专利名称：一种适合于大线能量焊接用的埋弧焊药芯焊丝的制作方法
技术领域：
本发明涉及焊接材料领域，尤其涉及一种适合于大线能量焊接用的埋弧焊药芯焊丝。
背景技术：
随着工业技术的迅速发展，大型化、高层化的焊接结构的使用日益增多要求钢板的厚度不断增加。由于埋弧焊具有焊接效率高，容易实现自动焊接、减轻焊工劳动强度等优点，在这些钢结构的焊接过程中埋弧焊成为很重要的工艺之一。但是目前埋弧焊焊接线能量一般都低于50kJ/cm，多数在30 40kJ/cm之间。为了进一步提高焊接生产效率，提高焊接线能量是一个行之有效的手段。但是一旦提高焊接线能量，焊缝金属的韧性下降。其原因是随着焊接线能量的增加，焊接区的冷却速度下降，焊缝金属组织容易粗化。开发高效化、性能优良的焊接材料是进一步提高埋弧焊效率，降低成本、提高焊缝金属性能的重要途径。药芯焊丝与实芯焊丝相比具有生产效率高、成分调节灵活、节能、成型美观、低污染和易于实现自动化等优点，使其逐渐成为具有良好发展前途的焊接材料。现在关于适合于大线能量焊接用埋弧焊药芯焊丝的报道并不是很多。专利申请号为200910014391. 1公开了 “一种中厚板用大直径埋弧焊药芯焊丝”，焊丝直径为4. 2mm 6. 0mm，粉末化学成分按质量百分比计C :0. 05 0. 12%、Si :0. 2 1. 20%、Mn :0. 80 1. 80%,Mo 0 2. 50%,Ni 0 0. 80%,Ti 0 0. 010%、B 禾口 S 的含量不超过 0. 035%, P的含量不超过0.035%，余量为狗。中国专利97. 104393.0公开了一种低合金高强度高韧性埋弧焊丝，其化学成分按质量百分比计C 0. 06 0. 12%,Mn :1. 20 1. 80%,Si :0. 02 0. 06%, Ni 0. 20 0. 50%, Ti :0. 10 0. 16%, B :0. 006 0. 01%，余量为 Fe 和不可避免的S和P组成的焊丝。上述两种焊丝均未提及在大线能量焊接条件下，其熔敷金属的性能。中国专利200410097804. 4公开了一种大线能量埋弧焊用焊丝，其化学成分按质量百分比计 C 0. 03 0. 10%, N 0. 0035% 以下、Si :0. 40% 以下、Mn :1. 00 2. 50%、还含 Ti 在 0. 030%以上且满足Ti/N 15 50，剩余部分由Fe及不可避免的杂质组成的焊丝。该专利虽然给出了 Ti与N元素之间的配比关系，但是并未提及Ti与B元素的配比比例。因为在大线能量焊接条件下，Ti与B元素的配比关系对焊缝金属的韧性影响较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在大线能量焊接条件下，具有高熔敷效率、高韧性的埋弧焊药芯焊丝，主要适用于屈服强度在450MI^级别的桥梁、船舶、建筑等大型焊接结构件的制造。本发明的技术方案为一种适合于大线能量焊接用的埋弧焊药芯焊丝，包括向软钢外皮中填充合金粉末，其特征在于所述的合金粉末的化学成分质量百分比为C :0. 06% 0. 10%, Si 0. 10 % 0. 50 %、Mn 1. 20 % 2. 0 %、Mo :0 % 0. 50 %、Ni :0. 20 % 1. 20 %、Ti 0. 03 % 0. 10 %、B :0. 005 % 0. 010 %、S的含量不超过0. 010 %、P的含量不超过 0. 