CN1199761C - 掺入耐锌底漆与低温气体保护电弧焊接用金属的焊丝 - Google Patents

Abstract

本发明将涉及一种具有耐锌底漆性能和低温冲击韧性的气体保护弧焊用金属药芯焊丝。其技术要点是在金属系焊剂中，含有用来形成三成份系焊渣并使其稳定的TiO₂+SiO₂+Al₂O₃氧化物，将占焊丝总重量的2-10%；0.1-1.0%的金属氟化物；0.1-0.25%的金属Ti；0.002-0.008%的金属B的混合焊剂，将被充入到一个软钢制的外皮中。本发明的金属药芯焊丝，通过调节焊渣形成以及稳定剂的数量和成份，来顺利地排出在焊接过程中发生的焊接烟雾。这样不仅在焊接涂有无机锌底漆的钢材时，能去最大限度地抑制凹坑和气孔等焊接疵点的发生，还能通过调节金属Ti和B，以及金属氟化物的含量，来改善低温冲击值及焊接的作业性能；并以提高造船或桥梁等大型结构的焊接性能来改善焊接的质量，缩短工期，降低成本。

Description

掺入耐锌底漆与低温气体保护电 弧焊接用金属的焊丝

技术领域

本发明是涉及一种具有优异的耐锌底漆性能和低温冲击韧性的气体保护弧焊用金属药芯焊丝。更详细地说，在焊接一种涂有防锈锌底漆(primer)的钢材时，由于锌底漆产生的焊接烟雾(fume)，将会造成焊接疵点。本发明将涉及用来抑制产生这种疵点，并能提高焊接部位低温冲击的一种耐锌底漆性能和低温冲击韧性的气体保护弧焊金属药芯焊丝。

背景技术

目前，广泛用于造船、桥梁、钢架等大型结构钢材，因其尺寸大、壁厚，加上形状又多种多样，在大多数情况下，通过电气镀锌和热浸镀锌等的镀锌工艺，将不大可能进行大批量的生产，同时工期又很长。这样钢材的防锈工作显得比什么都重要了。

为此，在大多数情况下，将在上述结构的钢材表面上，要去涂敷一种10-100m厚的，而且防锈性能优异的含锌粉无机锌底漆，以便在制作结构的整个过程中用来防止生锈。

另外，在上述各种大型结构的，涂有锌底漆钢材的焊接方法中，近来为了提高焊接效率和省力，主要采用气体保护弧焊(gas shielded arc welding)法；用于气体保护弧焊法的焊接媒体，即药芯焊丝(flux cored wired)，因焊剂的工艺性和电弧的稳定性很好，不仅飞溅物(spatter)少，还能去获得均匀的焊珠(bead)形状，为此药芯焊丝的使用量变得越来越多。

但是，当药芯焊丝用于涂有锌底漆的钢材时，由于含在底漆中的锌粉挥发起来，生成一种锌蒸气，会造成焊接部位的凹坑(pit)和气孔(blow hole)等疵点；尤其是对焊接部位的低温冲击特性要求很高的造船和桥梁等的结构来说，这种焊接部位的疵点，存在着会使焊接部位的物理特性变得更加恶化的问题。

为了解决上述的问题，曾经建议要在药芯焊丝的充填焊剂中，组合填充一种能充分进行脱氧的合金剂，或者去采用一种氧化钙系焊剂的方法。但是，这些方法由于对焊渣的覆盖性能和焊珠形状造成不良影响，或由于焊剂中含有大量硷性物质，会生成过多的飞溅物；它不仅会降低焊接的作业性能和使焊珠的形状变坏，而且还会降低焊珠的伸缩率，进而会降低低温的冲击韧性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有耐锌底漆性能和低温冲击韧性的气体保护弧焊用金属药芯焊丝金属(以下称“金属药芯焊丝”)，以便在焊接时生成的焊渣性状变得最佳，使在焊接时发生的焊接气体或焊接烟雾能迅速地向焊接部位之外排放出去，借以防止产生焊接部位的疵点，并去调节残留在焊接部位内的扩散性氢量，从而可以去提高低温冲击韧性，去获得作业性能良好的焊丝。

本发明的目的是通过形成三成份焊渣的金属系焊剂来实现的。该金属系焊剂的主成份为TiO₂、SiO₂、Al₂O₃和一种以上金属氟化物，还有金属Ti，以及金属B。

本发明，即耐锌底漆性能和低温冲击韧性优异的气体保护弧焊用金属药芯焊丝，具有如下的特征。即，在金属系焊剂中，用来形成三成份系焊渣并使其稳定的TiO₂+SiO₂+Al₂O₃氧化物，将占焊丝总重量的2-10％；金属氟化物，即CaF₂、NaF、K₂SiF₆、Na₂SiF₆、KF中的至少一种以上的组份，将占0.1-1.0％；金属Ti，将占0.1-0.25％；金属B，将占0.002-0.008％；其余的成份，如铁粉和脱氧剂，以及电弧稳定剂等，将占5-20％。将这一金属系焊剂，以占焊丝总重量的10-25％的比例充入到软钢的外皮中。

