专利名称：：一种二氧化碳气体保护焊用低合金钢药芯焊丝的制作方法
技术领域：
：本发明涉及金属焊接用的焊材，具体地是指一种二氧化碳气体保护焊用低合金钢药芯焊丝。
背景技术：
：二氧化碳气体保护药芯焊丝焊接兼容了焊条和气体保护实芯焊丝焊接的优点，其生产效率高，焊接工艺性能好。因此该焊接方式在船舶、桥梁等钢结构加工制造过程中得到了广泛的应用。正因为如此，目前对药芯焊丝的功能性要求也越来越高，要求药芯焊丝不仅可以适应更快的焊接速度，而且具有良好的电弧稳定性和焊接操作性能；中国专利公告号CN1775452C，公告日2006年5月24日，发明名称为《气体保护焊用碳钢药芯焊丝》，提出了含有TiO"Si，Mn，Si02，Zr02，Fe，Al、Mg，碱金属K、Na、Li的氧化物或氟化物，稀土金属等原料的全位置药芯焊丝，该焊丝电弧稳定性好，焊缝平滑，在-2(TC条件下具有较好的低温冲击韧性，适于焊接强度在500MPa以下的普通强度碳钢材料。目前，在强度上500MPa，550MPa，600MPa，650MPa，700MPa级的低合金高强度钢的应用越来越多，特别是在北方寒冷地带的桥梁、工程机械等要求在-4(TC下具有良好的低温冲击韧性。上述的药芯焊丝显然不适于低合金高强度钢的全位置焊接，且无法保证在-4(TC以下的低温冲击韧性。
发明内容本发明的目的是针对现有焊丝无法适用于低合金高强度钢的焊接，其连接强度、低温冲击韧性、抗裂性能方面难以达到要求而提供一种电弧稳定性好、低温冲击韧性好、抗裂性优良、焊缝平滑及综合工艺性能良好的二氧化碳气体保护焊用低合金钢药芯焊丝。它可适用于500MPa，550MPa，600MPa，650MPa，700MPa等级别低合金高强度钢的悍接。本发明的技术解决方案是一种二氧化碳气体保护焊用低合金钢药芯焊丝，包括碳钢外皮和药芯，重量％为低碳钢外皮80-90，药芯10-20，所述药芯的成份及含量占焊丝总重量％如下Ti023-6，Si0.3-0.5，Mn1.5-3.2，Si020.1-0.8，Zr020.1-0.5，Fe2-7，Al+Mg0.5-1.2，Ni0.5-5，B0.002-0.015，Ti0.1-0.3，碱金属K、Na、Li的氧化物或氟化物折合K、Na、Li的含量0.1-0.35，其中K0.03-0.07，Na或Li或两者之和为0.06-0.28，氟化物F为0.05-0.2，稀土金属的氟化物或氧化物折合稀土金属占焊丝总重量％为0.005-0.2，所述焊丝中C、Si、Mn三者含量的乘积占焊丝总重量。/o为0.058-0.11。本发明所述药芯中还加入有Cr和Mo中的一种或两种，其含量占焊丝总重量％均为0.2-0.8。本发明所述药芯和碳钢外皮中C的含量占焊丝总重量％为0.06-0.15。本发明所述药芯中氧化物Ti02+Si02+Zr02的含量之和占焊丝总重量％为4.0-7.5。本发明所述药芯中B的含量占焊丝总重量％为0.001-0.012。本发明所述药芯中B/Ti为0.05-0.2。本发明所述药芯和碳钢外皮中其他成份S、P、Sn和Bi的含量之和占焊丝总重量％应小于0.035，其中S小于0.015，P小于0.020，Sn小于0.001，Bi小于0.001。本发明药芯及碳钢外皮化学成分的设计思路如下Ti02是主要造渣剂，电弧稳定剂，改善焊缝的成型和脱渣，是全位置焊接不可缺少的材料。钛铁矿中的钛折合Ti02加入量少于3。/。时不能体现上述特性，大于6%时由于氧含量高，低温冲击韧性降低，渣层变厚，影响气体从熔池逸出易产生气孔。因此限定在3—6。但在Ti02原料金红石中往往会含有Sn元素，Sn的含量过高会导致焊缝产生裂纹，故应对Sn的含量进行控制。C包括钢制外皮中的C和药芯中的C，从降低飞溅和烟尘来看，C越低越好，希望在0.02%以下，但从保证焊缝金属力学性能和铁水流动性来看含量在0.06%—0.15%为好。大于0.15%时焊缝金属强度过高，低温冲击韧性降低，烟尘和飞溅增大。裂纹敏感性增加。