CN107914097A

CN107914097A - 高强钢气保焊用药芯焊丝

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Publication number: CN107914097A
Application number: CN201610886904.8A
Authority: CN
Inventors: 张宇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2018-04-17

Abstract

本发明涉及一种高强钢气保焊用药芯焊丝，由钢制外皮及芯部粉料组成，以总重量百分比计，C 0.04‑0.10%，Si 0.3‑0.9%，Mn 0.5‑2.0%，Cr 5‑10%，Ni 5.0‑8.0%；芯部粉料中，Mg氧化物MgO换算值为0.5‑3.5%，Ti氧化物TiO2换算值2‑7%，且MgO/TiO2=0.2‑0.8，氟化物换算值0.5‑1.5，及适量稳弧剂，其余为铁。制得的焊缝金属抗拉强度980MPa以上，可适应全位置焊接。

Description

高强钢气保焊用药芯焊丝

技术领域

本发明涉及一种气保焊用焊丝，属于焊接材料领域，特别是涉及一种高强钢的气保焊用药芯焊丝。

背景技术

随着钢管、工程机械、建筑等领域结构的大型化、轻量化发展，其对高强钢的需求越来越迫切。目前，100公斤级(980MPa)高强钢已在钢管、工程机械和建筑行业等领域得到了广泛应用。

相比较于手工电焊条和实芯焊丝，药芯焊丝气保焊由于能够提高焊接效率，因此得到了大量使用。对于980MPa及以上级别高强钢的药芯焊丝气保焊来说，在确保强度和低温韧性的同时，如何兼顾冷裂纹敏感性和全位置焊接工艺性能是核心技术。由于野外施工，降低预热温度可降低装配难度、提高效率和质量；同时，适应全位置焊接可降低对手工焊的依赖，提高焊接效率。

截止目前，兼具高强度、高韧性、低裂纹敏感性(低预热温度)、适应全位置焊接的药芯焊丝报道少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种980MPa级高强钢气保焊用药芯焊丝，在保证强度和低温韧性的性能前提下，还具备良好的抗冷裂纹能力、并能适应全位置焊接。

本发明技术克服了上述四个性能不能兼顾的难题：1)高强度和高韧性之间的矛盾；2)高强度和低裂纹敏感性之间的矛盾；3)高韧性和全位置焊接性能之间的矛盾；4)低裂纹敏感性和全位置焊之间的矛盾。

本发明技术要点说明如下：

一种高强钢气保焊用药芯焊丝，由钢制外皮及芯部粉料组成，以总重量百分比计，焊丝含有C 0.04-0.10％，Si 0.3-0.9％，Mn 0.5-2.0％，Cr 5-10％，Ni 5.0-8.0％；芯部粉料中，Mg氧化物MgO换算值为0.5-3.5％，Ti氧化物TiO₂换算值2-7％，且MgO/TiO₂＝0.2-0.8，氟化物换算值0.5-1.5，及适量稳弧剂，余量为铁。

一种高强钢气保焊用药芯焊丝，还含有0.1-1％的Cu和Mo中的一种或以上。

一种高强钢气保焊用药芯焊丝，芯部粉料还含有0.2-2％的BaO和CaO中的一种或以上。

一种高强钢气保焊用药芯焊丝，芯部粉料氟化物还含有0.5-1％的CaF₂，且氟化物与氧化物比值＝0.2-0.6。

一种高强钢气保焊用药芯焊丝，粉料填充率在15-25％之间。

该药芯焊丝，在Ar+2-5％CO₂气体保护下，预热温度低于50℃，可全位置焊接，且制得的焊缝金属的抗拉强度≥980MPa，-40℃冲击功≥47J。

C：主要用于强化焊缝金属。当其含量低于0.04％时，提高强度不明显；当其含量超过0.10％时，会增加碳当量从而提高焊缝金属的裂纹敏感性，同时也不利于低温韧性控制。因此优选含量是0.04-0.10％。

Si：一方面用于强化焊缝金属，一方面用于焊接过程中的焊接熔池脱氧。当其含量低于0.3％时，强化效果及调节焊接熔渣的粘性的效果不明显；当其含量超过0.9％时，一方面不利于焊缝金属的低温韧性，同时会导致焊接熔渣量增大、不利于全位置焊接。因此优选含量是0.3-0.9％。

Mn：主要用于强化焊缝金属。当其含量低于0.5％时，提高焊缝金属强度效果不明显；当其含量超过2.0％时，容易造成MnS夹杂偏析，导致低温韧性降低。因此优选含量是0.5-2.0％。

Cr：本发明中的重要元素，主要用于强化焊缝金属。添加目的是利用其增加淬透性的特性，从而得到以马氏体为主的焊缝金属组织，从而确保焊缝金属的高强度。当其含量低于5％时，不能确保焊缝金属中得到马氏体类微观组织；当其含量超过10％时，会导致焊缝金属的碳当量过高，增加冷裂纹敏感性，容易产生冷裂纹。因此优选含量是5-10％。

