CN115971721A - 一种具有高止裂性能的药芯焊丝及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于焊接材料技术领域，具体提供了一种具有高止裂性能的药芯焊丝，包括外皮及填充在所述外皮内的药芯，以质量百分比计，所述药芯包括：45‑50％的钛白粉，6‑10％的钠长石，4‑6％的镁粉，6‑8％的金属锰，13‑16％的硅锰合金，3.5‑5％的钛铁，0.3‑0.6％的氧化硼，4.5‑10％的镍粉，1‑3％的萤石，2‑4％的冰晶石，剩余为铁粉及不可避免的杂质。本发明提供的这种药芯焊丝是利用钛白粉为原料的钛型熔渣CO2气体保护焊药芯焊丝，钛白粉只需要经过简短工艺处理，具有优良的全位置焊接工艺性能，焊缝金属具有高止裂性能，‑10℃CTOD值≥0.25mm。熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度≥470MPa；抗拉强度≥570MPa；伸长率≥22％；‑60℃条件下，KV2≥64J。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种具有高止裂性能的药芯焊丝及其应用。
背景技术
在建筑钢结构、桥梁、海洋石油工程等重要结构的焊接中，为了结构安全，常常要求焊接金属具有良好的止裂性能，以延缓裂纹扩张速度，常常要求进行CTOD试验，如船级社规范中对特定结构要求，-10℃CTOD值≥0.15mm。部分焊接材料或焊接方法发明专利对CTOD试验有所论述，但都有一定的局限。如：
中国专利CN200880123265公开了金属接头的化学成分范围，其中特意阐述了Al作为脱氧剂的作用。实际上，Al脱氧生成的Al2O3具有熔点高，硬度高脆性大，在液态铁水中不易上浮的特点，易形成B类夹杂物，不利于焊缝的塑性变形，会降低焊缝金属低温韧性。为提高低温CTOD性能，药芯焊丝粉料中应避免使用铝作为脱氧剂。CN202010807659.3提供的是一种碱性药芯焊丝，其焊接工艺性能相对较差。此外，使用了昂贵的Mo、Zr等贵金属，成本较高，与本发明钛型熔渣药芯焊丝也不是同一类型产品。CN201410516996.1为了获得具有良好CTOD性能的接头，采用混合气(80％Ar+20％CO2)气保护实心焊丝打底，药芯焊丝或埋弧焊丝填充的混合焊接工艺。CN201710525345.2中也采取的是多种焊接材料的混合焊接工艺，以使焊接金属获得良好的CTOD性能。
钛型熔渣/渣系药芯焊丝主要使用高品位金红石，如TiO2含量不低于95％，但中国国内高品位金红石缺乏，常常需要依赖进口。TiO2含量高的产品还有钛白粉，但钛白粉颗粒太细，流动性差，难以直接用于药芯焊丝生产，如专利：CN202111451662中阐述了“控制窑炉中的温度在1350-1450℃之间，在高温情况下煅烧6-10个小时”，使钛白粉结块然后进行破碎处理，将粉料粒度范围“控制在250-290um之间”，以利于药芯焊丝生产。该专利虽然解决了钛白粉在药芯焊丝生产中应用问题，但是煅烧温度高煅烧时间长并需进行破碎处理，能耗高工序多，成本高环境污染大。
发明内容
本发明的目的提供一种利用钛白粉为原料的钛型熔渣CO2气体保护焊药芯焊丝。
为此，本发明提供了一种具有高止裂性能的药芯焊丝，包括外皮及填充在所述外皮内的药芯，以质量百分比计，所述药芯包括：45-50％的钛白粉，6-10％的钠长石，4-6％的镁粉，6-8％的金属锰，13-16％的硅锰合金，3.5-5％的钛铁，0.3-0.6％的氧化硼，4.5-10％的镍粉，1-3％的萤石，2-4％的冰晶石，剩余为铁粉及不可避免的杂质。
具体的，上述钛白粉在使用前经过1100℃×1.5h烘焙处理。
具体的，上述药芯焊丝的药芯填充率为14％-16％。
具体的，上述外皮为钢带。