020%、余量为Fe和不可避免的对药芯焊丝性能没有影响的杂质，同时控制Ti与B元素的比例在7.0 10. 0之间。填充在软钢外皮内的合金粉末的填充率为10 18% ；填充合金粉末粒度为80 200 目。焊丝成品直径范围是4. 0 5. 0mm，纵向长度可以随意确定。本发明化学成分设计的依据是C 保证强度的元素。当C含量低于0. 06%时，焊缝金属的强度较低，同时焊缝金属中铁素体的含量较高，不利于生成针状铁素体。当C含量高于0. 10%时，易引起焊缝金属的脆化，降低韧性。Si 在焊丝成分设计中，Si主要起到脱氧的作用。当Si含量低于0. 10%时，脱氧效果较差，使氧含量偏高，影响焊缝金属的韧性。但是Si含量高于0. 50%时，容易促进铁素体粗化，使焊缝金属的韧性降低。由于焊剂中含有大量的Si，在焊接过程中焊缝中增Si现象严重，因此也应该严格控制焊丝中Si含量。Mn 焊缝强化的有效元素。Mn能够显著降低脆性转变温度。当Mn含量低于1. 20% 时，焊缝的强度无法保证。当Mn含量高于2.0%时，焊缝中易生成马氏体，导致焊缝韧性严重下降。Mo 固溶强化的元素。推迟先共析铁素体转变而有利于形成贝氏体结构，从而提高焊缝的强度。但是Mo元素含量超过0.50%时，焊缝金属中易产生上贝氏体，韧性劣化。Ni 提高焊缝金属韧性的元素。尤其是提高焊缝低温韧性，同时降低脆性转变温度。当Ni元素的含量高于0. 20%时，上述效果能够显著体现，当含量高于1. 20%时，容易引起低温裂纹的产生。同时Ni又属于贵金属，应该控制其的添加量。Ti 细化焊缝金属组织的元素。有利于实现大线能量焊接。Ti元素与N元素的亲和力极高，形成TiN质点，促进针状铁素体的形成。同时Ti元素又降低了焊缝中固溶N的含量，降低了固溶N对韧性的损害。当Ti元素的含量低于0.03%时，焊缝金属的组织不能够得到充分细化。当Ti元素的含量超过0. 10%时，过剩的Ti元素会使焊缝韧性降低。B 抑制先共析铁素体生成的元素。固溶的B在奥氏体晶界偏聚，降低界面能，抑制先共析铁素体的产生。同时B元素还具有减低奥氏体向铁素体转变的温度的作用，促进针状铁素体的形成。B元素的过度系数较低，添加范围在0. 005 0. 010%。Ti元素与N元素的亲和力比B元素强，所以加入Ti元素可以防止B元素被氧化和氮化，保证B元素向焊缝中过渡。因为B是重要的提高淬透性的元素，所以可以提高焊缝金属的淬透性。扩大针状铁素体转变的区域，Ti、B之间存在交互作用，当二者之间存在一个最佳的配合范围时，可在焊缝中可稳定获得大量的针状铁素体，相应的焊缝金属具有优异的强韧性匹配。本发明将Ti/B含量的比例控制在7.0 10.0，当Ti/B含量的比例低于 7. 0时，焊缝金属韧性改善效果不明显。当Ti/B含量的比例高于10. 0时，过量的Ti元素又会使焊缝金属的韧性下降。S和P:对焊缝金属韧性具有危害作用，含量过高容易使焊缝产生裂纹，应尽量降低其含量，尤其是P元素。因为在埋弧焊过程中，焊剂的使用会使焊缝金属中P元素含量增高。要求S元素的含量不超过0. 010%, P元素的含量不超过0. 020%。
