CN112719691B - 一种焊丝药粉芯、药芯焊丝及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种焊丝药粉芯、药芯焊丝及其制备方法和应用，属于焊接材料技术领域，本发明实施例提供的焊丝药粉芯，按重量份计，所述药粉芯的组分如下：电熔镁砂2.5‑3.5份，金红石1.5‑2.5份，氧化镁1.0‑3.0份，氧化铝1.0‑3.0份，硅灰石1.0‑3.0份，锰铁粉1‑4份，镁粉0.5‑1.5份，铝铁粉0.3‑0.5份，氟化物1‑2份，钛酸盐0.5‑0.8份，稀土0.1‑0.3份，铁粉0.45‑1.8份。通过上述组分相互间的协同作用，能使由该药粉芯制得的焊丝焊接后熔敷金属，使焊缝的抗拉强度达到490‑620MPa、屈服强度≥390MPa、延伸率≥15％、‑30℃冲击达到180J，熔敷金属扩散氢含量小于5ml/100g。有效地提高了焊缝整体性能，解决了焊缝金属低温韧性不足及抗裂性差的问题。同时，促使焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观。

Description

一种焊丝药粉芯、药芯焊丝及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，特别涉及一种焊丝药粉芯、药芯焊丝及其制备方法和应用。

背景技术

压力容器板主要用于制造蒸汽锅炉、压力容器及其他承压容器结构件用的金属钢板。这种钢板由于承受一定的气压和水压，以及不同温度的使用环境，如高、中、低温等，因此对这种钢板的焊接要求较为严格。

现有的药芯焊丝多为金红石型渣系药芯焊丝，由其来进行压力容器板的焊接，存在焊缝抗冲击韧性不足及抗裂性差的问题。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的焊丝药粉芯、药芯焊丝及其制备方法和应用。

本发明实施例提供一种焊丝药粉芯，按重量份计，所述药粉芯的组分如下：

可选的，按重量份计，所述药粉芯的组分如下：

电熔镁砂2.5份、金红石1.5份、氧化镁1.0份、氧化铝1.0份、硅灰石1.0份、锰铁粉1份、镁粉0.5份、铝铁粉0.3-份、氟化物1份、钛酸盐0.5份、稀土0.1份和铁粉0.45份；或，

电熔镁砂3.0份、金红石2.0份、氧化镁2.0份、氧化铝2.0份、硅灰石2.0份、锰铁粉2.0份、镁粉1.0份、铝铁粉0.4份、氟化物1.5份、钛酸盐0.6份、稀土0.2份和铁粉1.0份；或，

电熔镁砂3.5份、金红石2.5份、氧化镁3.0份、氧化铝3.0份、硅灰石3.0份、锰铁粉4份、镁粉1.5份、铝铁粉0.5份、氟化物2.0份、钛酸盐0.8份、稀土0.3份和铁粉1.8份。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种药芯焊丝，所述药芯焊丝包括上述药粉芯和金属外皮，所述药粉芯被所述金属外皮包覆。

可选的，所述药粉芯的重量为所述药芯焊丝重量的10-20％。

可选的，所述药芯焊丝的所述药粉芯填充率为10-20％。

可选的，所述药芯焊丝的丝径为1.20-1.60mm。

可选的，按质量分数计，所述金属外皮的化学成分如下：

0.01％≤C≤0.04％、0.15％≤Mn≤0.30％、0.10％＜Si≤0.30％、0＜S≤0.006％、0＜P≤0.012％，余量为Fe及不可避免的杂质。

可选的，按质量分数计，所述金属外皮的化学成分如下：

C 0.03％、Mn 0.25％、Si 0.03％、S 0.004％、P 0.008％，余量为Fe及不可避免的杂质。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种药芯焊丝的制备方法，所述方法包括步骤：

获得上述药粉芯和金属外皮；

通过焊丝成型设备，使所述金属外皮对所述药粉芯进行包覆；

包覆后卷制成丝，并通过细拉，获得丝径为1.20mm-1.60mm的药芯焊丝。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种药芯焊丝的应用，所述应用包括：