当本发明提供的具有高止裂性能的药芯焊丝用于焊接时，采用100％CO2作为保护气体。焊接条件为：焊接电流250-260A，焊接电压28-30V，焊接速度约30mm/min。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明提供的这种药芯焊丝是利用钛白粉为原料的钛型熔渣CO2气体保护焊药芯焊丝，钛白粉只需要经过简短工艺处理，具有优良的全位置焊接工艺性能，焊缝金属具有高止裂性能，-10℃CTOD值≥0.25mm。熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度≥470MPa；抗拉强度≥570MPa；伸长率≥22％；-60℃条件下，KV2≥64J。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。尽管已经详细描述了本发明的代表性实施例，但是本发明所属技术领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下可以对本发明进行各种修改和改变。因此，本发明的范围不应局限于实施方案，而应由所附权利要求及其等同物来限定。
本发明提供了一种具有高止裂性能的药芯焊丝，包括外皮及填充在所述外皮内的药芯，以质量百分比计，所述药芯包括：45-50％的钛白粉，6-10％的钠长石，4-6％的镁粉，6-8％的金属锰，13-16％的硅锰合金，3.5-5％的钛铁，0.3-0.6％的氧化硼，4.5-10％的镍粉，1-3％的萤石，2-4％的冰晶石，剩余为铁粉及不可避免的杂质。
所用钛白粉的主要成分是TiO2。主要作用是造渣，能改善脱渣性，显著影响立焊成型。钛白粉少于45％时，熔渣量偏少且熔渣熔点偏低，焊缝熔池“铁水”易流淌，成型不好，立焊操作困难；钛白粉多于50％时，材料成本上升，且因TiO2含量过多，将导致熔点升高，焊缝成型变差。工业产品钛白粉应含99％以上TiO2。工业钛白粉颗粒较细，流动性较差，其使用前需经过1100℃×1.5h烘焙，促使钛白粉颗粒烧结聚集长大，大部分粉料的粒度可增长到75μm以上，进而改善了其流动性，满足药芯焊丝生产所需粉料流动性要求。
钠长石的成分中含有NaO，可以起到稳定电弧作用。钠长石太多将降低熔渣熔点，不利于全位置焊接成型；过少，则稳弧作用不明显。
镁粉的主要作用是脱氧，降低焊缝氧含量，生成的氧化镁可与酸性氧化物形成复合物，进而净化焊缝金属。但镁粉少于4％时，对熔池净化作用不明显，低温韧性差；当高于6％，脱氧反应剧烈，焊接过程大颗粒飞溅增多，工艺性能变差。
金属锰主要作用是渗合金，提高焊缝Mn含量，改善低温韧性。
硅锰合金含有大量的Si、Mn，作为焊缝金属主要合金元素Si、Mn来源，可提高焊缝强度；同时还可作为弱脱氧剂，参与焊接过程中氧化还原反应。当硅锰合金过多，将导致焊缝金属Si含量偏高，焊缝低温冲击韧性将显著下降。
钛铁含有大量的Ti，可参与脱氧，并少量渗合金，可防止焊缝中还原生成的B被氧化，从而细化焊缝金属，改善焊缝低温冲击韧性。其含量低于3.5％时，焊缝Ti含量不足，低温冲击韧性低；大于5％时，焊缝中Ti含量过多，焊缝强度过高，低温冲击韧性也将显著下降。
氧化硼在焊接电弧氛围中被还原生成B，进而向焊缝渗B，细化晶粒，提高低温韧性。
镍粉含96％以上Ni，主要作用是向焊缝金属渗合金，降低焊缝金属韧脆转变温度。当镍粉低于4.5％，焊缝韧性不足；但添加超过10％的镍粉，增加焊缝金属热裂纹敏感性。
萤石含有大量CaF2，可降低熔渣熔点，并在焊接冶金反应中降低焊缝金属氢含量。但过多的萤石将导致焊接电弧不稳，恶化焊接工艺性能。
冰晶石又名六氟合铝酸钠或氟化铝钠，分子式为Na3AlF6，其在熔融状态可抑制游离态氧化铝生成，减少焊缝金属中游离的氧化铝夹杂物，提高焊缝低温韧性以及提高焊缝止裂性能。冰晶石的量超过4％，将导致氟含量过多，导致焊接电弧不稳，恶化焊接工艺性能。
下面通过具体实施例对本发明的具有高止裂性能的药芯焊丝的效果进行研究。
实施例1：
本实施例提供了一种具有高止裂性能的药芯焊丝，其外皮为SPCC钢带，药芯各组分配比及药芯在药芯焊丝中的填充率如表1所示，钛白粉使用前经过1100℃×1.5h烘焙处理。
