专利名称：一种高速平角焊药芯焊丝及其制备与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属焊接用焊接材料，具体指一种CO2气体保护用高速平角焊药芯焊丝及其制备和应用。
背景技术：
药芯焊丝是一种高效焊接材料，具有焊接效率高，缩短焊接周期、焊接工艺性能好、焊缝成型美观、成分易于调整、焊接变形小等诸多优点，因此在船舶、桥梁等钢结构焊接中得到广泛应用。采用普通的E501-1药芯焊丝进行高速平角焊来焊接富锌底漆钢板拼装的T形接头，焊缝表面常常出现各种焊接缺陷，如压痕、气孔等。为了防止这些焊接缺陷的产生，通常需要除去钢板表面的底漆涂层，或者减小焊接速度。然而这些方法将降低生产效 率，增加焊接成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是解决焊接带富锌底漆T形接头角焊缝时抗气孔能力差的问题。本发明提供一种气体保护焊高速平角焊药芯焊丝，它具有抗气孔性优异、扩散氢达到低氢水平，熔敷效率高，电弧稳定性好，飞溅少，适用于屈服强度级别为390MPa钢板的平角焊。为了解决上述技术问题，本发明提供一种气体保护用高速平角焊药芯焊丝，包括碳钢外皮及填充在碳钢外皮内的药粉，所述药粉含有以下成分及其占所述药芯焊丝总重量的百分比为
Ti022. 5 4. 0% ；Zr020. Γθ. 6% ；Α1203 O. 05 O. 25% ；Si02 O. 20 0· 7% ;Mg00 0. 3% ；Si
0.3 0· 6% ；Mnl. 5 2· 5% ；NaF0. 08 O. 4% ;Mg、Al 混合物 0. 3 0· 5% ；Fe 余量。进一步的，所述药芯中Al2O3与MgO之和与TiO2的质量质量比(Al2O3+ MgO)/ TiO2为 O. 05 O. 20。进一步的，所述低碳钢外皮中的成分占低碳钢的重量百分比为Mn O. 15^0. 4%,Si ( O. 025%, C 彡 O. 035%, S 彡 O. 017，P 彡 O. 014%, N 彡 O. 006%。进一步的，所述述药芯焊丝的熔敷金属中C元素质量分数为O. 04、. 07%。进一步的，所述药芯焊丝的熔敷金属中扩散氢含量低于5ml/100g (采用水银置换法)。进一步的，所述药芯焊丝的横截面直径为I. 2mnTl. 4mm。本发明提供制备上述的药芯焊丝的方法，步骤如下使用钢带法生产所述药芯焊丝，O型对接或O型搭接，在低碳钢钢带制成的外皮内填充所述药芯的成分，经过成型减径后得到所述药芯焊丝。本发明提供上述药芯焊丝在焊接中的应用，其特征在于，用于焊接富锌底漆钢板拼装的T形接头平角焊缝。进一步的，所述钢板的屈服强度级别为390MPa。
进一步的，上述药芯焊丝在焊接时采用CO2气体保护。进一步的，上述药芯焊丝焊接时的条件为单丝焊时，采用电流28(Γ320 Α，电压3(Γ36 V，焊接速度焊接速度5(T70cm/min，带富锌底漆钢板上气孔小于2个/2m ;双丝焊时，前行焊丝采用26(Γ300Α，电压28 32V ;后行焊丝采用280 320Α，电压30 36V ;焊接速度均为10(Tl20cm/min，带富锌底漆钢板上气孔小于I个/2m。本发明设计思路如下
