一种具有高冲击韧性钢焊接用金属粉型药芯焊丝

摘要

该发明属于高冲击韧性钢焊接用金属粉型气体保护药芯焊丝，包括含C0.01-0.1wt％、Mn0.1-0.4wt％、Si 0.01-0.03wt％、S0.005-0.015wt％、P0.005-0.015wt％、余量为铁的低碳钢外皮；占全部焊丝重14-25％的药芯、药芯各成分以焊丝总重百分比计分别为：中碳锰铁1.2-4.0％、硅铁粉0.20-2.0％、镁粉0.05-0.5％、钼铁粉0.1-2.0％、镍粉1-2％、电熔镁砂0.05-0.2％、氟化物0.01-0.3％、铁粉7-14％；各成分混合均匀后、置于低碳钢薄钢带上卷制成条、再拉至成丝。该发明具焊接后熔敷金属上几乎无熔渣，可进行不清渣连续多层焊接，焊接速度快、效率高，焊接工艺性能好，电弧稳定、飞溅小、成型美观，焊缝低温韧性高，通过短路过渡可实现立向下焊接等特点。

权利要求

1.一种具有高冲击韧性钢焊接用金属粉型药芯焊丝，包括金属外皮及其药芯，其特征在于焊丝的金属外皮采用含.C 0.01-0.1wt％、Mn 0.1-0.4wt％、Si 0.01-0.03wt％、S0.005-0.015wt％、P 0.005-0.015wt％、余量为铁的低碳钢薄钢带作为焊丝的金属外皮；其药芯中各成分以全部焊丝的重量百分比计、分别为：中碳锰铁1.2-4.0wt％、硅铁粉0.20-2.0wt％、镁粉0.05-0.5wt％、钼铁粉0.1-2.0wt％、镍粉1-2wt％、电熔镁砂

0.05-0.2wt％、氟化物0.01-0.3wt％、铁粉7-14wt％；将药芯中各成分混合均匀后置于作为焊丝外皮的低碳钢薄钢带上，卷制成条，并拉至成所需直径的丝。

2.按权利要求1所述具有高冲击韧性钢焊接用金属粉型药芯焊丝，其特征在于所述药芯焊丝中药芯的含量占全部焊丝重量的14-25wt％、药芯的直径为Φ1.0-3.0mm。

3.按权利要求1所述具有高冲击韧性钢焊接用金属粉型药芯焊丝，其特征在于所述氟化物为氟化钙、氟化钠、氟钛酸钾及冰晶粉中的一种或几种。

4.按权利要求1所述具有高冲击韧性钢焊接用金属粉型药芯焊丝，其特征在于所述铁粉为还原铁粉或雾化铁粉。

5.按权利要求1所述具有高冲击韧性钢焊接用金属粉型药芯焊丝，其特征在于所述药芯焊丝焊接后的熔敷金属中扩散氢含量小于4mL/100g。

说明书

一种具有高冲击韧性钢焊接用金属粉型药芯焊丝

技术领域

[0001] 本发明属于金属材料焊接生产用焊丝，特别是一种具有高冲击韧性钢焊接用金属粉型药芯焊丝；该药芯焊丝尤其适合用于在低温工作条件下具有高冲击韧性的海洋工程和大型结构钢件的焊接。

