用于平焊和横焊的自保护药芯焊丝的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于焊材的技术领域，涉及一种药芯焊丝，特别是涉及到一种用于平焊和 横焊的自保护药芯焊丝。
【背景技术】
[0002] 自保护药芯焊丝具有操作简便、焊接效率高、综合成本低、抗风能力强、比气保护 焊丝更适合野外作业、焊接工艺性能好、焊接接头质量好等优点，因此得到了广泛应用。但 是，目前通常的配方中加入大量的脱氧剂和脱氮剂，申请号为201310125783. 1的发明申请 文件"用于平焊和横焊的自保护药芯焊丝"其中就加入了铝、镁等脱氮、脱氧剂，会降低焊缝 塑性，而且由于二氧化钛与二氧化硅的存在，造成脱渣困难；其中还加入了大量保护电弧不 受空气侵入的氟化物，但是大量氟化物的加入会造成焊接效果变差，飞溅颗粒大等缺点，平 焊和横焊时焊道凹凸不平，脱渣变差。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种能够改善自保护药芯焊丝焊 缝金属的塑性，降低飞溅，适应于平焊和横焊，以及改善脱渣性能和焊缝成型的自保护药芯 焊丝。
[0004] 本发明为实现发明目的采用的技术方案是：
[0005] 用于平焊和横焊的自保护药芯焊丝，所述的自保护药芯焊丝的药芯按重量百分比 组成为：锰8-10 %，铬2-5 %，锆0. 2-2 %，铝3-8 %，碳酸盐5-9 %，氟化钙11-20 %，氧化钙 7-10%，氧化锆3-13%，三氧化二铁：0. 5-3%，铁粉为余量。
[0006] 所述的自保护药芯焊丝的药芯按重量百分比组成为：锰8. 5-9. 5%，铬3-4%，锆 0. 5-1 %，铝4-7 %，碳酸盐5-8 %，氟化钙12-19 %，氧化钙8-9 %，氧化锆4-12 %，三氧化二 铁：0.7-2%，铁粉为余量。
[0007] 所述的碳酸盐为碳酸锂。
[0008] 所述的药芯占焊丝总重量的比例为10-28%。
[0009] 所述的药芯占焊丝总重量的比例为12-26%。
[0010] 本发明的有益效果是：本发明制造的自保护药芯焊丝具有良好的塑性和强度，飞 溅少且为细颗粒飞溅，平焊和横焊的焊接性能优良，明显的改善了脱渣性能和焊缝成型性， 熔敷金属的S元素含量非常低，具有优异的抗热裂纹性能，与此同时，本发明焊丝在湿度较 大的环境下施焊时，焊缝表面不会产生压坑缺欠，不存在安全隐患。本发明可用于同级别 强度的中、厚度钢板的焊接，特别适合深坡口钢板的对接焊缝的焊接，可广泛应用于机械制 造、建筑以及对冲击韧性要求不高的结构件的焊接。
[0011] 本发明各成分的具体作用如下：
[0012] 本发明中加入11-20% CaF2的主要目的是保护熔滴不受空气的侵入，此外CaF 2有 促进CaO熔化的作用，降低碱性渣的粘度，有利于焊缝成型美观，CaF2量太多则引起成型粗 糙，熔渣覆盖不完全，太少则起不到预期效果。此外，单一氟化钙的加入可以改善脱渣性， 11-20%的氟化钙可以形成有一定"强度"的渣壳，达到焊道整体脱渣的效果。加入其它的 氟化物则会引起"碎渣"，达不到整体脱渣的效果。且加入11-20%的氟化钙，打破了现有技 术中普遍加入氟化钙的量不超过15%现状，大胆尝试，将氟化钙的用量提高到15%以上， 得到了理想的焊接工工艺性能，获得了良好的焊接效果：焊缝光亮且有细密的波纹，并且可 以防止气孔，减少大颗粒的飞溅，其与碳酸锂结合使用可以避免氟量大存在的缺陷。