采用TiO2 -ZrO2-SiO2渣系，ZrO2对改善熔渣覆盖十分有利。控制造渣剂含量，并通过调整各组分的含量，使药芯焊丝在造渣剂含量低的条件下具有良好的工艺性能。在药芯中加入大量铁粉，提高其熔敷效率；并采用Mn-Mg-Al- Si联合脱氧的方式，尽量减少焊缝中的氧含量，(TC冲击韧性>100J。TiO2、ZrO2、Al2O3、Si02、Mg0、NaF 为药芯粉料中矿物成分 TiO2 :调节熔渣熔点和粘度，改善电弧稳定性和焊缝成型，加入量少于2. 5%时熔渣不能完全覆盖，焊缝成形差，飞溅多；当加入量超过3. 5%时，会使焊缝成形变差，脱渣不好，还易产生气孔。因此，加入量控制为2. 5^3. 5%。ZrO2 :提高熔渣熔点和粘度，改善熔渣覆盖性能，使熔渣能完全覆盖而不出现漏渣，提高角焊缝的等角性，使焊缝表面光洁。加入量少于O. 1%时不能体现上述特征；加入量大于O. 6%时，焊缝成形差、熔渣不易脱落，抗气孔性也变差。因此加入量控制为O. Γ0. 6%。Al2O3 :提高熔渣熔点和粘度，调整熔渣流动性，加入量少于O. 05%时不能体现上述特征；当加入量大于O. 25%时，会使熔渣熔点提高，影响熔渣流动性，焊缝成形变差。因此，加入量控制为O. 05 O. 25%。SiO2 :调节熔渣流动性和粘度，细化熔滴，降低飞溅、改善熔渣覆盖性能。加入量少于O. 20%时熔渣不能完全覆盖，焊缝成形及脱渣都很差；加入量大于O. 7%时，会降低熔渣熔点，熔渣流动性太强，使角焊缝等角性变差，因此，加入量控制为O. 2(Γ0. 7%。MgO :与ZrO2作用类似，提高熔渣熔点和粘度，改善角焊缝的等角性，且能提高熔渣透气性，降低熔敷金属扩散氢含量。加入量大于O. 3%时，熔渣覆盖性能变差，容易出现漏渣现象，还会影响脱渣。因此加入量控制为O、. 3%。NaF :去氢剂，降低焊缝扩散氢含量。加入量太少时去氢能力不足，焊缝易产生气孔压坑；加入量太多时焊接飞溅和烟尘增大，在高速焊接条件下飞溅增大会使焊缝变差，还会降低熔渣熔点，使熔渣流动性变差，覆盖不良。因此，NaF加入量控制为O. 08、. 4%。Si是重要脱氧剂，焊丝中含有一定量的Si能降低焊缝金属的氧含量，提高低温冲击韧性，调节铁水的流动性，加入量少于O. 3%时不能体现上述特征，大于O. 6%时铁水变粘，焊缝强度过高，冲击韧性降低。因此限定在O. 3^0. 6%。Mg、Al是强脱氧剂，提高冲击韧性，加入量少于O. 3%时提高低温冲击韧性能力及脱氧能力不足，大于O. 5%时由于脱氧产物含有镁或铝氧化物使熔渣的熔点上升凝固速度加快不利于焊缝气体的排除和焊缝成型。因此限定在O. 3^0. 5%。Mn是主要脱氧剂，降低焊缝金属的含氧量，增加焊缝金属强度和抗裂性，提高低温冲击韧性，调节铁水流动性，加入量少于I. 5%时，体现上述特性不足，大于2. 5%时焊缝强度过高，低温冲击韧性降低。因此限定在I. 5^2. 5%。C渗入熔敷金属中，能促进一次针状铁素体析出，控制先共析铁素体含量，从而细化晶粒，不仅能提高焊缝金属强度，还能提高焊缝金属的低温冲击韧性。熔敷金属中C含量低于O. 04%时，熔敷金属表现为低温冲击韧性差，或者低温冲击韧性不稳定；熔敷金属中C含量过高，不仅使焊缝金属强度增加，塑性降低，还会在焊接过程中使飞溅增多，影响焊接工艺和焊接速度。Fe即铁粉，提高熔敷效率，改善电弧状态，余量加入。本发明的特点是所采用的药芯焊丝成分配比，可最大限度的发挥各组份的优势，抗气孔性能优异，焊接速度快，熔敷效率高。本发明的有益效果是
