专利名称：：高韧性气体保护焊焊丝及其制备方法和使用方法
技术领域：
：本发明涉及气体保护焊实芯焊丝，具体地指一种高韧性气体保护焊焊丝及其制备方法和使用方法。
背景技术：
：气体保护焊接易于自动化、焊丝熔敷率高、焊缝成形好，因此得到广泛应用。随着现代管线、压力容器、桥梁钢所要求的韧性越来越高，焊接接头的性能也要与之相匹配。焊缝组织一般含先共析铁素体、针状铁素体、贝氏体、马氏体等，随着合金元素的增加，先共析铁素体减少，针状铁素体增加，直至出现贝氏体、马氏体等。焊缝具有铸态特征，其强韧化主要靠合金化来实现。随着焊缝中合金元素的增加，焊缝的强度增加而焊缝韧性一般呈下降趋势。为了提高气保焊缝的韧性，传统的方法是研究各种主合金元素如Ni、Mo等的的合适匹配焊丝，但是，使用较高的Ni及Mo含量，使焊丝成本过高。近来，微合金化技术开始用于提高焊缝韧性，主要包括添加Ti、B等元素，其主要原理是，B在晶界上聚集降低晶界能，抵制先共析铁素体的生成和长大，Ti有定N的的作用，TiN作为形核质点促进晶内针状铁素体的形成从而保护了B。但如果仅控制Ti、B的含量，焊丝合金化受到很大局限，焊缝韧性仍有较大的波动，而不能保证焊缝韧性达到较高水平。
发明内容本发明要解决的技术问题是，针对现有气体保护焊焊丝的焊缝韧性稳定性不高，提供一种高韧性气体保护焊焊丝及其制备方法和使用方法，该气体保护焊焊丝具有良好焊接工艺性能及稳定的高焊缝韧性，该制备方法，生产工艺稳定，合格率高。为解决上述技术问题，本发明的高韧性气体保护焊焊丝的化学成份按重量百分数计为:C:0.050.09，Mn:0.92.0，Si:0.400.65，Ni:0.011.0，Cu:0.010.3，Cr:0.010.35，Mo:0.010.3，Ti:0.010.15，P《0.020，S《0.015，0:0.0010.005，Als:0.0050.025、Ca:0.0050.025，其余为Fe及不可避免的杂质，该焊丝同时还满足碳当量CE=0.380.50%，其中CE=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5;本发明的高韧性气体保护焊焊丝制备方法包括以下步骤钢水脱硫处理、转炉或电炉冶炼、钢包炉或钢包吹氩精炼、连铸、轧制、拉拔成丝，其中，转炉或电炉冶炼时，铜块在装料时配入、钼铁、镍铁在炉前随废钢加入；在精炼期加入铬铁、钙线，使钢中的化学成份满足所述焊丝的成份的要求。本发明的高韧性气体保护焊焊丝使用时采用体积百分比组成为Ar占7090%、C02占1030%的富Ar混合气体进行焊接。优选方案是，采用体积百分比为Ar占80%、C02占20%的富Ar混合气体作为保护气。本发明中特殊限定的化学组分的原理如下—般情况下，C对焊缝的强韧性及其组织组成有较大的影响，对焊丝的工艺性能也有一定的影响，本发明控制在0.050.09%含量范围能很好保证焊丝焊接后焊缝的强韧性。Si和Mn元素在气体保护焊焊丝中具有脱氧作用和合金化作用，在焊缝中有强化韧性的作用。Ni有利于提高焊缝金属的韧性尤其是低温冲击韧性，降低脆性转变温度。焊缝中含一定的Cr元素有利于提高焊缝中针状铁素体含量，并有细化铁素体晶粒的作用，有助于焊缝热处理后性能维持在较高的水平，并且Cr合金还是一种非常便宜的资源，有利于降低焊丝的生产成本，故本发明的Cr重量百分含量限制在0.010.35%。适量的Ni及Cu等多种合金元素，能提高焊缝抗腐蚀能力。Mo元素能有效提高焊缝的强度，还能提高焊缝抗腐蚀性能，但是当焊缝中Mo重量百分含量超过0.6%时，低温冲击韧性将明显下降。Ti能控制焊缝中先共析铁素体的析出，提高晶内针状铁素体含量。微量的0、Ca、Ti、及Als将会促使焊缝中产生以尺寸为1Pm以下的氧化物夹杂作为针状铁素体的形核质点，这样的氧化物夹杂在提高焊缝韧性的作用大于氮化物夹杂。