将上述药芯焊丝用于压力容器的金属焊接。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供的焊丝药粉芯，按重量份计，所述药粉芯的组分如下：电熔镁砂2.5-3.5份，金红石1.5-2.5份，氧化镁1.0-3.0份，氧化铝1.0-3.0份，硅灰石1.0-3.0份，锰铁粉1-4份，镁粉0.5-1.5份，铝铁粉0.3-0.5份，氟化物1-2份，钛酸盐0.5-0.8份，稀土0.1-0.3份，铁粉0.45-1.8份。通过上述组分相互间的协同作用，能使由该药粉芯制得的焊丝焊接后熔敷金属，使焊缝的抗拉强度达到490-620MPa、屈服强度≥390MPa、延伸率≥15％、-30℃冲击达到180J，熔敷金属扩散氢含量小于5ml/100g。有效地提高了焊缝整体性能，解决了焊缝金属低温韧性不足及抗裂性差的问题。同时，促使焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

一方面，根据本发明一种典型的实施方式，提供一种焊丝药粉芯，按重量份计，所述药粉芯的组分如下：

上述方案中，各组分的作用如下：

电熔镁砂：天然菱镁矿、轻烧氧化镁(含天然的或海(卤)水的)或烧结镁砂经电弧炉熔融而成的碱性耐火原料。由菱镁矿、水镁矿或从海水中提取的氢氧化镁经高温煅烧而成。抗水化能力强；与上述药粉芯配方中的其他组分协同增效，能显著提高焊缝的碱性，进而提高冲击韧性；上述配方中，电熔镁砂用量多大会造成工艺性能变差，电弧稳定性变差，成型变差，而用量过小，配方的碱度低，冲击韧性差。

金红石：主要化学成分为氧化钛(Ti02)，主要作为稳弧剂、造渣剂，保证焊缝稳定电弧和成形细致。上述配方中，金红石用量多大会造成熔池流动性变差，渣黏，而用量过小，渣覆盖的均匀度，电弧稳定性会变差。

氧化铝：氧化铝是铝的稳定氧化物，化学式为Al₂O₃。在矿业、制陶业和材料科学上又被称为矾土，起到调节熔渣的目的。上述配方中，氧化铝用量多大会造成熔池流动性变差，渣黏，而用量过小，起不到酸碱调节的作用。

硅灰石：硅灰石的晶体在紫外线照射下发荧光，也有发磷光的。主要用于陶瓷、涂料、塑料、橡胶等工业。也用于制造环氧树脂、磨料及电焊条等。上述配方中，硅灰石用量多大会电弧集中度变差，而用量过小，起不到酸碱调节的作用。

锰铁粉：锰和铁的合金。用途最广、用量最大的一种合金，含锰量70％左右。上述配方中，锰铁粉用量多大会造成强度过高，冲击变差，而用量过小，起不到脱氧的作用。

镁粉：银白色有金属光泽的粉末；蒸汽压0.13kPa(621℃)；熔点651℃；沸点1107℃；溶解性：不溶于水、碱液，溶于酸.上述配方中，镁粉用量多大会造成熔池反应剧烈，电弧爆，而用量过小，起不到脱氧、稳定电弧的作用。

铝铁粉：铝铁粉的作用与镁粉类似，在配方中起到脱氧的作用。上述配方中，铝铁粉用量多大会造成熔池反应剧烈，电弧爆，而用量过小，起不到脱氧、稳定电弧的作用。

氟化物：氟用以降低熔敷金属中扩散氢的含量，但氟化物含量过高，焊接时电弧不稳、飞溅变大、电弧声音变差，包括例如氟化钠、氟硅酸钠、氟硅酸钾或冰晶粉等；上述配方中，氟化物用量多大会造成电弧稳定性变差，起到恶化电话的作用，而用量过小，起不到去氢的作用。

钛酸盐：钛酸盐的加入主要是起到造渣、稳定电弧的作用。上述配方中，钛酸盐用量多大会造成焊缝成型发黄、渣黏的效果，而用量过小，起不到相应的造渣、稳弧的作用。

稀土：稀土主要是起到纯净焊缝，提高焊缝的冲击韧性的作用。上述配方中，稀土用量多大会造成工艺性能和力学性能变差的效果，而用量过小，起不到纯净焊缝，提高冲击韧性的作用。

铁粉：配方中加入铁粉有稳定电弧的作用，上述配方中，铁粉用量多大会造成焊缝成型较差，而用量过小，起不到稳定电弧的作用。

作为一种可选的实施方式，按重量份计，所述药粉芯的组分如下：

电熔镁砂2.5份、金红石1.5份、氧化镁1.0份、氧化铝1.0份、硅灰石1.0份、锰铁粉1份、镁粉0.5份、铝铁粉0.3-份、氟化物1份、钛酸盐0.5份、稀土0.1份和铁粉0.45份；或，