I、本发明提供的药芯焊丝熔敷效率高(熔敷效率达90%以上)，焊接速度快，用于带富锌底漆钢板平角焊的超低氢药芯焊丝，可用于屈服强度级别为390MPa的钢板。2、确定ZrO2和MgO的加入量，ZrO2和MgO均能提高熔渣熔点，改善熔渣粘度，可使 角焊缝的等角性更好。ZrO2还能有效改善熔渣的覆盖，使焊缝表面光洁;MgO能提高熔渣透气性，对抗气孔性能非常有利。3、控制造渣剂总量，使造渣剂含量占药芯焊丝总量的百分比低于4. 6%，在确保药芯焊丝工艺性能良好的同时还具有优异的抗气孔性能。4、加入强脱氧剂Mg、Al的混合物，提高了焊缝的常温冲击韧性，有利于焊缝气体的排出和焊缝成型，焊缝具有良好的冲击韧性，0°C冲击大于100J。5、控制好熔敷金属中C含量，C能促进一次针状铁素体析出，控制先共析铁素体含量，从而细化晶粒，不仅能提高焊缝金属强度，还能提高焊缝金属的低温冲击韧性。熔敷金属中C含量低于O. 04%时，熔敷金属表现为低温冲击韧性差，或者低温冲击韧性不稳定；熔敷金属中C含量过高，不仅使焊缝金属强度增加，塑性降低，还会在焊接过程中使飞溅增多，影响焊接工艺和焊接速度。
图I由带富锌底漆拼接的T形接头，箭头所指即为底漆 图2单丝焊示意图I一焊枪
图3双丝焊示意图
2—焊枪 3—焊枪
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。本发明提供5个实施例，其中实施例Γ5的配方列在表I及表2中。5个实施例均具有特别优异的焊接工艺性能焊接电弧稳定、飞溅极少、脱渣容易、焊缝成型美观光亮、抗气孔性能优良。实施例
本实施例的药芯焊丝，药芯的成分(TiO2、Zr02、Al2O3、Si02、Mg0、NaF、Si、Mg或Al、Mn, Fe)及其占所述药芯焊丝总质量的百分比含量见表4。本实施例药芯焊丝的制备方法使用钢带法生产药芯焊丝，O型对接，在低碳钢钢带制成的外皮内填充粉料，填充率为1Γ14. 5%，经过成型减径后得到直径为I. 2^1. 4mm的成品焊丝。本实施例药芯焊丝的应用采用CO2保护，本发明的药芯焊丝在室温25°C，相对湿度80%的条件下，本发明药芯焊丝单丝焊时，采用电流28(Γ320Α，电压28 36V，焊接带富锌底漆钢板时，速度5(T70cm/min，T型接头正反两面气孔满足小于3个/2m。本实施例药芯焊丝的应用采用CO2保护，本发明药芯焊丝双丝焊时，前行焊丝采用26(Γ300Α，电压28 32V ;后行焊丝采用280 320Α，电压30 36V ;焊接速度均为10(Tl20cm/min,带富锌底漆钢板上气孔小于3个/2m。表I中列举实施例No. Γ No. 5的药芯中造渣剂成分及其占所述药芯焊丝总质量的百分比含量％。表2中列举实施例No. Γ No. 5的药芯中合金成分及其占所述药芯焊丝总质量的百分比含量％。药芯焊丝的钢制外皮采用低碳钢钢带，其化学成分见表3。药芯粉料的化学成分 及原材料构成见表4。表I造洛剂成分及含量
,, 迭淹刳成分及含翁耗迭淹实施--1----■ ( Al2O3+到总
M TiO2 ZrO2 Al2O3 SiO2 |!gO NaF MgO) /TIO2
......... uf;%
M I 2.5 0.40.210.60.280.20.194.19
例 2 2.S 0.20.100.400.120.080.083.7
M 3 3.0 0.150.140.450.140.40.094.28
Pl 4 3.2 0.460.070.210.10J50.054.39
例 5 3.4 0,350.160.35 —0.280,104.54 表2合金成分及含量
权利要求