Ni：是本发明中的重要元素，主要用于韧化焊缝金属。主要利用其韧化焊缝金属基体组织来提高焊缝金属的低温韧性，同时也改善了焊缝金属的强度。当其含量低于5％时，其提高焊缝金属低温韧性效果不明显；当含量超过8％时，一方面会导致焊缝金属的碳当量过高，容易产生冷裂纹；同时也不利于成本控制。因此优选含量是5-8％。

此外，Ni和Cr复合添加在强化韧化焊缝金属的同时，也决定了焊缝金属在焊接过程中的相转变。马氏体为主的焊缝金属中，如能存在一定比例的残余奥氏体，一方面可降低扩散氢含量，从而降低冷裂纹敏感性；同时也会牺牲一部分强度来提高低温韧性。

基于此，本发明中Cr含量在6-9％之间，Ni含量在6-7％之间时，效果更好。

Cu：与Ni都是扩大奥氏体区元素，一方面是协助Ni来调控焊缝金属相转变，并达到提高低温韧性的目的；同时也利用其在500-700℃之间的析出强化来提高焊缝金属强度。当其含量低于0.1％时，效果不明显；当其含量超过1％时，会增加焊缝金属的高温裂纹敏感性。因此，优选含量是0.1-1％。

Mo：与Cr都是扩大铁素体区元素，一方面是协助Cr来调控焊缝金属相转变，从而在得到马氏体基体组织的同时，还能得到一定比例的残余奥氏体，从而控制扩散氢含量，降低冷裂纹倾向；另一方面可细化马氏体，同时提高低温韧性和强度。当其含量低于0.1％时，强化、韧化和降低扩散氢含量的效果不明显；当其含量超过1.0％时，容易导致过量马氏体产生，焊缝组织的马氏体和残余奥氏体组织调控。因此优选含量是0.1-1.0％。

本发明药芯焊丝的芯部粉料的技术要点如下：

Mg氧化物MgO换算值为0.5-3.5％。添加目的是利用其强于Ti的脱氧能力，从而将焊缝金属中的氧含量降低到200ppm以下，否则不能确保焊缝金属的低温韧性要求。当其含量低于0.5％时，降低焊缝金属氧含量和提高低温韧性不明显；当其含量超过3.5％时，会使焊渣碱度过大，影响全位置焊接工艺性能。因此，优选含量是0.5-3.5％。

Ti氧化物TiO₂换算值为2.0-7.0％。一方面利用其改善电弧挺度的作用来提高全位置焊接能力，另一方面利用其氧化物夹杂物作为焊缝金属晶内形核质点来细化焊缝金属的马氏体组织。当其含量低于2.0％时，提高全位置焊接能力和效果不明显；当其含量超过7.0％时，会使得焊缝金属中氧化物夹杂物数量过多，影响焊缝金属的低温韧性，因此，优选含量是2.0-7.0％。

MgO/TiO₂＝0.2-0.8。控制两者的比例有两点考虑：1)降低焊缝金属氧含量在200ppm以下，从而确保低温韧性；2)调节焊接熔渣的粘性和渣层结构，从而满足全位置焊接要求。当其比例低于0.2％时，降低焊缝金属的氧含量效果不明显；当比例超过0.8％时，会使得焊接熔渣碱度过大，粘度过大，影响全位置焊接工艺性能。因此，优选含量是0.1-1％。

当MgO含量1-2.5％，TiO₂含量3.5-5.5％，MgO/TiO₂＝0.4-0.6之间时，效果更好。

氟化物换算值0.5-1.5％。主要目的是降低焊缝金属中的扩散氢含量，氟化物在焊接电弧中分解，并与电弧中的氢原子结合生成氟化氢，从而降低扩散氢含量，同时也降低了冷裂纹敏感性。当含量低于0.5％时，去除效果不明显；当含量超过1.5％时，过多氟化物会恶化焊接电弧稳定性，破坏工艺性能。因此，优选含量是0.5-1.5％。

加入适量稳弧剂，以提高电弧稳定性，以确保电弧能够适应不同焊接位置。

添加0.2-2％的BaO和CaO中的一种或以上。一方面是利用其提高焊接熔渣碱度从而降低焊缝金属氧含量，来提高低温韧性；另一方面是利用Ca和Ba与S的亲和力来降低S含量，形成氧硫化合物，进而改善了熔渣结构，提升了脱渣性能，提升了工艺性能的同时，也改善了焊道表面质量。当其含量低于0.2％时，效果不明显；当含量超过2％时，会形成过量的氧硫化合物，影响表面成型质量。因此，优选含量是0.2-2.0％。

当其含量在0.5-1.5之间时，效果更好。

添加0.5-1％的CaF₂。添加氟化物一方面是提高焊接电弧稳定性，因为CaF₂是氟化物中提高电弧稳定性最有效的成分之一；另一方面是降低焊缝金属扩散氢含量，同时钙离子会与氧、硫结合生成氧硫化合物、改善熔渣结构，提升工艺性能。当含量低于0.5％时，提高电弧稳定性不明显；当含量超过1％时，反而会破坏电弧稳定性，不利于全位置焊接。因此，优选含量是0.5-1.0％。