[0013] 碳酸盐包括白云石、菱苦土、大理石等物质，本发明中的碳酸盐为Li2CO 3，在电弧热 的作用下分解成〇)2和Li 20, CO2气体能有效的保护外部气体的侵入，同时，在电弧热的作用 下Li被还原出来后，锂金属可以在熔滴尖端形成保护蒸气防止氮气侵入。但是碳酸锂加入 量不能太多，太多会增加飞溅。另外铝和氮结合形成的氮化铝脆化相，会破坏焊缝金属的韧 性，碳酸锂的加入可以减少铝的加入量，因此会增加焊缝金属的韧性。
[0014] Al元素可以与空气中的氧和氮反应，能有效防止气孔的产生，同时起到改善电弧 的作用，加入Al的过多会使焊缝中残余的Al含量增多，降低焊缝的韧性，太少则不能有效 防止气孔的产生。
[0015] 添加 0. 2-2%的Zr主要目的是参与脱氮反应，适当降低铝的含量，其次也可以细 化晶粒，增加焊缝金属的韧性。
[0016] CaO作为碱性物质填加到药粉中，一方面可以增加熔渣的碱度，二是脱硫能力比氧 化镁强。可以增加熔渣的碱度，增加熔渣的碱度可以增强脱硫能力。硫是有害元素，它们与 Fe易形成低熔点共晶，常分布在晶界，本身硬而脆，容易增加焊缝金属的脆性，加入7-10% 的CaO可以达到去除S杂质的作用，还可以调节熔渣的流动性，改善脱渣和焊缝成形，显著 提高抗裂纹能力。CaO的常用量为2-5%，原因在于，CaO的用量多于5%时熔渣熔点变高、 渣聚集成团、焊缝成形变差、飞溅变多变大，本发明打破常规，将CaO的用量提高到7-10%， 不仅没有造成熔渣熔点变高、渣聚集成团、焊缝成形变差、飞溅多且大的缺陷，而且还得到 了成型美观的焊缝，并具有优异的抗热裂纹性能。
[0017] 添加氧化锆ZrO2的作用是作为造渣剂，并能显著改善碱性熔渣的脱渣性能。
[0018] Mn作为合金元素填加，通过与其他成分的配合，在不添加镍的情况下，填加 8-10%的Mn元素依然能显著的提高焊缝金属的塑性，同时提高焊缝金属的强度，过多和过 少都会使塑性降低。
[0019] 铬元素的加入，其目的是增加焊缝金属强度。
[0020] 经过长期的研究与分析，发明人大胆尝试，创新性的向药芯中加入了氧化铁，并严 格控制添加量在〇. 5-3 %范围内，意料之外的发现，添加0. 5-3 %的Fe2O3可提高熔渣的熔点 和粘度，提高横焊的操控性能。具体分析中发现，〇. 5-3%的Fe2O3与配方中部分碳酸锂通过 先期烧结处理，可生成氧化锂和氧化铁的复合物，这种复合物的化学性质比较稳定，且不容 易吸潮。其中的锂元素可以被Al还原出金属锂，金属锂可以在熔滴尖端形成保护蒸气防止 氮气和其它气体的侵入，从而可以降低碳酸锂的含量，降低飞溅。锂元素的沸点比钢的熔点 低，不会在焊缝中残留Li，因此不会影响焊缝金属性能。经过长期的研究，我们总结到氧化 铁的用量不宜多过3 %，过多会使熔渣和电弧中的氧含量增加，容易引起氧化物夹杂，不宜 小于0. 5%，过少则起不到效果。经过长期的总结，历经无数次的失败，最终发现在Fe2O3与 配方中部分碳酸锂通过先期烧结处理的过程中，控制氧化铁与碳酸锂的烧结比例为1 :1效 果最好，获得理想的横焊和平焊效果。