Si是主要脱氧剂，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0.3%时不能体现上述特性，大于0.5%时铁水变粘，焊缝强度过高，低温冲击韧性降低。因此限定在0.3%—0.5%。Mn是主要脱氧剂，降低焊缝金属的氧含量，增加焊缝金属强度和抗裂性,提高低温冲击韧性，调节铁水的流动性，加入量少于1.5%时体现上述特性不足，大于3.1%时焊缝强度过高，低温冲击韧性降低。因此限定在1.5%—3.1%。B细化晶粒，可以提高低温冲击韧性，在和C、Si、Mn、Ti同时加入时具有显著的提高冲击韧性作用。经试验，当B/Ti为0.05-0.2时，提高冲击韧性的作用比较明显。而且当C、Si、Mn三者含量的乘积为0.058-0.11时，能够满足-4(TC的冲击韧性。Si02是造渣剂，起调节熔渣熔点和粘度，改善焊缝成型，有利焊缝向母材圆滑过渡。加入量少于O.l不能体现上述特性，大于1%时由于氧含量高，低温冲击韧性降低，而且容易造成焊缝上的焊渣烧结，因此限定在0.1—0.8%。Zr02是全位置焊接不可缺少的材料，能有效地提高熔渣的熔点，使之良好的覆盖于焊缝，防止立焊铁水下坠，减少熔渣厚度，有利于焊缝气体的排除。加入量少于0.1%时不能体现上述特性，大于0.6%时焊缝金属强度过高，低温冲击韧性降低。因此限定在0.1%—0.5%。Al、Mg是强脱氧剂，(其中含有铝和镁氧化物折合成A1和Mg计算)，提高低温冲击韧性，加入量少于0.3%时提高低温冲击韧性能力不足，大于1.3%时由于脱氧产物含有铝和镁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，立悍时焊道凸出，易产生气槽。因此限定在0.5%—1.2%。Fe即铁粉，能改善电弧状态，调节铁水熔点和粘度。加入量少于2%时体现上述特性不足，大于7%时立焊性能变差，烟尘变大。因此限定在2%—7%。Na20、K20、Li20是电弧稳定剂，折合其中的K、Na或Li或两者之和的含量占焊丝总重量的0.06%—0.28%。加入量少于0.06%时电弧稳定性不足，电弧过于集中，立焊熔池铁水外翻，电弧不稳定。加入量大于0.28%时电弧变长，烟尘和飞溅增大，立焊铁水下坠。折合其中的K含量占焊丝总重量的0.04%—0.07%。K含量在0.04%以下时电弧不稳定，立焊熔池铁水外翻，K含量在0.07。/。以上时，焊缝低温冲击韧性降低。氟化物NaF、KF、LiF是电弧稳定剂，去氢剂，折合F含量占焊丝总重量的0.05。/。一0.2%。加入量少于0.05%时电弧稳定性不足，去氢能力不足，易产生焊缝气孔压坑。加入量大于0.2%时烟尘和飞溅增大。当以氟化物NaF、KF、LiF作为电弧稳定剂，去氢剂时，仍应保证焊丝中Na或Li或两者之和的含量占焊丝总重量的0.06%_0.28%,并应保证焊丝中K的含量占焊丝总重量的0.04%—0.07%。氧化物Ti02+Si02+Zr02=4%—7.5%，氧化物Ti02+Si02+Zr02小于4%时全位置焊接工艺不好。氧化物Ti02+Si02+Zr02大于7.5。/。时含氧量过高，低温冲击韧性降低，易产生焊缝气孔压坑。稀土金属的氟化物或氧化物有固定氢、氮，提高低温冲击韧性的作用，折合稀土金属氟化物或氧化物含量占焊丝总重量的0.005%—0.2%。小于0.005%时对固定氢、氮的作用很小，大于0.2%时对熔渣的稀释过大造成电弧不稳飞溅增多，影响焊缝成型。稀土金属的氟化物或氧化物可以在市场上购得。Ni对提高低温冲击韧性有利，加入范围为0.5-5%。Cr有提高强度和淬透性的作用，提高焊缝耐大气和海水腐蚀的能力。但有降低低温冲击韧性和延伸率的作用，Cr含量为0.2-0.8。Mo有提高强度的作用，在一定范围可以提高低温冲击韧性的作用，超过0.5强度增加过多，低温冲击韧性下降，含量可控制在0.2-0.8。残留在焊丝药芯和碳钢外皮中的S、P、Sn和Bi元素有增加焊缝的裂纹倾向，必需进行严格的控制。S<0.015，P<0.020，Sn<0.001，Bi<0.001，S、P、Sn、Bi之和不大于0.035。