CN110293330A - 一种新型类埋弧焊的自保护药芯焊丝 - Google Patents

一种新型类埋弧焊的自保护药芯焊丝 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种新型类埋弧焊的自保护药芯焊丝，其特征在于焊接过程中液态熔渣完全将电弧、熔滴、熔池覆盖，该焊丝包括金属外皮和药芯，金属外皮为N6镍带，以中性氟化物‑金红石型渣系为药芯基础渣系。药芯配方由金红石、氟化物、锰粉、铝粉、钼粉、铬粉、铁粉组成，各组成成分的质量百分比为：金红石10％～35％，氟化物20％～40％，锰粉10％～20％，铝粉3％～10％，钼粉5％～15％，铬粉0％～5％，其余为铁粉，本发明制备的药芯焊丝，焊接过程电弧燃烧稳定，无断弧现象发生，飞溅率低，焊缝成形性能好，焊后接头抗拉强度高达550Mpa，接头扩散氢含量低于5ml/100g，达到超低氢焊材标准。

Description

一种新型类埋弧焊的自保护药芯焊丝
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体地说是涉及一种新型类埋弧焊的自保护药芯焊丝。
背景技术
水下焊接技术是开发海洋、开采海底石油以及组装、维修诸如石油钻井平台、输油管线和海底仓库等大型海洋结构的关键技术之一，也是舰船应急修理、海上救助、桥梁架设等工作的必要技术手段，近年来，在核电、港口、桥梁等行业中同样得到了广泛应用。水下湿法焊接具有设备简单、成本低廉、操作灵活及适用性强等优点，能够满足水下焊接工程的应用。自保护药芯焊丝具有可自动化焊接等优点，使其更易在水下焊接施工过程中得到应用。但是，水下焊接过程中由于水被焊接电弧电解，产生大量的氢气和氧气，使得焊接接头扩散氢含量较高；且由于存在电弧气囊的扰动，焊接过程不稳定，接头成形较差，焊接飞溅较多，这些问题均限制了水下湿法焊接的发展。
目前，水下湿法用自保护药芯焊丝的药芯成分主要是以氧化物为主的酸性渣系和以氟化物为主的碱性渣系。酸性渣系焊丝焊接过程稳定，成形较好，但对扩散氢抑制程度较低，且熔渣熔点高，密度大，不宜将焊接区域覆盖。而碱性渣系焊丝焊接过程稳定性较酸性渣系差，虽然能减少接头扩散氢含量，但不能保证良好的成形质量，且熔渣熔点较低，密度小，液态熔渣易于飞出，不能将焊接区域覆盖。此外，当前市面上的焊丝只能实现空气环境或者水环境的单一焊接环境应用，无法完成在水下和空气中焊接的多用途效果。故而，急需一种焊接过程稳定，焊接性能好，扩散氢含量低的湿法用自保护药芯焊丝，且该焊丝能实现水下和空气环境的双重环境作业。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种焊接过程稳定，焊接成形性能好，扩散氢含量低的自保护药芯焊丝，且该焊丝能实现在水环境和空气环境中焊接的多用途效果。
一种新型类埋弧焊的自保护药芯焊丝，包括金属外皮和药芯，金属外皮为N6镍带，其特征在于，以中性氟化物-金红石型渣系为药芯基础渣系，焊接过程中液态熔渣完全将电弧、熔滴、熔池覆盖；药芯配方由金红石、氟化物、锰粉、铝粉、钼粉、铬粉、铁粉组成，各组成成分的质量百分比为：金红石10％～35％，氟化物20％～40％，锰粉10％～20％，铝粉3％～10％，钼粉5％～15％，铬粉0％～5％，其余为铁粉。
优选的，氟化物由CaF2与LiF两者组合，CaF2与LiF的质量百分比为CaF2 70％～100％、LiF 0～30％。
优选的，药芯的填充率为22％～28％。
这种新型类埋弧焊的自保护药芯焊丝在焊接时，由于液态熔渣将电弧完全覆盖，电弧不受外界水环境扰动的影响，故而电弧稳定性较好，不会出现断弧现象；此外，熔滴过渡均在液态熔渣中进行，当熔滴有飞出去的倾向时，由于有熔渣的阻碍作用，不会脱离焊接区域形成飞溅，故而焊接过程中基本没有飞溅产生；整个焊接过程在液态熔渣的保护作用下进行，水中的氢气等气体不会进入熔滴和熔池中，所以焊接接头中扩散氢含量较低，焊接性能较好。
上述药粉的化学成分中，各组分的作用机制如下：
本发明中，金红石和氟化物主要起到造渣作用，金红石的主要成分为TiO2，通过调整二者的比例，在焊接过程中发生TiO2+CaF2+H2O→CaTiO3+HF反应，得到的熔渣主要成分为CaTiO3，可以完全将焊接区域覆盖，使得焊接过程稳定，接头质量高。金红石稳弧性好，有助于焊接过程稳定，是由于其有优良的导电性能，可以促进焊接过程中电弧稳定燃烧，同时熔点高，密度大，可使熔滴在熔渣持续缓和过渡，且减小了熔渣的碱度，但是过量的金红石易造成熔渣不易浮出，在焊缝形成夹渣缺陷，故而含量为10％～35％；而氟化物除了有助于产生熔渣外，还能生成不溶于熔敷金属的HF气体，从而减少焊缝中扩散氢含量，但过量的氟化物造成焊接过程不稳定，且使熔渣熔点降低，密度减小，焊接过程中熔渣流淌严重，不易覆盖在电弧上方，还会造成电弧燃烧不稳定，产生很多飞溅，故而氟化物的含量为20％～40％。