[0021] 我们在研究用于平焊和横焊的自保护药芯焊丝的过程中，大胆尝试，将药芯焊丝 中常用的二氧化钛、二氧化硅、镁去除，二氧化硅的加入虽然能细化熔滴，降低飞溅，但是我 们在研究中发现加入二氧化硅不仅需要对含量要求严格，对颗粒度要求也很严格，导致生 产控制难度较大，否则比较容易出现焊接气孔等缺陷。而且经过长期的研究，突破创新，发 现用烧结的碳酸锂与氧化铁结合使用，可以减少氟化钙的使用量，由于氟化钙中的F离子 可以破坏电弧的稳定性，降低氟化钙就可以减少F离子的含量，就可以显著降低飞溅的产 生，因此即使不需要添加二氧化硅飞溅也可以达到理想的状况。
[0022] 本发明中同时还不含有二氧化钛（TiO2),由于二氧化钛有稳弧作用，加入二氧化 钛可以改善电弧性能，降低焊接飞溅，其作用与二氧化硅基本相同。但是，本发明在试验过 程中发现，使用二氧化钛时脱渣较困难；不使用二氧化钛时脱渣容易，甚至还能达到整体脱 渣的效果。原因是由于二氧化钛同Al等强还原剂作用，其中间产物是Ti0，Ti0的晶粒结构 与同焊缝金属的a-Fe晶格相近，使TiO搭建在焊缝金属里的a-Fe的体心立方晶格上，熔 渣就会粘在焊缝金属的表面，造成脱渣较难。
[0023] 本发明中不使用镁粉，是由于镁的熔点较低，受热易挥发。通过试验发现加入镁粉 时，电弧的斑点会显著增大，降低了保护效果，其保护效果明显不如铝粉好。本发明焊丝对 焊缝金属的冲击韧性不做要求，因此可以适当增加铝含量，起到更好的抗气孔能力。
【具体实施方式】
[0024] 本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种能够改善自保护药芯焊丝焊 缝金属的塑性，降低飞溅，适应于平焊和横焊，以及改善脱渣性能和焊缝成型的自保护药芯 焊丝，下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0025] 用于平焊和横焊的自保护药芯焊丝，所述的自保护药芯焊丝的药芯按重量百分比 组成为：锰8-10 %，铬2-5 %，锆0. 2-2 %，铝3-8 %，碳酸盐5-9 %，氟化钙11-20 %，氧化钙 7-10%，氧化锆3-13%，三氧化二铁：0. 5-3%，铁粉为余量。
[0026] 按比例配制药粉，用铁粉进行平衡，采用不同的填充系数和不同厚度的钢带制成 规格不同的药芯焊丝产品，主要规格为Φ 2. 0mm，Φ 2. 4mm的药芯焊丝产品。
[0027] 推荐焊接参数：
[0028] 焊接电流：180-260A
[0029] 焊接电压：20_22V
[0030] 干伸长度：15_25mm
[0031] 焊丝直径：Φ 2. 0_
[0032] 母材级别：适用于50公斤级高强钢焊接
[0033] 焊丝熔敷金属力学性能：
[0034] 屈服强度彡470MPa
[0035] 抗拉强度 ^ 5f50MPa
[0036] 延伸率彡20%
[0037] 本发明采用H08A的钢带做为外皮材料，其化学成分C :0. 03-0. 07%、Mn :0. 20%、 S < 0.02%、P < 0.02%，药芯的填充系数在12-26 %之间，所制作的药芯焊丝规格为 Φ2. Omm。其中的药粉成分重量百分比如下：
[0038] 实施例1.
[0039] 用于平焊和横焊的自保护药芯焊丝，所述的自保护药芯焊丝的药芯按重量百分比 组成为：猛8%，铬5%，锆0. 2%，铝3%，碳酸锂9%，氟化钙11%，氧化钙7%，氧化锆13%， 三氧化二铁：〇. 5%，铁粉为余量。