊接方法使用了本申请所述自保护药芯焊丝，通过使用本申请所述药芯焊丝，能够提高熔敷金属的韧性和可塑性，进而提高了焊接质量。

Description

一种自保护药芯焊丝以及焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接领域，具体而言，涉及一种自保护药芯焊丝以及使用该焊丝的焊接方法。

背景技术

焊接是一种材料加工工艺,当今科学技术快速发展,焊接材料也获得了飞速发展。随着工业发展,焊接工艺向机械化、自动化和智能化高效率型转变。

在传统的焊接过程中，由于处于高温状态下的金属会与大气中的氧气和氮气发生化学反应，由此而产生的空泡以及生成的化合物会影响焊接接头的强度。因此，在传统的焊接方法中，都需要使用氩气、氦气等作为保护气体以隔绝空气进行焊接。然而，由于气体保护焊接需要气瓶等辅助设备，对场地的要求比较高，也不适于桥梁和野外等环境的操作；同时，如果环境风速较快，会使得保护气体无法在焊接面进行有效保护。因而，气体保护焊接也只能在风速较小的情况下进行。由此可见，这种传统焊接的限制条件还是比较多的，并不十分实用。

药芯焊丝也称为管状焊丝，可以通过调整药粉的合金成分种类和比例，很方便地设计出各种不同用途(耐磨，高强，耐热，耐蚀，耐低温等)的焊接材料，因为药芯焊丝的药芯的合金成分可根据需要进行灵活方便的调整。而这也使得人们可以根据需要制备多种特种药芯焊丝，而这些都是普通实芯焊丝无法通过冶炼和轧制的方法制备的。同时，由于药芯焊丝的产品结构特点，因而，药芯焊丝的焊接工艺性能及焊接效率相比实芯焊丝或者手工焊条而言，是更有优势的。

自保护药芯焊丝是在普通的药芯焊丝的基础上，进一步在药芯组分中，加入了造渣、造气、脱氧、脱氮等物质。因而，在自保护药芯焊丝除了具有普通药芯焊丝的优点之外，其在焊接过程中同时也不需要进行进一步的气体保护。因而自保护药芯焊丝更适于在桥梁、高原或者其他运输不便或者需要在狭窄环境下的焊接。

现有技术中，虽然对自保护药芯焊丝，尤其是自保护药芯焊丝的药芯中组分已经有了很长时间的研究。然而，现有的药芯焊丝无论是在焊接后熔敷金属的韧性以及强度等的性能并不十分理想，需要进一步对焊丝药芯组分进行调整和优化，以得到性能优异的自保护药芯焊丝。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种自保护药芯焊丝，所述的自保护药芯焊丝通过调整氧化物、碳酸盐以及掺杂金属等组分，能够提高焊接金属的耐磨性、韧性以及性质稳定等理化性质。

本发明的第二目的在于提供一种所述的焊接方法的制备方法，该方法中使用本申请所述自保护药芯焊丝，通过使用本申请所述药芯焊丝以及优化焊接条件，能够提高熔敷金属的韧性和可塑性，进而提高焊接质量。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明申请所述药芯焊丝，所述药芯焊丝的药粉包括氟化物，氧化物，碳酸盐，硼，金属Al、Mo、V、Ni、Cr、Ti、Mo、W、Nd、Ce；其中，按照重量百分比氟化物45％-60％、氧化物10％-20％、碳酸盐2％-8％，硼0.02％-0.1％、金属Al1％-3％、Mo1％-3％、V3％-5％、Ni4％-6％、Cr5％-7％、Ti0.1％-0.3％、W3％-7％、Nd1％-3％、Ce1％-3％。

本申请发明中，通过加入金属Mo和V的添加，能够提高熔敷金属的韧性；同时，金属Cr的添加，也进一步能够提高熔敷金属的强度。同样的，药芯中加入的金属Ti以及硼不仅能够作为强脱氧剂以及C、N化合物形成元素；同时，反应形成的TiN以及BN也可以细化焊缝颗粒，提高焊接质量，而熔敷金属中所混入的金属Ti、B元素也会提高熔敷金属的韧性。进一步的，稀土元素Nd、Ce的加入，也会有效减少熔敷金属内所形成的气孔。