本发明的有益效果是1，针对低合金钢即低合金高强度钢的使用要求，增加了B、Ni和Ti原料，在保证焊接强度的前提下，并研究了B和C、Si、Mn、Ti同时加入对提高冲击韧性的作用，明确地限定了B/Ti比以及C、Si、Mn三者在加入时的相互关系，有效地改善了焊缝的-4(TC低温冲击韧性，使之可以满足低合金高强度钢全位置焊接的使用工况。2，加入稀土金属的氧化物或氟化物，提高其固定氢、氮的效果，有效地提高了焊缝的低温冲击韧性。加入强脱氧剂A1、Mg，提高了焊缝的低温冲击韧性，有利于焊缝气体的排出和焊缝成型。3，可以根据使用的需要加入一定含量的Cr、Mo元素，可以在保证低温冲击韧性的前提下，增加焊缝耐腐蚀能力和焊缝强度。4，控制氧化物Ti02+Si02+Zr02的加入量，确保了药芯焊丝全位置焊接的工艺性能。5，严格控制焊丝中S、P、Sn、Bi的含量，减少焊缝产生裂纹的倾向。6从整体上控制焊丝中C的含量，保证了焊缝金属的力学性能；可在大电流、快速焊接的条件下保持良好的电弧稳定性和焊接操作性能，其焊缝平滑，焊缝金属具有良好的低温冲击靭性和优良的抗裂性。图1是本发明中C、Si、Mn三者含量的乘积值与冲击功关系的示意图。具体实施例方式以下结合和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述:药芯焊丝的钢制外皮采用低碳钢，其化学成分见表l。表l:药芯焊丝钢制外皮的化学成分％<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>将药芯各成^^含量改变后按不同直径，不同填充率制成焊丝进行试验。其药芯焊丝的直径，填充率及药芯各组份见表3。当B/Ti为0.05-0.2时，提高冲击韧性的作用比较明显。而且当C、Si、Mn三者含量的乘积为0.058-0.11时，能够满足-40'C的冲击韧性。表3:焊丝及药芯组份配比试验表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>续表3:焊丝及药芯组份配比试验表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>注其他栏内含稀土金属等而且，残留在焊丝药芯和碳钢外皮中的S、P、Sn和Bi元素有增加焊缝的裂纹倾向，必需进行严格的控制。S<0.015，P<0.020，Sn<0.001，Bi<0.001，S、P、Sn、Bi之和不大于0.035。力学性能焊接试验，一般焊接条件焊丝伸出长度20毫米，CO2气体流量20升/分。1.熔敷金属焊接条件参见表4。表4:熔敷金属力学性能测试焊接条件<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>3.立对接接头焊接条件参见表6。表6:立对接接头力学力学性能测试焊接条件<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>4.平角焊焊接条件参照表5，立角焊焊接条件参照表6。抗裂性焊接试验抗裂性试验一.斜Y抗裂性试验参照GB4675.1进行。斜Y抗裂性试验焊接电流参数参照表8二.焊接工艺性抗裂性试验l)角焊缝抗裂性试验角焊缝试板尺寸12X150X500毫米，间隙3.5毫米。角焊缝试板材质EH36、角焊缝抗裂试验焊接条件参照表7:表7:角焊缝抗裂试验焊接条件<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>2).对接接头抗裂性试验对接接头试板尺寸25X150X300毫米，坡口30度，间隙6毫米，反面加衬垫。试板材质EH36或650MPa级低合金高强度钢板。对接接头抗裂试验焊接条件参照表8:表8:对接接头抗裂试验焊接条件<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>以上二项抗裂性试验均无裂纹。试验焊丝工艺性能的综合评价经试验序号D1—D16的焊丝中的成分均满足本发明所述的范围，电弧稳定，脱渣及焊缝成型良好，无气孔气槽，力学性能良好，焊缝强度及低温冲击韧性均满足低合金高强度钢的要求，适应于全位置焊接。