背景技术

[0002] 国内外钢材的冶炼水平正在不断提高；诸多行业对钢材的冲击韧性提出了更高的要求，随着海洋工程和大型焊接结构应用的增加，Q460q(成分为C≤0.18％、Mn：1.0-1.80％、Si≤0.55％、S≤0.01％、P≤0.025％、Ni≤0.70％、余量为铁)、Q500q(C≤0.18％、Mn：1.0-1.70％、Si≤0.55％、S≤0.01％、P≤0.025％、Ni≤1.0％、余量为铁)类在低温条件下具有高冲击韧性的钢材被大量使用，因而开发用于低温性能良好钢材的焊接材料已迫在眉睫。在此类钢材的焊接中，通常用的焊接材料有焊条、实芯焊丝，普通药芯焊丝(酸性、碱性)。采用焊条焊接时，每根焊条都要丢掉20～30mm的焊条头，既会造成材料的浪费、其焊接的连续性亦差。普通药芯焊丝与实心焊丝相比，在同样的焊接规范下，药芯焊丝的熔敷速度比实芯焊丝高20-30％。在专利号为201010156680.8、发明名称为《低温高韧性全位置焊接用气保护药芯焊丝》的专利文献中、公开了一种以TiO2为主的高韧性药芯焊丝，该焊丝具有低温韧性较好的特点，但在焊接过程中会产生大量的熔渣，既影响了焊接效率、又增强了焊工劳动强度。为了降低药芯焊丝焊接过程中熔渣量，到目前为止，提出过很多方案，如专利号为200810010814.8、发明名称为《一种高韧性金属芯气体保护焊丝及其制造方法》的专利文献中、公开的一种高韧性金属芯气体保护焊丝及制造方法，该焊丝虽然在一定程度上降低了药芯焊丝焊接过程中熔渣量，但仍存在无法实现不清渣连续多层焊接、操作工人的劳动强度高，且焊缝低温韧性差(-20℃kv仅100J)，无法满足海洋工程等项目对低温韧性的需求，焊接效率低等缺陷。

发明内容

[0003] 本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研制一种具有高冲击韧性钢焊接用金属粉型药芯焊丝，以提高对Q460q、Q500q类在低温工作条件下具有高冲击韧性钢材焊接的工艺性能和理化性能，达到焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观，大幅度降低焊接后的熔渣量至可进行不清渣连续多层焊接，以及有效提高焊缝的综合性能、特别是低温韧性及焊接效率，且通过短路过渡还可实现立向下焊接，降低操作工人的劳动强度等目的。

[0004] 本发明药芯焊丝的解决方案是焊丝的金属外皮采用含：C 0.01-0.1wt％、Mn0.1-0.4wt％、Si 0.01-0.03wt％、S 0.005-0.015wt％、P 0.005-0.015wt％、余量为铁的低碳钢薄钢带作为焊丝的金属外皮；其药芯中各成分以全部焊丝的重量百分比计、分别为：中碳锰铁1.2-4.0wt％、硅铁粉0.20-2.0wt％、镁(Mg)粉0.05-0.5wt％、钼铁粉
0.1-2.0wt％、镍(Ni)粉1-2wt％、电熔镁砂0.05-0.2wt％、氟化物0.01-0.3wt％、铁粉
7-14wt％；将药芯中各成分混合均匀后、置于作为焊丝外皮的低碳钢薄钢带上，卷制(包裹)成条、并拉至成所需直径的丝。

[0005] 上述药芯焊丝中药芯的含量占全部焊丝重量的14-25wt％、药芯的直径为Φ1.0-3.0mm。所述氟化物为氟化钙、氟化钠、氟钛酸钾及冰晶粉中的一种或几种。而所述铁粉为还原铁粉或雾化铁粉。本发明所述药芯焊丝焊接后的熔敷金属中扩散氢含量小于4mL/100g。

[0006] 本发明药芯中各成分的主要作用如下：

[0007] 中碳锰铁：锰是重要的脱氧剂，同时也是焊缝金属重要的合金剂。对焊缝金属的强度和韧性有重要影响。锰可以降低奥氏体向铁素体转变温度，促进AF(针壮铁素体)形成；锰含量增加可以提高焊缝的低温冲击韧性，但太高时则相反，此外，锰还能与硫形成MnS、降低焊缝的杂质含量。

[0008] 硅铁：硅是重要的脱氧剂同时也是焊缝金属重要的合金剂，硅可以降低焊缝金属的含氧量，提高焊缝金属的冲击韧性，但太高时则相反；采用硅锰联合脱氧其效果较好。