本申请发明中，通过对各组分含量的进一步优化和调整，增强了组分间的协同作用，也能够进一步提高焊接质量。

可选的，本申请发明中，金属Ti和硼的含量比例为1:1-10:1；优选的，本申请发明中，金属Ti和硼的含量比例为5:1-10:1。

本申请发明中，通过添加的金属Ti以及硼含量的调整和优化，可以有效提高焊接金属的韧性，进而提高焊接质量。

可选的，本申请发明中，所述药芯焊丝以低碳钢钢带为焊丝外皮；优选的，本申请发明中，所述低碳钢钢带化学成分的重量比例为C为0.03％，Si为0.01％，Mn为0.21％，S为0.005％，P为0.001％，其余为铁。

本申请发明中，以低碳、低硫钢带为焊丝外皮，可以有效隔离外部空气环境，保证焊丝内药芯粉的成分的稳定性，进而提高焊接的质量。

可选的，本申请发明中，所述药芯焊丝中，所述氟化物为氟化钙、氟化钡以及氟锆酸钠的混合物。

本申请发明中，所加入氟化钙可以改善熔渣的覆盖性作用，进而减少焊接过程中液态金属同电弧中氢原子直接基础的机会，降低焊接金属的吸氢量。氟化钡可以支持很短的电弧,全方位焊接时降低了电弧能量和焊丝燃烧速度,更容易控制熔池，减少了自保护药芯焊丝焊接时熔滴吸收氮和氢的机会。氟锆酸钠的加入有利于提高焊丝的电弧稳定性同时分解出来的Zr可使熔敷金属的晶粒细化。

可选的，本申请发明中，所述氟化钙占药芯粉重质量的百分比低于10％。由于氟化钙会影响电弧的稳定性，氟化钙含量过高，会使得电弧的稳定性逐渐变差，熔渣也会严重变稀，无法实现立焊。

可选的，本申请发明中，所述氧化物为SiO₂、TiO₂以及MgO的混合物。

本申请发明中所用氧化物，能够实现有效的造渣以及调节熔敷金属内残留Al的作用。

可选的，本申请发明中，所述氧化物SiO₂、TiO₂以及MgO的比例为(1-5)：(1-5)：(3-12)；优选的，本申请发明中，所述氧化物SiO₂、TiO₂以及MgO的比例为1：1：2。

本申请发明中，通过不同氧化物的比例调整，能够提高熔敷金属的韧性，并提高焊接的工艺性能。

可选的，本申请发明中，所述碳酸盐为CaCO₃。

本申请发明中所用碳酸钙，可以有效提高焊接过程中气保护的效果并增强电弧吹力，从而有利于提高熔深和焊缝的形成，避免产生未融合、熔渣等的缺陷。

可选的，本申请发明中，碳酸钙的用量为2％-8％。如果碳酸钙的用量小于2％，则无法达到保护的目的；如果碳酸钙用量大于8％，则会出现焊接过程中飞溅明显，恶化操作环境的缺陷。

进一步的，本申请发明中，还可以进一步包括制备所述自保护药芯焊丝的方法，具体的，在选取适当尺寸规格的低碳钢钢带后，将选用钢带经过超声清洗、烘干，然后将钢带轧成“U”型，然后将所述药芯粉装入所述“U”型结构中，再经过轧制封口、减径、矫直、盘缠、包装等工艺制备出具有目标尺寸和规格的自保护药芯焊丝。

进一步的，本申请还提供了一种焊接方法，所述方法中使用权利要求1-8中任一项所述药芯焊丝。

本申请发明中，由于使用了本申请所述药芯焊丝，所以能够有效提高焊接金属的韧性，并减少焊接金属中氢氧等的固溶量，进而提高焊接质量。

可选的，本申请发明所述焊接方法中，所用焊接电流为250-325A、焊接电压为20-35V、焊接速度为12-20m/h。优选的，本申请发明方法中，所述焊接电流为275-300A、焊接电压为25-30V、焊接速度为16-18m/h。

