一种高强度高韧性碱性药芯焊丝

摘要

本发明公开的一种高强度高韧性碱性药芯焊丝，包括外皮和填充在外皮中的碱性药芯，其外皮采用低碳钢带，经过轧制‑合拢‑拉拔三道工序制成，其碱性药芯酸碱度为2.1‑3.5。该碱性药芯由以下重量百分比的原料制备而成：ZrO2 3％‑7％；Na2SiF6 1％‑5％；KAlSi3O8 1.5％‑6％；TiO2 2％‑5％；CaF2 12％‑25％；CaCO3 2％‑6％；Al‑Mg合金1％‑3％；金属粉末25％‑35％；铁粉余量。本发明的高强度高韧性碱性药芯焊丝焊接时采用CO2气体做保护气体，焊接电弧稳定，飞溅和烟雾少，易脱渣，焊缝成型美观，焊缝强度可达830MPa以上，并具有优异的低温韧性，适用于全位置焊接830MPa级高强度钢。

权利要求

1.一种高强度高韧性碱性药芯焊丝，包括外皮和填充在外皮中的碱性药芯，其外皮采用低碳钢带，经过轧制-合拢-拉拔三道工序制成，其特征在于，所述碱性药芯酸碱度为2.1-

3.5；

所述碱性药芯由以下重量百分比的原料制备而成：

所述金属粉末由以下重量百分比的原料制备而成：

2.如权利要求1所述的一种高强度高韧性碱性药芯焊丝，其特征在于，所述TiO2为金红石型TiO2。

3.如权利要求1至2任一项权利要求所述的一种高强度高韧性碱性药芯焊丝，其特征在于，所述高强度高韧性碱性药芯焊丝的直径为Φ1.2mm。

说明书

一种高强度高韧性碱性药芯焊丝

技术领域：

[0001] 本发明属焊接材料技术领域，提出了一种高强度高韧性的碱性药芯焊丝。背景技术：

[0002] 随着社会经济的发展，使用大型钢结构的行业，如建筑业、造船业、汽车行业等蓬勃发展。其对钢强度的要求也越来越高，其中800-1500MPa高强度钢得到广泛应用。在要求强度高的同时，对其韧性，尤其是低温韧性也提出了更高的要求。因此对于高强度钢的焊接，尤其是配套焊接材料的研究引起了焊接工作者的关注。当前国内使用的药芯焊丝以酸性渣系为主，使用酸性药芯焊丝焊接时飞溅少、易脱渣、电弧稳定，但焊缝扩散氢较高。

[0003] 目前酸性药芯焊丝大多数适用于490MPa和550MPa级别钢的焊接，且抗裂性较差。对于800MPa及以上强度级别的钢，又要求其具有较好的低温韧性来讲，酸性药芯焊丝已不能满足其要求。碱性药芯焊丝因其焊缝扩散氢低，低温抗裂性能优异，被广泛应用于高强度钢结构焊接。但碱性药芯焊丝焊接时因存在飞溅较大，脱渣较困难，烟雾较浓、立焊和横焊工艺性能差等缺点限制了应用。本研究发明了一种高强度高韧性的碱性药芯焊丝，其具有优良的焊接工艺性能，可进行全位置焊接。
发明内容：

[0004] 考虑到以上问题，本发明的目的是提供了一种高强度高韧性低氢药芯焊丝，该药芯焊丝渣系属碱性，飞溅较小，渣薄且脱渣容易，烟雾小，焊缝成型美观，具有优异的抗裂性能及低温韧性。适用于焊接830MPa级高强度钢，可进行平、立、仰焊接。

[0005] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

[0006] 一种高强度高韧性碱性药芯焊丝，包括外皮和填充在外皮中的碱性药芯，其外皮采用低碳钢带，经过轧制-合拢-拉拔三道工序制成，其特征在于，所述碱性药芯酸碱度为2.1-3.5。

[0007] 在本发明的一个优选实施例中，所述碱性药芯由以下重量百分比的原料制备而成：

[0008]

[0009] 在本发明的一个优选实施例中，所述金属粉末由以下重量百分比的原料制备而成[0010]