[0009] 镁粉：镁是强脱氧剂，对控制焊缝金属的含氧量具有重要作用，同时还能起到稳弧的作用；但含量过高时会增加焊接烟尘、不利于焊工的健康。

[0010] 钼铁：钼能显著提高焊缝金属强度，但过高会影响焊缝金属韧性；为了控制过渡(渗入)到焊缝金属的钼含量、本发明采用钼铁作为钼的来源。

[0011] 镍：镍作为孕育剂，细化晶粒、减小偏析、促进针状铁素体的形成，从而提高铁素体的韧性；镍还可增强位错能，增加裂纹扩展消耗功、提高低温韧性。

[0012] 电熔镁砂：用于改善焊缝成型，增加熔渣碱度和焊缝的低温韧性，对熔渣的透气性有一定帮助。

[0013] 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，本发明采用氟化钙、氟化钠、氟钛酸钾及冰晶粉中的一种或几种。

[0014] 铁：药芯中加入铁可提高焊接效率和提供少量的氧用于稳弧，为了保证高的熔敷效率、本发明主要采用还原铁粉或雾化铁粉

[0015] 本发明即通过上述药芯成分的有机组配并与低碳钢外皮配合从而实现其发明目的。

[0016] 本发明采用金属粉型药芯焊丝对Q460q、Q500q类在低温工作条件下具有高冲击韧性钢材进行焊接后，其熔敷金属的抗拉强度≥550MPa、屈服强度≥470MPa、延伸率≥24％、-45℃冲击达到80J，-50℃冲击达到70J，熔敷金属扩散氢含量小于4mL/100g。从而提高了对上述钢材焊接的工艺性能和理化性能，有效地提高了焊缝的综合性能，解决了焊缝金属在低温工作条件韧性不足的问题；并具有焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观，焊接后几乎无渣、可有效进行不清渣连续多层焊接且速度快，焊缝的综合性能、特别是低温韧性高，焊接效率高，且通过短路过渡还可实现立向下焊接，焊工的劳动强度和焊接的成本低等特点。

具体实施方式

[0017] 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C0.04wt％、Mn 0.25wt％、Si 0.015wt％、S 0.01wt％、P 0.01wt％、余量为铁；以配制生产
100Kg焊丝为例，本实施例药芯占整个焊丝重的15wt％，药芯中各成分为：中碳锰铁3.4Kg、硅铁粉1.0Kg、镁(Mg)粉0.4Kg、钼铁粉0.2Kg、镍粉1.0Kg、电熔镁砂0.1Kg、氟化钙0.2Kg、加铁粉8.7 Kg至药芯配料总重15Kg；然后将药芯中各成分混合均匀后待用；

[0018] 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，进而卷制成条、经拉至Φ1.2mm的丝即成。

[0019] 本实施例在焊接参数：I=250-260A、U=28-30V、气体流量20L/min、80％Ar+余量CO2，对Q460q型号钢进行焊接，其：

[0020] 熔敷金属化学成分 (％)

[0021]C Mn Si S P Ni Mo
0.04 1.35 0.42 0.007 0.010 0.95 0.1

[0022] 熔敷金属机械性能(混合气体)：

[0023]

[0024] 扩散氢含量：3.0mL/100g。

[0025] 实施例2：焊丝的外皮与实施例1相同，以配制生产100Kg焊丝为例，本实施例药芯占整个焊丝重的20wt％，药芯中各成分为：中碳锰铁3.9Kg、硅铁粉1.0Kg、镁(Mg)粉0.4Kg、钼铁粉0.2Kg、镍粉1.0Kg、电熔镁砂0.1Kg、氟化钠和氟钛酸钾0.2Kg(各0.1Kg)、加铁粉13.2Kg至药芯配料总重20Kg；其余与实施例1相同，其：

[0026] 熔敷金属化学成分 (％)

[0027]C Mn Si S P Ni Mo
0.04 1.5 0.37 0.007 0.010 0.95 0.14

[0028] 熔敷金属机械性能(混合气体)：

[0029]

[0030]

[0031] 扩散氢含量：3.2mL/100g。

[0032] 实施例3：焊丝的外皮与实施例1相同，以配制生产100Kg焊丝为例，本实施例药