本发明中，加入的铝粉主要起脱氧和造渣作用，铝能够优先与氧反应，减少冶金元素的烧损，形成的Al2O3也减低了熔渣的碱度，但过量的铝粉易于造成夹渣缺陷，故而含量为3％～10％。
本发明中，加入的锰粉主要起到焊缝脱氧、脱硫作用，并向焊接接头中过渡，改善其冶金性能，故而含量为10％～20％。
本发明中，加入的钼粉及铬粉主要过渡到焊缝中，改善焊缝冶金性能，确保焊缝金属的强度。
这种新型类埋弧焊的自保护药芯焊丝主要在水环境中进行焊接，当在空气环境中进行焊接时，熔渣也会将正在焊接的区域覆盖，熔滴过渡过程及电弧燃烧过程均在熔渣覆盖下进行，焊接过程电弧燃烧稳定。
本发明的有益效果是：(1)本发明制备的药芯焊丝，焊接过程中焊接区域被熔渣完全覆盖，熔滴过渡过程及电弧燃烧过程均在熔渣覆盖下进行，电弧燃烧不受外界水环境扰动的影响，所以焊接过程电弧燃烧稳定，无断弧现象发生，当过渡的熔滴有飞出去的倾向时，由于有熔渣的阻碍作用，不会脱离焊接区域形成飞溅，飞溅率低；(2)整个焊接过程在液态熔渣的保护作用下进行，水中的氢气等气体不会进入熔滴和熔池中，焊接接头成形性能好，抗拉强度高达550MPa，且扩散氢含量低于5ml/100g，达到超低氢焊材标准；(3)该焊丝除了可以应用于水环境，也可应用于空气环境。
附图说明
图1是这种新型类埋弧焊的自保护药芯焊丝水下焊接过程示意图。
图2是现有技术中的自保护药芯焊丝水下焊接过程示意图。
图中标号是：1.焊炬；2.焊丝；3.熔滴；4.电弧；5.工件；6.液态熔渣；7.熔池；8.凝固熔渣；9.焊缝；10.电弧气囊；11.水环境。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
图1所示，本发明的新型类埋弧焊自保护药芯焊丝2以中性氟化物-金红石型渣系为药芯基础渣系，通过调整氟化物和金红石的比例，使得该药芯焊丝2在焊接过程中，电弧4的燃烧在液态熔渣6下进行，电弧4不受水环境11扰动的影响，故而电弧4燃烧稳定，不容易出现断弧现象；此外，熔滴3的过渡在液态熔渣6下进行，当熔滴3受电弧气囊10扰动时有飞溅倾向时，由于液态熔渣6的包裹阻碍，使熔滴3不会脱离焊接区域形成飞溅；整个焊接过程在液态熔渣6的保护下进行，水环境11的氢气等气体不会进入熔滴3和熔池7中，所以焊缝9扩散氢含量低，焊接性能好。
如图2所示，现有技术中的自保护药芯焊丝2在水环境11中焊接时，液态熔渣6在熔池7的后方，由于没有液态熔渣6的覆盖保护作用，电弧4的燃烧和熔滴3的过渡在电弧气囊10中进行，电弧气囊10直接受水环境11扰动影响大，电弧气囊10在水环境11中不断地产生、上浮并破裂，当电弧气囊10破裂时，水环境11中的水会迅速包围电弧4，出现断弧现象；液态熔滴3由于没有覆盖在上面的液态熔渣6的保护，也易飞出熔池7，形成飞溅；整个焊接过程水环境11的氢气等气体很容易进入熔滴3和熔池7中，使焊缝9扩散氢含量较高。
为了更好地体现本发明，以下进行举例说明，但并不是对本发明的限制。
本发明的具体实施方式是以N6镍带为金属外皮，以金红石10％～35％，氟化物20％～40％，锰粉10％～20％，铝粉3％～10％，钼粉5％～15％，铬粉0％～5％，其余为铁粉作为药芯。按上述比例配制药粉，调整药芯粉组分的质量百分比，如表1所示，制备六种不同质量百分比的药芯焊丝，将各组分筛选出粒度为80～120目，然后精确称量，在混粉机内混合2小时后取出。
表1水下湿法焊接的新型类埋弧焊自保护药芯焊丝的组分及质量百分比
实施例 金红石 氟化钙 氟化锂 锰粉 铝粉 钼份 铬粉 铁粉
一 10％ 14％ 6％ 20％ 10％ 13％ 5％ 22％
二 15％ 20％ 5％ 18％ 9％ 15％ 1％ 17％
三 20％ 28％ 0％ 15％ 8％ 6％ 4％ 19％
四 25％ 24％ 8％ 12％ 7％ 8％ 2％ 14％
五 30％ 30％ 5％ 14％ 5％ 10％ 3％ 3％
六 35％ 38％ 2％ 10％ 3％ 5％ 0 7％
本发明自保护药芯焊丝的制备方法如下：选择N6镍带，规格为：0.3mm×8mm。在普通药芯焊丝生产线上制备出截面为“O”型药芯焊丝，焊丝直径为Φ1.6mm，药芯的填充率为22％～28％。
本发明实施例所用焊接母材为12mm厚的304不锈钢板，实验所得六组不同成分含量的药芯焊丝焊后的熔敷金属力学性能和扩散氢含量如表2所示。
表2新型类埋弧焊自保护药芯焊丝水下焊后的熔敷金属力学性能及扩散氢含量
综上，本发明实施例提供的不锈钢水下焊接用新型类埋弧焊自保护药芯焊丝具有优良的焊接工艺性能，在保证焊接金属强度的基础上，还能很好地控制焊接接头金属扩散氢的含量，含量低于5ml/100g，达到超低氢焊材标准。既解决了酸性渣系焊丝焊接过程对扩散氢抑制程度较低的问题，又解决了碱性渣系焊丝焊接过程稳定性差，液态熔渣易于飞出，不能将焊接区域覆盖的问题。