氟化物与氧化物比值0.2-0.6。主要是平衡焊接电弧稳定性、降低扩散氢含量、降低氧含量。当比例低于0.2时，氟化物含量过低，降低扩散氢能力不够，容易产生焊后冷裂纹，而氧化物太高时，则会降低焊缝金属低温韧性；当比例超过0.6时，氟化物含量过高时，反而降低焊接电弧稳定性，而氧化物含量过低时，则不能把焊缝金属中的氧去除掉，对低温韧性不利。因此，优选比例是0.2-0.6％。

当其含量在比例在0.3-0.5之间时，效果更好。

粉料填充率在15-25％之间。主要是平衡焊接电弧、焊接熔渣，以及金属过渡以确保强度。

在Ar+2-5％CO₂气体保护下，可全位置焊接，且制得的焊缝金属的抗拉强度≥980MPa，-40℃冲击功≥47J。

本发明的优点及有益效果：

1.本发明采用Ni-Cr设计得到了马氏体组织及少量残余奥实体的焊缝金属结构，确保了强度和低温韧性，也降低了扩散氢含量，从而兼顾了抗冷裂纹能力；采用MgO和TiO₂药粉设计，可将焊缝金属氧含量降低到200ppm以下，可确保低温韧性，同时也兼顾了全位置焊接工艺性能；BaO和CaO添加则进一步改善了焊接熔渣结构，增强了脱渣性能，提高了焊道表面质量。

2.在Ar+2-5％CO₂气体保护下，可全位置焊接，且制得的焊缝金属的抗拉强度≥980MPa，-40℃冲击功≥47J，适用于100公斤级(980MPa)以上高强钢的气保焊接。

具体实施方式

以下结合优选实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

按上述技术要求分别制作药芯焊丝，化学成分见表1。然后利用实施例1-8和对比例1-4开展焊接试验，试验参数见表2。

然后对工艺性能和力学性能进行检验和统计，结果见表3。

实施例1-2：

焊接试验在50mm厚HT980钢板上进行，开展立向上焊接。

焊丝直径为1.2mm，化学成分见表1，焊接参数见表2。

焊接试验结果见表3。

实施例3-4：

选用外径800mm、壁厚12mm的HT980钢管进行圆周对接焊，坡口为单面V型30°。

焊丝直径为1.2mm，化学成分见表1，其它焊接参数见表2。

焊接试验结果见表3。

实施例5-6：

钢板选用26mm厚HT980，进行T型焊接。

焊丝直径为1.2mm，化学成分见表1，其它焊接参数见表2。

焊接试验结果见表3。

实施例7-8：

钢板选用30mm厚HT980钢板，进行水平对接焊接，坡口为双面V型40°。

焊丝直径为1.2mm，化学成分见表1，其它焊接参数见表2。

焊接试验结果见表3。

对比例1-2：

焊接试验在50mm厚HT980钢板上进行，开展立向上焊接。

焊丝直径为1.2mm，化学成分见表1，焊接参数见表2。

焊接试验结果见表3。

对比例3-4：

焊丝直径为1.2mm，化学成分见表1，其它焊接参数见表2。

焊接试验结果见表3。

通过上述实施例可知，本发明高强钢气保焊用药芯焊丝，解决了高强钢焊缝高强度和高韧性的矛盾，并同时兼顾了低冷裂纹敏感性、全位置焊接，可广泛应用于980MPa以上级别高强钢的气保焊接。

表1实施例药芯焊丝化学成分(重量百分比，wt％)

表2焊接试验参数

表3实施例焊接质量

(注：“O”合格，“X”不合格)。

Claims

1.一种高强钢气保焊用药芯焊丝，其特征在于：由钢制外皮及芯部粉料组成，以总重量百分比计，焊丝含有C 0.04-0.10%，Si 0.3-0.9%，Mn 0.5-2.0%，Cr 5-10%，Ni 5.0-8.0%；芯部粉料中，Mg氧化物MgO换算值为0.5-3.5%，Ti氧化物TiO₂换算值2-7%，且MgO/TiO₂=0.2-0.8，氟化物换算值0.5-1.5，及适量稳弧剂，余量为铁。

2.如权利要求1所述的一种高强钢气保焊用药芯焊丝，其特征在于：还含有0.1-1%的Cu和Mo中的一种或以上。

3.如权利要求1-2所述的一种高强钢气保焊用药芯焊丝，其特征在于：芯部粉料还含有0.2-2%的BaO和CaO中的一种或以上。

4.如权利要求1-3所述的一种高强钢气保焊用药芯焊丝，其特征在于：芯部粉料的氟化物还含有0.5-1%的CaF₂，且氟化物与氧化物比值0.2-0.6。

5.如权利要求1-4所述的一种高强钢气保焊用药芯焊丝，其特征在于：芯部粉料的填充率在15-25%之间。