电熔镁砂3.0份、金红石2.0份、氧化镁2.0份、氧化铝2.0份、硅灰石2.0份、锰铁粉2.0份、镁粉1.0份、铝铁粉0.4份、氟化物1.5份、钛酸盐0.6份、稀土0.2份和铁粉1.0份；或，

电熔镁砂3.5份、金红石2.5份、氧化镁3.0份、氧化铝3.0份、硅灰石3.0份、锰铁粉4份、镁粉1.5份、铝铁粉0.5份、氟化物2.0份、钛酸盐0.8份、稀土0.3份和铁粉1.8份。

第二方面，根据本发明一种典型的实施方式，提供一种药芯焊丝，所述药芯焊丝包括上述药粉芯和金属外皮，所述药粉芯被所述金属外皮包覆。

作为一种可选的实施方式，所述药粉芯的重量为所述药芯焊丝重量的10-20％。

上述方案中，药粉芯的重量为所述药芯焊丝重量的10-20％的积极作用为造渣合适，力学性能恰当，药粉芯用量过大的不利影响是氧化物过多，冲击韧性下降，过小的不利影响是渣覆盖不良，焊缝成型差。

作为一种可选的实施方式，所述药芯焊丝的丝径为1.20-1.60mm。

上述方案中，药芯焊丝的丝径为1.20-1.60mm的积极作用为电弧稳定性好，可操作性好，该丝径过大的不利影响是全位置操作性变差，焊机适应性变差，过小的不利影响是熔敷效率低，焊机适应性低。

作为一种可选的实施方式，按质量分数计，所述金属外皮的化学成分如下：

0.01％≤C≤0.04％、0.15％≤Mn≤0.30％、0.10％＜Si≤0.30％、0＜S≤0.006％、0＜P≤0.012％，余量为Fe及不可避免的杂质。

作为一种可选的实施方式，按质量分数计，所述金属外皮的化学成分如下：

C 0.03％、Mn 0.25％、Si 0.03％、S 0.004％、P 0.008％，余量为Fe及不可避免的杂质。

第三方面，根据本发明一种典型的实施方式，提供一种药芯焊丝的制备方法，所述方法包括步骤：

获得上述药粉芯和金属外皮；

通过焊丝成型设备，使所述金属外皮对所述药粉芯进行包覆；

包覆后卷制成丝，并通过细拉，获得丝径为1.20mm-1.60mm的药芯焊丝。

第四方面，根据本发明一种典型的实施方式，提供一种药芯焊丝的应用，所述应用包括：

将上述药芯焊丝用于压力容器的金属焊接。

下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的焊丝药粉芯、药芯焊丝及其制备方法和应用进行详细说明。

实施例1

采用(宽×厚)14×0.9mm的钢带作为焊丝的外皮，其化学成分为C 0.03wt％、Mn0.25wt％、Si 0.03wt％、S 0.004wt％、P 0.008wt％、余量为铁及不可避免的杂质；本实施例药芯占整个焊丝重的15wt％，药芯中各成分为：电熔镁砂2.5kg、金红石1.5kg、氧化镁1.0kg、氧化铝1.0kg、硅灰石1.0kg、锰铁粉1kg、镁粉0.5kg、铝铁粉0.3kg、氟化物1.0kg、钛酸盐0.5kg、稀土0.1kg和铁粉0.45kg；然后将药芯中各成分混合均匀后待用；

将钢带置于焊丝成型机内、陆续将待用的药芯混合料注入横向弯制成“U”型的钢带凹槽内，进而卷制成丝、经细拉至￠1.2mm即成。

本实施例在焊接参数：I＝230-250A、U＝28-30V、气体流量20L/min、100％CO₂。

表1 熔敷金属化学成分(％)

	C	Mn	Si	S	P
						标准值	≤0.18	≤2.00	≤0.90	≤0.015	≤0.025
例值	0.05	1.31	0.42	0.003	0.008

注：表1中化学成分余量为铁及不可避免的杂质。

表2熔敷金属机械性能(100％二氧化碳气体)

注：表2中扩散氢含量为3.8ml/100g。

实施例2

焊丝的外皮与实施例1相同，本实施例药芯占整个焊丝重的15wt％，药芯中各成分为：电熔镁砂3.0kg、金红石2.0kg、氧化镁2.0kg、氧化铝2.0kg、硅灰石2.0kg、锰铁粉2.0kg、镁粉1.0kg、铝铁粉0.4kg、氟化物1.5kg、钛酸盐0.6kg、稀土0.2kg和铁粉1.0kg然后将药芯中各成分混合均匀后待用其余与实施例1相同。