D17,D19.-D22，D24-D26焊丝工艺性能良好，但是CXMnXSi的乘积<0.058低温冲击韧性不足。D18K〉0.07电弧较长，CXMnXSi的乘积<0.058低温冲击韧性不足。D23焊丝工艺性能良好，但是CXMnXSi的乘积〉0.11低温冲击韧性不足，并且裂纹倾向增大。表9焊丝力学性能<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>参见图1，可以看出在试验序号D1—D26中，当C、Si、Mn三者含量的乘积为焊丝总重量％的0.058%-0.11%时，其冲击功均在47J以上；当C、Si、Mn三者含量的乘积小于焊丝总重量％的0.058%或大于0.11%时，其冲击功均不高于47J。权利要求1.一种二氧化碳气体保护焊用低合金钢药芯焊丝，包括碳钢外皮和药芯，重量％为低碳钢外皮80-90，药芯10-20，其特征在于所述药芯的成份及含量占焊丝总重量％如下TiO23-6，Si0.3-0.5，Mn1.5-3.2，SiO20.1-0.8，ZrO20.1-0.5，Fe2-7，Al+Mg0.5-1.2，Ni0.5-5，B0.002-0.015，Ti0.1-0.3，碱金属K、Na、Li的氧化物或氟化物折合K、Na、Li的含量0.1-0.35，其中K0.03-0.07，Na或Li或两者之和为0.06-0.28，氟化物F为0.05-0.2，稀土金属的氟化物或氧化物折合稀土金属占焊丝总重量％为0.005-0.2，所述焊丝中C、Si、Mn三者含量的乘积占焊丝总重量％为0.058-0.11。2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳气体保护焊用低合金钢药芯焊丝，其特征在于所述药芯中还加入有Cr和Mo中的一种或两种，其含量占焊丝总重量％均为0.2-0.8。3.根据权利要求l所述的一种二氧化碳气体保护焊用低合金钢药芯焊丝，其特征在于所述药芯和碳钢外皮中C的含量占焊丝总重量％为0.06-0.15。4.根据权利要求l所述的一种二氧化碳气体保护焊用低合金钢药芯焊丝，其特征在于所述药芯中氧化物Ti02+Si02+Zr02的含量之和占焊丝总重量。/。为4.0-7.5。5.根据权利要求1所述的一种二氧化碳气体保护焊用低合金钢药芯焊丝，其特征在于所述药芯中B的含量占焊丝总重量％为0.001-0.012。6.根据权利要求l所述的一种二氧化碳气体保护焊用低合金钢药芯焊丝，其特征在于所述药芯中B/Ti为0.05-0.2。7.根据权利要求l所述的一种二氧化碳气体保护焊用低合金钢药芯焊丝，其特征在于所述药芯和碳钢外皮中其他成份S、P、Sn和Bi的含量之和占焊丝总重量。/。小于0.035，其中S小于0.015，P小于0.020，Sn小于0.001，Bi小于0.001。全文摘要一种二氧化碳气体保护焊用低合金钢药芯焊丝，所述药芯的成份及含量占焊丝总重量％如下TiO<sub>2</sub>3-6，Si0.3-0.5，Mn1.5-3.2，SiO<sub>2</sub>0.1-0.8，ZrO<sub>2</sub>0.1-0.5，Fe2-7，Al+Mg0.5-1.2，Ni0.5-5，B0.002-0.015，Ti0.1-0.3，碱金属K、Na、Li的氧化物或氟化物折合K、Na、Li的含量0.1-0.35，氟化物F为0.05-0.2，稀土金属的氟化物或氧化物折合稀土金属0.005-0.2，所述焊丝中C、Si、Mn三者含量的乘积是0.058-0.11。对于高强低合金钢的全位置焊接工艺性能好，可在大电流、快速焊接的条件下保持良好的电弧稳定性和焊接操作性能，其焊缝平滑，连接强度高且具有良好的-40℃低温冲击韧性和优良的抗裂性。文档编号B23K9/16GK101104232SQ20071005292公开日2008年1月16日申请日期2007年8月9日优先权日2007年8月9日发明者卢济培,杜晓琪申请人:武汉铁锚焊接材料股份有限公司