[0011] 在本发明的一个优选实施例中，所述高强度高韧性碱性药芯焊丝的直径为Φ1.2mm。

[0012] 在本发明的一个优选实施例中，所述TiO2为金红石型TiO2。

[0013] 本发明药芯焊丝填充率对生产制造工艺、焊接工艺性能和熔敷金属化学成分有着重要影响，如填充率偏高，在焊丝拉拔工序中容易出现断丝，且焊接时电弧不稳定；填充率偏低，熔敷金属中化学成分较少，影响焊缝力学性能。基于以上原因，本发明焊丝的碱性药芯的填充率控制在12％-18％。

[0014] 在本发明中，ZrO2属造渣剂，它能提高熔渣的凝固点，而且起到稳弧作用。

[0015] 药芯中的Na2SiF6主要作用是脱氢、稳弧，但Na2SiF6超过5％时，SiF4、AlF3气体增多，导致电弧稳定性变差，飞溅增大。

[0016] CaF2是提高熔渣碱性的成分之一，是极强的脱氢、脱氧物质，能降低熔渣的熔点和粘度，增强渣的流动性，改善熔渣的覆盖。但当含量超过25％时，焊接烟雾增大，渣覆盖性变差，同时破坏电弧稳定性。

[0017] TiO2属酸性氧化物，可改善电弧稳定性。在本发明中TiO2以金红石形式加入。

[0018] CaCO3属碱性氧化物，主要是造渣、造气，保护熔池，改善熔滴流动性和渣覆盖性，但如果加入量超过6％，焊接飞溅较大，渣覆盖不全。

[0019] 在KAlSi3O8中，主要成分SiO2可细化熔滴，降低渣的粘度。加入量小于1.5％时对细化熔滴和降低渣的粘度性效果不明显，若加入量大于6％，焊接电弧稳定性变差，飞溅增大。

[0020] 本发明中，加入的Al-Mg合金可脱氧、脱氮，避免产生焊缝气孔。但Al脱氮后形成的AlN属多边形物质夹杂，对提高焊缝韧性不利，所以加入量控制在3％以内。

[0021] 在本发明中除了加入上述物质以外，还加入了一些金属粉末，主要是钛铁、钼铁、锰铁、硅铁以及金属铬、镍粉等，其中锰铁、硅铁一方面可作为脱氧剂；另一方面Mn、Si元素过渡到焊缝中来提高焊缝强度。其余的可细化组织晶粒、改善焊缝韧性，尤其是低温韧性。

[0022] 在设计碱性渣系药芯焊丝时，熔渣酸碱度B决定着焊丝焊接工艺性能的好坏。如果B太小，焊缝扩散氢较高，B过大，扩散氢低，但是对焊接工艺不利，如焊接电弧不稳定，焊接飞溅大等。所以本发明的焊丝酸碱度B控制在2.1-3.5。酸碱度B计算公式如下：

[0023]

[0024] 本发明的高强度高韧性碱性药芯焊丝具有优良的焊接工艺性能，较高强度以及优异的低温韧性，适用于焊接低温下使用的830MPa级高强度钢。

具体实施方式

[0025] 实施例1至实施例3的高强度高韧性碱性药芯焊丝，包括外皮和填充在外皮中的碱性药芯，其外皮采用低碳钢带，经过轧制-合拢-拉拔三道工序制成直径为Φ1.2mm的焊丝，最后分卷待用。

[0026] 实施例1至实施例3的高强度高韧性碱性药芯焊丝中碱性药芯的各成分配比、碱性药芯的填充率、酸碱度见表1和表2。碱性药芯的各成分均为市售材料。其中ZrO2、Na2SiF6、KAlSi3O8购自恒运矿业公司，TiO2购自澳大利亚某公司，CaF2购自广丰公司，CaCO3购自高姿公司，Al-Mg合金购自上海九鼎，铁粉购自郑州焊材公司，钛铁、钼铁、锰铁、硅铁、金属铬购自启东金宙公司，镍粉购自上海九鼎公司。

[0027] 表1碱性药芯成分配比表

[0028]

[0029] 表2金属粉末成分配比表