可选的，本申请发明所述焊接方法中，药芯焊丝的干伸长度为25mm-30mm。

本申请发明方法中，通过对焊接工艺条件的进一步调整和优化，能够有效提高焊接质量。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本申请发明中，通过对所述药芯焊丝中药芯粉组分的选择以及进一步各组分含量的调整，能够有效提高焊接金属的韧性以及强度等理化参数，从而提高焊接的质量。

(2)本申请发明中，通过对焊接条件的调整和优化，能够进一步提高焊接效率，并提高焊接质量。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

按照如下表1所示原料重量比例称取原料，然后以低碳钢钢带为焊丝外皮，其中所述低碳带的化学成分的重量比例为C为0.03％，Si为0.01％，Mn为0.21％，S为0.005％，P为0.001％，其余为铁。在将低碳钢钢带裁减成适当尺寸规格后，将钢带经过超声清洗、烘干，然后将钢带轧成“U”型，然后将所述药芯粉装入所述“U”型结构中，再经过轧制封口、减径、矫直、盘缠、包装等工艺制备出具有合适尺寸和规格的实施例1-5以及对比例1所述自保护药芯焊丝。

表1自保护药芯焊丝药芯化学组成(重量百分数)

将实施例1-5以及对比例1中所制备得到的自保护药芯焊丝进行熔敷金属性能试验，熔敷金属焊接试板选用X70钢板，焊接工艺参数为：焊接电压30V、焊接电流300A、焊接速度16m/h，焊接工艺性能如下表2所示：

表2实施例1-5以及对比例1焊丝工艺性能

表3实施例1-5以及对比例1熔敷金属力学性能

实施例2

以X70钢板为熔覆焊接试板，并采用实施例1中所述原料比例，同时按照实施例1中所述方法制备得到的药芯焊丝。选取同批次生产焊丝，并将焊丝在不同焊接电压、焊接电流以及焊接速度下进行焊接试验，结果如下表4-6所示。

表4焊接电压对焊接工艺性能的影响(焊接电流300A、焊接速度16m/h)

电压(V)	焊接工艺性能
		20	焊缝基本不成形，焊缝狭窄，电弧不稳
25	焊缝较窄，成形性稍好，熔渣覆盖性一般，电弧较稳
		30	焊缝成形性好，熔渣覆盖和脱渣性好，电弧稳定
35	焊缝熔宽大，表面不光滑，成形差，覆盖不良

表5焊接电流对焊接工艺性能的影响(焊接电压30V、焊接速度16m/h)

表6焊接速度对焊接工艺性能的影响(焊接电压30V、焊接电流300A)

本发明申请中自保护药芯焊丝化学性质稳定，焊接过程中电弧稳定，易脱渣，可以进行全位置焊接；同时，采用本申请发明方法焊接后，熔敷金属韧性高、焊接效果好。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims

1.一种自保护药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝药芯粉包括氟化物，氧化物，碳酸盐，硼，金属Al、Mo、V、Ni、Cr、Ti、W、Nd、Ce；

其中，按照重量百分比氟化物45％-60％、氧化物10％-20％、碳酸盐2％-8％，硼0.02％-0.1％，金属Al5％-8％、Mo1％-3％、V3％-5％、Ni4％-6％、Cr5％-7％、Ti0.1％-0.3％、W3％-7％、Nd1％-3％、Ce1％-3％。

2.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝以低碳钢钢带为焊丝外皮。

3.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述金属Ti和硼的比例为1：1-10：1。

4.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述氟化物为氟化钙、氟化钡以及氟锆酸钠的混合物。

5.根据权利要求3所述的药芯焊丝，其特征在于，所述氟化钙占药芯粉重质量的百分比低于10％。

6.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述氧化物为SiO₂、TiO₂以及MgO的混合物。

7.根据权利要求5所述的药芯焊丝，其特征在于，所述氧化物中，SiO₂、TiO₂以及MgO的比例为(1-5)：(1-5)：(3-12)。

8.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述碳酸盐为CaCO₃。

9.一种焊接方法，其特征在于，所述方法中使用权利要求1-8中任一项所述药芯焊丝。

10.根据权利要求9的焊接方法，其特征在于，所述方法中，焊接电流为250-325A、焊接电压为20-35V、焊接速度为12-20m/h。