上述药芯焊丝采用100％CO2作保护气进行焊接，焊接电流250-260A；焊接电压28-30V；焊接速度30mm/min。对焊缝金属的化学成分、力学性能及CTOD特征值进行检测，结果如表2所示。
实施例2：
本实施例提供了一种具有高止裂性能的药芯焊丝，其外皮为SPCC钢带，药芯各组分配比及药芯在药芯焊丝中的填充率如表1所示，钛白粉使用前经过1100℃×1.5h烘焙处理。
上述药芯焊丝采用100％CO2作保护气进行焊接，焊接电流250-260A；焊接电压28-30V；焊接速度30mm/min。对焊缝金属的化学成分、力学性能及CTOD特征值进行检测，结果如表2所示。
实施例3：
本实施例提供了一种具有高止裂性能的药芯焊丝，其外皮为SPCC钢带，药芯各组分配比及药芯在药芯焊丝中的填充率如表1所示，钛白粉使用前经过1100℃×1.5h烘焙处理。
上述药芯焊丝采用100％CO2作保护气进行焊接，焊接电流250-260A；焊接电压28-30V；焊接速度30mm/min。对焊缝金属的化学成分、力学性能及CTOD特征值进行检测，结果如表2所示。
表1各实施例中药芯焊丝药粉配比及填充率(质量百分比)
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 钛白粉 | 47 | 50 | 45 |
| 钠长石 | 7 | 6 | 10 |
| 镁粉 | 6 | 4.9 | 4 |
| 金属锰 | 8 | 7.5 | 6 |
| 硅锰合金 | 13 | 16 | 14 |
| 钛铁 | 3.5 | 4.2 | 5 |
| 氧化硼 | 0.3 | 0.4 | 0.6 |
| 镍粉 | 7.2 | 4.5 | 10 |
| 萤石 | 3 | 2.4 | 1 |
| 冰晶石 | 2 | 2.6 | 4 |
| 铁粉 | 3 | 1.5 | 0.4 |
| 药芯填充率 | 14 | 15.2 | 16 |
表2各实施例中焊缝金属的化学成分、力学性能及CTOD特征值
由表2可知，药芯焊丝焊焊缝金属力学性能：屈服强度≥470MPa；抗拉强度≥570MPa；伸长率≥22％；-60℃条件下，KV2≥64J；-10℃CTOD试验特征值≥0.25mm。
综上所述，本发明提供的这种药芯焊丝是利用钛白粉为原料的钛型熔渣CO2气体保护焊药芯焊丝，钛白粉只需要经过简短工艺处理，具有优良的全位置焊接工艺性能，焊缝金属具有高止裂性能具有高止裂性能。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种具有高止裂性能的药芯焊丝，包括外皮及填充在所述外皮内的药芯，其特征在于，以质量百分比计，所述药芯包括：45-50％的钛白粉，6-10％的钠长石，4-6％的镁粉，6-8％的金属锰，13-16％的硅锰合金，3.5-5％的钛铁，0.3-0.6％的氧化硼，4.5-10％的镍粉，1-3％的萤石，2-4％的冰晶石，剩余为铁粉及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的具有高止裂性能的药芯焊丝，其特征在于：所述钛白粉在使用前经过1100℃×1.5h烘焙处理。
3.如权利要求1所述的具有高止裂性能的药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝的药芯填充率为14％-16％。
4.如权利要求1所述的具有高止裂性能的药芯焊丝，其特征在于：所述外皮为钢带。
5.如权利要求1-4任意一项所述具有高止裂性能的药芯焊丝的应用，其特征在于，所述药芯焊丝的焊接条件为：焊接电流250-260A，焊接电压28-30V，焊接速度约30mm/min。
6.如权利要求5所述具有高止裂性能的药芯焊丝的应用，其特征在于：所述药芯焊丝在焊接时采用100％CO2作为保护气体。
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