Claims (5)

1.一种新型类埋弧焊的自保护药芯焊丝，包括金属外皮和药芯，金属外皮为N6镍带，其特征在于，药芯以中性氟化物-金红石型渣系为基础渣系，焊接过程中液态熔渣完全将电弧、熔滴、熔池覆盖，药芯配方：由金红石、氟化物、锰粉、铝粉、钼粉、铬粉、铁粉组成，各组成成分的质量百分比为：金红石10％～35％，氟化物20％～40％，锰粉10％～20％，铝粉3％～10％，钼粉5％～15％，铬粉0％～5％，其余为铁粉。
2.根据权利要求1所述的一种新型类埋弧焊的自保护药芯焊丝，其特征在于：氟化物由CaF2与LiF两者组合，CaF2与LiF的质量百分比为：CaF2 70％～100％、LiF 0～30％。
3.根据权利要求1所述的一种新型类埋弧焊的自保护药芯焊丝，其特征在于：药芯填充率为22％～28％。
4.根据权利要求1所述的一种新型类埋弧焊的自保护药芯焊丝，其特征在于：该药芯焊丝在焊接时，熔渣将焊接区域完全覆盖，熔滴过渡和电弧燃烧过程均在熔渣下进行。
5.根据权利要求1所述的一种新型类埋弧焊的自保护药芯焊丝，其特征在于：该药芯焊丝应用于水下和空气环境中的焊接作业。
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