本发明中将焊丝碳当量限定为CE=0.380.50%，是因为碳当量CE是将钢中其他元素对冷裂纹敏感性的影响与碳比较，按一定系数折合，与碳含量一起叠加后得到的，其公式为CE=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5。在CE=0.380.50%的范围内，焊缝针状铁素体的体积比为0.70.90，再配合适当的焊接技术，能使焊缝强度为550710MPa，此时韧性达到最佳，又能保持较好的抗裂性能。本发明制备方法中各技术限定的原理是本发明对合金元素的加入顺序，是以脱氧为目的的元素先加，合金化元素后加。易氧化的贵重合金应在脱氧良好的情况下加入，即应在Fe-Mn、Fe-Si等脱氧剂全部加完以后再加，以减少烧损。难熔的不易氧化的合金如Fe-Cr、Fe-Mo、Fe-Ni等可加在转炉或精炼炉内。其它合金均加在钢包内。本发明的焊丝使用时采用体积百分比组成为Ar占7090%丄02占1030%的富Ar混合气体进行焊接的原理在于经试验验证，在此条件下焊接时电弧稳定，焊缝成形优良，焊接飞溅少。焊缝中产生Si，Ti，Ca及Al的细小氧化物，减少游离N，从而可以充分利用氧化物冶金作用，焊缝的韧性更佳。优选方案是，在焊接操作时采用体积百分比为Ar占80%丄02占20X的富Ar混合气体作为保护气。本发明提供的气体保护焊焊丝具有良好焊接工艺性能及稳定的高焊缝韧性。利用本发明的制备方法制备时，生产工艺稳定，易于控制，产品合格率高。采用本发明的焊接方法进行焊接后，焊缝强度可达550710MPa，焊缝具有氧化物冶金特征，主要的夹杂物为尺寸小于1Pm的氧化物，富Ar焊缝韧性达到-20°CKV2150J以上，全面提高了气体保护焊焊丝的质量尤其是韧性。具体实施例方式以下结合几个具体实施例对本发明的高韧性气体保护焊焊丝及其制备方法和使用方法作进一步详细说明。本发明的实施例焊丝16的成分重量百分比如下实施例1:C:0.051，Mn:0.9，Si:0.548，Ni:0.957，Cu:0.287，Cr:0.296，Mo:0.01，Ti:0.095，P:0.009，S:0.005，0:0.003，Als:0.005，Ca:0.012，其余为Fe及不可避免的杂质，该焊丝同时还满足碳当量CE=0.50%。实施例2:C:0.087，Mn:1.718，Si:0.65，Ni:0.Ol，Cu:0.035，Cr:0.22，Mo:0.164，Ti:0.139，P:0.011，S:0.015，0:0.005，Als:0.015，Ca:0.005，其余为Fe及不可避免的杂质，该焊丝同时还满足碳当量CE=0.48%。实施例3:C:0.066，Mn:2.O，Si:0.648，Ni:0.012，Cu:0.028，Cr:0.Ol，Mo:0.236，Ti:0.095，P:0.008，S:0.006，0:0.0016，Als:0.010，Ca:0.020，其余为Fe及不可避免的杂质，该焊丝同时还满足碳当量CE=0.40%。实施例4:C:0.05，Mn:1.721，Si:0.507，Ni:0.84，Cu:0.178，Cr:0.018，Mo:0.03，Ti:0.15，P:0.010，S:0.004，0:0.0012，Als:0.025，Ca:0.018，其余为Fe及不可避免的杂质，该焊丝同时还满足碳当量CE=0.42%。实施例5:C:0.064，Mn:1.20，Si:0.53，Ni:1.0，Cu:0.3，Cr:0.35，Mo:0.02，Ti:0.01，P:0.02，S:0.007，0:0.003，Als:0.015，Ca:0.008，其余为Fe及不可避免的杂质，该焊丝同时还满足碳当量CE=0.38%。实施例6:C:0.09，Mn:1.67，Si:0.40，Ni:0.65，Cu:0.01，Cr:0.04，Mo:0.3，Ti:0.13，P:0.012，S:0.OIO，O:0.OOl，Als:0.017，Ca:0.025，其余为Fe及不可避免的杂质，该焊丝同时还满足碳当量CE=0.39%。