下面将说明构成本发明金属药芯焊丝的主要焊剂成份的作用。

TiO₂是焊渣生成剂，是用来提高焊渣覆盖性和剥离性，以及电弧稳定性的一种成份；让该成份的含量最好至少占焊丝总重量的3％以上，但如果超过5％，那么电弧将会增宽，熔入深度将变浅，凹坑状的焊接疵点将会增加，因此应加以注意。

SiO₂是典型的焊渣生成剂，也是一种能代替一部分TiO₂作用的成份；它能去改善焊渣的流动性，改善焊渣的剥离性；但如果含量过多，那么不仅反而使焊渣剥离性变坏，而且会使飞溅发生量和焊接烟雾大量发生，会降低焊接的工作效率，还会降低焊接质量。图1示出了焊接疵点凹坑随TiO₂+SiO₂+Al₂O₃含量对焊丝总重比而进行变化的曲线；由图可知，当TiO₂+SiO₂+Al₂O₃的含量在10％以下时，产生的凹坑数将维持一定的值；但是，从超过10％开始逐步增加，而当超过40％之后将急剧上升。

Al₂O₃是用来调节焊渣流动性，改善焊珠形状的成份；但是如果含量超过焊丝总重量的1.5％以上，那么焊渣将被硬化，会降低剥离性。另外，由于在焊缝金属中将留下非金属夹杂物，会使低温韧性下降。另外，应切合实地去加以调整，以便使其跟TiO₂和SiO₂一起，其总重量应为焊丝总重量的10％以下。

金属氟化物具有协助去除存在于钢水及熔融焊渣中氢的作用；尤其是在酸性领域中，它将去降低焊渣粘性，并能发挥出非常优秀的脱氢效果。另外，金属氟化物可以非常有效地去抑制焊接部位上的扩散性氢量的增加，从而去提高焊接部位的耐裂性能和耐气孔性能，去提高焊接部位的韧性。

图2示出了焊接部位的吸收能量随残留在焊缝金属中扩散性氢量进行变化的曲线；由图可知，随着扩散性氢量的增加，焊缝金属的冲击吸收能量将急剧减少的情形，即韧性降低的情形。

为了显示金属氟化物的效果，至少要添加一种以上金属氟化物，而且要占焊丝总重量的0.1％以上；但是，如果超过1.0％，那么焊渣的粘性将急剧下降，使焊珠形状变坏，还使飞溅及焊接烟雾的产生量增大。

Ti是为了获得脱氧及脱氮效果的一种成份；当其含量不足焊丝总重量的0.1％时，对熔融金属的脱氧能力将会不足，会促进金属B的氧化消耗，降低由金属B产生的对熔融金属的淬火效果，使金属组织粗大化，低温韧性下降；如果超过0.25％，那么焊缝金属中的Ti量将会增加，随着强度的上升会使韧性降低，对破裂敏感。

金属B是用来改善低温韧性的一种成份；当其含量不足焊丝总重量的0.002％时，几乎没有什么效果；如果超过0.008％，那么焊缝金属将被硬化，韧性将会急剧降低，还会成为引起焊接部位高温裂纹的一种原因。

除上述的重要成份外，作为脱氧剂来添加的Fe-Mn是一种Mn的重量比为73-80％的Fe-Mn；在进行添加时，Mn的量最好不要超过焊丝总重量的5％。这是原因如果Mn的量超过5％，那么焊缝金属将被硬化变脆，就会降低韧性，容易发生裂纹。

另外，以金属Si或Fe-Si来进行添加的Si系脱氧剂，最好不要超过焊丝总重量的3％。这是因为如果超过3％，那么就会导致低温冲击韧性的降低。

本发明正如以上所说的那样，通过调节焊渣形成及稳定剂的量和成份，顺利地排出在焊接过程中发生的焊接烟雾，而且在焊接涂有无机锌底漆的钢材时，也能最大限度地去抑制凹坑和气孔等焊接疵点的发生，确保低温冲击值及焊接的作业性能，借以去实现通过提高大型结构的焊接性能来改善焊接的质量，缩短工期以及降低成本的愿望。

附图说明

图1是含在焊剂中的焊渣形成剂含量与凹坑发生数之间的关系曲线。

图2是扩散性氢量与冲击吸收能量之间关系曲线。

有关本发明，即由上述的成份和含量构成的金属药芯焊丝，在其成份结构和具体的焊接特性等方面，将会通过对下述实例的详细说明，会得到清楚的理解。

具体实施方式

实施例

本发明，即金属药芯焊丝的实施例和对照例的焊剂成份如下列表1所示。

【表1】

分类		焊剂组成(对焊丝总重量的百分比)												鉄质
															电弧稳定剂及焊渣生成剤				金属氟化物				脱氧剤
		TiO2	SiO2	Al2O3	Na2SiO3	K2SiF6	Na2SiF6	NaF	CaF	Mn	Si	Ti	B
															本	1	4.2	1.2	0.8	0.3	0.15	0.1	0.3	0.0	2.2	1.2	0.3	0.003	残部