表3熔敷金属化学成分(％)

	C	Mn	Si	S	P
						标准值	≤0.18	≤2.00	≤0.90	≤0.015	≤0.025
实施例2	0.06	1.41	0.45	0.003	0.008

注：表3中化学成分余量为铁及不可避免的杂质。

表4熔敷金属机械性能(100％二氧化碳气体)

注：表4中扩散氢含量为4.0ml/100g。

实施例3

焊丝的外皮与实施例1相同，药芯中各成分为：电熔镁砂3.5kg、金红石2.5kg、氧化镁3.0kg、氧化铝3.0kg、硅灰石3.0kg、锰铁粉4.0kg、镁粉1.5kg、铝铁粉0.5kg、氟化物2.0kg、钛酸盐0.8kg、稀土0.3kg和铁粉1.8kg。然后将药芯中各成分混合均匀后待用其余与实施例1相同。

表5熔敷金属化学成分(％)

	C	Mn	Si	S	P
						标准值	≤0.18	≤2.00	≤0.90	≤0.015	≤0.025
例值	0.06	1.51	0.48	0.003	0.008

注：表5中化学成分余量为铁及不可避免的杂质

表6熔敷金属机械性能(100％二氧化碳气体)

注：表6中扩散氢含量为4.2ml/100g。

对比例1

药芯组分不含电熔镁砂、氧化铝和氟化物，其余和实施例1相同。

表7熔敷金属化学成分(％)

	C	Mn	Si	S	P
						标准值	≤0.18	≤2.00	≤0.90	≤0.015	≤0.025
例值	0.06	1.51	0.48	0.003	0.008

注：表7中化学成分余量为铁及不可避免的杂质

表8熔敷金属机械性能(100％二氧化碳气体)

注：表8中扩散氢含量为4.6ml/100g。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种焊丝药粉芯，其特征在于，按重量份计，所述药粉芯的组分如下：

2.根据权利要求1所述的一种焊丝药粉芯，其特征在于，按重量份计，所述药粉芯的组分如下：

电熔镁砂2.5份、金红石1.5份、氧化镁1.0份、氧化铝1.0份、硅灰石1.0份、锰铁粉1.0份、镁粉0.5份、铝铁粉0.3份、氟化物1.0份、钛酸盐0.5份、稀土0.1份和铁粉0.45份；或，

电熔镁砂3.0份、金红石2.0份、氧化镁2.0份、氧化铝2.0份、硅灰石2.0份、锰铁粉2.0份、镁粉1.0份、铝铁粉0.4份、氟化物1.5份、钛酸盐0.6份、稀土0.2份和铁粉1.0份；或，

电熔镁砂3.5份、金红石2.5份、氧化镁3.0份、氧化铝3.0份、硅灰石3.0份、锰铁粉4.0份、镁粉1.5份、铝铁粉0.5份、氟化物2.0份、钛酸盐0.8份、稀土0.3份和铁粉1.8份。

3.一种药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝包括如权利要求1或2所述的药粉芯和金属外皮，所述药粉芯被所述金属外皮包覆。

4.根据权利要求3所述的一种药芯焊丝，其特征在于，所述药粉芯的重量为所述药芯焊丝重量的10-20％。

5.根据权利要求3所述的一种药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝的所述药粉芯填充率为10-20％。

6.根据权利要求3所述的一种药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝的丝径为1.20mm-1.60mm。

7.根据权利要求3所述的一种药芯焊丝，其特征在于，按质量分数计，所述金属外皮的化学成分如下：

0.01％≤C≤0.04％、0.15％≤Mn≤0.30％、0.10％＜Si≤0.30％、0＜S≤0.006％、0＜P≤0.012％，余量为Fe及不可避免的杂质。

8.根据权利要求3所述的一种药芯焊丝，其特征在于，按质量分数计，所述金属外皮的化学成分如下：

C 0.03％、Mn 0.25％、Si 0.03％、S 0.004％、P 0.008％，余量为Fe及不可避免的杂质。

9.一种药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

获得权利要求3-8任一项所述的药粉芯和金属外皮；

通过焊丝成型设备，使所述金属外皮对所述药粉芯进行包覆；

包覆后卷制成丝，并通过细拉，获得丝径为1.20mm-1.60mm的药芯焊丝。

10.一种药芯焊丝的应用，其特征在于，所述应用包括：

将权利要求3-8任一项所述的药芯焊丝用于压力容器的金属焊接。