1.一种气体保护焊用高速平角焊药芯焊丝，由外皮和填充在所述外皮内的药芯构成，其特征在于，所述外皮为低碳钢，所述药芯含有的成分及其占所述药芯焊丝总质量的百分比为Ti022. 5 4. 0% ；ZrO2O. Γθ. 6% ；Α1203 O. 05 O. 25% ；Si02 O. 20 0· 7% ;Mg00 0· 3% ；Si.0.3 0. 6% ；Mnl. 5 2. 5% ；NaF0. 08 0. 4% ;Mg、Al 混合物 0. 3 0· 5% ；Fe 余量。
2.根据权利要求I所述的气体保护焊用高速平角焊药芯焊丝，其特征在于，所述药芯中Al2O3与MgO之和与TiO2的质量质量比(Al2O3+ MgO) / TiO2为O. 05 O. 20。
3.根据权利要求I所述的药芯焊丝，其特征在于，所述低碳钢外皮中的成分占低碳钢的重量百分比为Mn O. 15 O. 4%, Si ≤ O. 025%, C ≤ O. 035%, S ≤ O. 017，P ≤ O. 014%,N ≤ O. 006%。
4.根据权利要求I所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝的熔敷金属中C元素质量分数为O. 04、. 07% ;所述药芯焊丝的熔敷金属中扩散氢含量低于5ml/100g (采用水银置换法)。
5.根据权利要求I所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝的横截面直径为.1.2mnTL 4mm。
6.制备权利要求I飞任一项所述的药芯焊丝的方法，其特征在于，步骤为使用钢带法生产所述药芯焊丝，O型对接，在低碳钢钢带制成的外皮内填充所述药芯的成分，经过成型减径后得到所述药芯焊丝。
7.根据权利要求I飞任一项所述的药芯焊丝在焊接中的应用，其特征在于，所述的药芯焊丝用于焊接富锌底漆钢板拼装的T形接头平角焊缝。
8.根据权利要求7所述的药芯焊丝在焊接中的应用，其特征在于，所述钢板的屈服强度级别为390MPa。
9.根据权利要求7所述的药芯焊丝在焊接中的的应用，其特征在于，所述药芯焊丝在焊接时采用CO2气体保护。
10.根据权利要求7所述的药芯焊丝在焊接中的应用，其特征在于，所述药芯焊丝焊接时的条件为单丝焊时，采用电流28(Γ320 Α，电压3(Γ36 V，焊接速度焊接速度5(T70cm/min，带富锌底漆钢板上气孔小于2个/2m;双丝焊时，前行焊丝采用26(Γ300Α，电压28 32V，后行焊丝采用28(Γ320Α，电压30 36V，焊接速度均为10(Tl20cm/min，带富锌底漆钢板上气孔小于I个/2m。
全文摘要
本发明公开了一种气体保护焊用高速平角焊药芯焊丝，包括碳钢外皮及填充在碳钢外皮内的药粉，其特征在于所述药粉含有以下成分及其占所述药芯焊丝总重量的百分比为TiO22.5~3.5%；ZrO20.1~0.6%；Al2O30.05~0.25%；SiO2 0.20~0.7%；MgO0~0.3%；Mn1.5~2.5%；Si0.3~0.6%；NaF0.08~0.4%；Mg、Al混合物0.3~0.5%；Fe余量。本发明提供一种超低氢、抗气孔能力优异、高熔敷效率的药芯焊丝。
文档编号B23K35/30GK102873468SQ20121034604
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者蔡俊, 汪昌红, 卢伟 申请人:武汉铁锚焊接材料股份有限公司