发明实例	2	4.2	1.2	0.3	0.1	0	0.1	0.3	0.0	2.2	1.2	0.3	0.003	残部
															3	3.5	1.2	0.6	0.1	0.1	0.0	0.2	0.0	2.2	1.2	0.2	0.004	残部
	4	4.2	1.2	0.6	0.1	0.1	0.0	0.2	0.0	2.2	1.2	0.2	0.004	残部
															5	3.5	1.2	0.8	0.0	0.1	0.1	0.2	0.0	2.2	1.2	0.2	0.004	残部
	6	3.0	0.8	0.8	0.4	0.1	0.0	0.2	0.0	2.2	1.2	0.2	0.004	残部
															7	2.0	1.2	0.3	0.4	0	0.2	0.2	0.2	2.2	1.2	0.2	0.003	残部
	8	2.0	1.2	0.6	0.2	0	0.2	0.2	0.0	2.2	1.2	0.2	0.004	残部
															对照例	9	3.0	0.8	0.3	0.2	0	0.2	0.2	0.0	2.2	1.2	0.4	0.004	残部
10	2.0	1.2	0.3	0.2	0.2	0.2	0.2	0.0	2.2	1.2	0.2	0.010	残部
														11		7.0	1.2	0.8	0.0	0	0.2	0.2	0.2	2.2	1.2	0.2	0.006	残部
12	6.2	2.0	0.8	0.0	0	0.2	0.2	0.0	2.2	1.2	0.2	0.006	残部
														13		5.6	2.2	0.8	0.1	0	0.1	0.2	0.0	2.2	1.2	0.2	0.009	残部

利用上述表1的焊丝，并以表2的条件进行了焊接试验。对焊接试件的性能评价结果如表3所示。

【表2】

焊接电流	焊接电压	焊接速度	保护气体	母料	焊接方法	锌底漆涂敷厚度
							280A	31V	70cm/分	80％Ar+20％CO2的气体，20升/分	50kgf/mm2級高張力钢、20顿×500mmL	水平轮廓焊接	50～100μm

【表3】

分类		耐锌底漆性能	焊接作业性能	低温冲击性(-30℃/J)	综合判定
						发明实	1	○	○	×	×
2	○	○	×	×
					3		○	○	○	○

例	4	○	○	○	○
						5	○	○	○	○
	6	○	○	○	○
						7	○	×	○	○
	8	○	×	○	○
						对照例	9	○	×	×	×
10	○	×	×	×
					11		×	○	×	×
12	×	○	×	×
					13		×	○	○	×

*冲击试验用焊接试件是按照JIS Z3133实施的，试件使用了JIS Z3111的4号试件。

*耐锌底漆性能是在焊接长度500mm内，发生的凹坑个数在3个以上时将判为不良。

*低温冲击特性是在-30℃的温度下，40J以下时将判为不合格。

*在评价项目中若判有一种以上的不良时，将判为不合格。

如在上述表1和3中所了解的那样，在焊渣形成及稳定剂中TiO₂的含量至少应含有焊丝总重量的3％以上；但如果超过5％(对照例11、12、13)，那么耐锌底漆性能将会下降；如果超过6％(对照例11、12)，那么熔入度变低，将给低温冲击性能造成不良的影响；如果不足3％(实例7、8、对照例10)，那么会使焊渣形成与稳定性不足，将造成焊接的作业性能下降。

另外，对照例10，含有过多的金属B，使低温冲击值变得不良；对照例9的TiO₂含量适当，耐锌底漆性能良好，但金属Ti的过多，将不但使低温冲击值变得不良，还给焊渣稳定性造成不良影响，使焊接的作业性能下降。

实施例1和2跟对照例9不同，尽管金属Ti的含量超过了规定的范围，但与对照例9相比还少，因而还可以得知它将不去影响焊接的作业性能，而是仅将使低温冲击值变低。

Claims (3)

1、一种具有耐锌底漆与低温冲击韧性优异的气体保护弧焊用金属药芯焊丝，其特征是：焊剂中含有用来形成三成份系焊渣并使其稳定的TiO₂+SiO₂+Al₂O₃氧化物，将占焊丝总重量的2-10％；0.1-1.0％的金属氟化物；0.1-0.25％的金属Ti；0.002-0.008％的金属B的混合焊剂，将被充入到一个软钢制的外皮中。

2、根据权利要求1所述的气体保护弧焊用金属药芯焊丝，其特征是：金属氟化物是指CaF₂、NaF、K₂SiF₆、Na₂SiF₆、KF中的至少一种以上的成份。

3、根据权利要求1所述的气体保护弧焊用金属药芯焊丝，其特征是：还包括占焊丝总重量5-20％的铁粉和脱氧剂，以及电弧稳定剂的成份，将这一金属系焊剂，以占焊丝总重量的10-25％的比例充入到软钢的外皮中。