以上实施例焊丝制备方法如下钢水脱硫处理、采用转炉或电炉方式进行冶炼、在钢包炉或钢包吹氩精炼，转炉或电炉冶炼时，在装料时配入Cu块，钼铁、镍铁炉前随废钢加入，铬铁在精炼期加入，在精炼期喂Ca线，使钢产品的元素含量满足上述实施例各高韧性气体保护焊焊丝的成分要求，再将钢材连铸成方坯，匹配好过热度及浇铸速度提高铸坯等轴晶比例。将方坯轧制成①5.5mm盘条，采用延迟型冷却工艺，降低盘条强度，有利于提高其拉拔性能，经剥壳、酸洗、拉拔至Ol.2mm等规格的丝，表面化学镀铜后经压模制成焊丝。对以上实施例的焊丝，采用体积百分比组成为Ar占80%丄02占20X的富Ar混合气体进行焊接，对焊缝按GB/T8110进行熔敷金属焊接力学性能试验，熔敷金属力学性能结果如表2所示。表中R^为下屈服点强度，Rm为抗拉强度，A为面縮率，KV2为2mm深V型缺口冲击功。表2各实施例熔敷金属焊接力学性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>从表2检测结果可以看出在本富Ar熔敷金属性能范围&为550710MPa，_20°C时冲击功K^在150J以上，具有明显韧性优势。采用该富Ar焊接时焊丝焊接飞溅小，焊缝成形优良。权利要求一种高韧性气体保护焊焊丝，其特征在于该焊丝的化学成份按重量百分数计为C0.05～0.09，Mn0.9～2.0，Si0.40～0.65，Ni0.01～1.0，Cu0.01～0.3，Cr0.01～0.35，Mo0.01～0.3，Ti0.01～0.15，P≤0.020，S≤0.015，O0.001～0.005，Als0.005～0.025，Ca0.005～0.025，其余为Fe及不可避免的杂质，该焊丝同时还满足碳当量CE＝0.38～0.50％，其中CE＝C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5。2.—种权利要求1所述的高韧性气体保护焊焊丝的制备方法，包括以下步骤钢水脱硫处理、转炉或电炉冶炼、钢包炉或钢包吹氩精炼、连铸、轧制、拉拔成丝，其特征在于转炉或电炉冶炼时，铜块在装料时配入、钼铁、镍铁在炉前随废钢加入；在精炼期加入铬铁、钙线，使钢中的化学成份满足所述焊丝的成份的要求。3.—种权利要求1所述高韧性气体保护焊焊丝的使用方法，其特征在于在焊接操作时采用体积百分比为Ar占7090%、C02占1030%的富Ar混合气体作为保护气。4.根据权利要求3所述的高韧性气体保护焊焊丝的使用方法，其特征在于在焊接操作时采用体积百分比为Ar占80%、0)2占20X的富Ar混合气体作为保护气。全文摘要本发明公开了一种高韧性气体保护焊焊丝及其制备方法和使用方法。该焊丝的化学成份按重量百分数计为C0.05～0.09，Mn0.9～2.0，Si0.40～0.65，Ni0.01～1.0，Cu0.01～0.3，Cr0.01～0.35，Mo0.01～0.3，Ti0.01～0.15，P≤0.020，S≤0.015，O0.001～0.005，Als0.005～0.025，Ca0.005～0.025，其余为Fe及不可避免的杂质，该焊丝同时还满足碳当量CE＝0.38～0.50％。其制备方法包括钢水脱硫处理、转炉或电炉冶炼、钢包炉或钢包吹氩精炼、连铸、轧制、拉拔成丝等步骤。焊接时采用体积百分比组成为Ar占70～90％、CO2占10～30％的富Ar混合气体做保护气。实践证明，本发明的焊丝焊接的焊缝具有很高的韧性。文档编号B23K35/38GK101704170SQ20091027265公开日2010年5月12日申请日期2009年11月3日优先权日2009年11月3日发明者刘吉斌,曹修悌,牟文广,王玉涛,缪凯,胡家国,黄治军申请人:武汉钢铁(集团)公司