以上化学元素设计总结归纳为降低C含量，控制Si含量，降低S和P含量，适当添加Mo、Ni、Ti和B元素的含量，形成Mn-Mo-Ni-Ti-B的合金体系。保证焊缝金属强度的同时，降低晶界先共析铁素体的含量，增加晶内针状铁素体的数量，从而提高在大线能量焊接条件下焊缝金属的低温冲击韧性。本发明涉及的药芯焊丝采用Mn-Mo-Ni-Ti-B合金体系，填充在软钢外皮内的合金药粉的填充率为10 18%，配合伊萨0K10. 62焊剂，在50 lOOkJ/cm焊接线能量下，熔敷金属性能满足IACS中焊接材料3Y级要求。该药芯焊丝适合于单丝和双丝埋弧焊，焊丝焊接参数范围调节宽，焊接工艺稳定，焊缝成型美观，适合全位置焊接。 1、采用本发明的焊丝熔敷金属和焊接接头具有优良的综合性能，即较高的抗拉强度和低温冲击韧性。2、采用本发明的焊丝可以适用于50 lOOkJ/cm的大线能量焊接。当线能量在 100kJ/cm时，在_40°C条件下焊缝金属的韧性仍然能够达到130J，甚至更高。3、本发明的焊丝适合于单丝和双丝埋弧焊，焊丝焊接参数范围调节宽，焊接工艺稳定，焊缝成型美观，适合全位置焊接。
具体实施例方式下面对本发明的具体实施方式
具体介绍本发明的生产方式为利用在市场上购买的冷轧软钢带，利用药芯焊丝成型机将软钢带轧制成U型，然后向U型槽中添加合金粉末，合金粉末的填充率为13 16% (合金粉总重量占焊丝总重量的百分比)。填充合金粉末粒度为80 200目。然后将U型槽搭接封口，使合金粉末被包裹在其内，并且不易流动。再利用药芯焊丝拉拔机将其拉拔至成品所要求的尺寸，成品直径尺寸为4. O 5. Omm。本发明的焊丝进行两种焊接试验，即熔敷金属焊接试验和钢板对接试验。焊剂均采用300°C烘干，保温2小时的伊萨0K10. 62。熔敷金属焊接试验采用单丝埋弧焊焊接方法，钢板尺寸为300mmX 125mmX 20mm，垫板尺寸为300mmX 25mmX 10mm,钢板开V型单面15°坡口。钢板对接试验采用双丝埋弧焊焊接方法，选用鞍钢生产的EH32船板，尺寸为 500mmX 200mmX45mm，钢板开X型单面30°坡口，预留3. 5mm钝边。具体的焊接工艺参数见表1。焊丝熔敷金属单丝埋弧焊实施例的化学成分见表2。单丝埋弧焊实施例焊丝熔敷金属性能见表3。钢板对接双丝埋弧焊实施例焊丝的化学成分见表4。钢板对接双丝埋弧焊实施例性能见表5。表1焊接试验工艺参数
权利要求
1.一种适合于大线能量焊接用的埋弧焊药芯焊丝，包括向软钢外皮中填充合金粉末， 其特征在于所述的合金粉末的化学成分质量百分比为C 0. 06% 0. 10%、Si 0. 10% 0. 50%,Mn 1. 20% 2. 0%,Mo 0. 50%,Ni :0. 20% 1. 20%,Ti :0. 03% 0. 10%, B 0. 005% 0. 010%, S的含量不超过0. 010%, P的含量不超过0. 020%、余量为!^e和不可避免的对药芯焊丝性能没有影响的杂质，同时控制Ti与B元素的比例在7. 0 10. 0之间。
2.根据权利要求1所述的适合于大线能量焊接用的埋弧焊药芯焊丝，其特征在于所述合金粉末的填充率为10% 18%，填充合金粉末粒度为80 200目。
3.根据权利要求1或2所述的适合于大线能量焊接用的埋弧焊药芯焊丝，其特征在于 所述焊丝成品直径范围是4. 0 5. 0mm。
全文摘要
本发明公开了一种适合于大线能量焊接用的埋弧焊药芯焊丝，包括向软钢外皮中填充目合金粉末，其特征在于所述的合金粉末的化学成分质量百分比为C0.06％～0.10％、Si0.10％～0.50％、Mn1.20％～2.0％、Mo0％～0.50％、Ni0.20％～1.20％、Ti0.03％～0.10％、B0.005％～0.010％、S的含量不超过0.010％、P的含量不超过0.020％、余量为Fe和不可避免的对药芯焊丝性能没有影响的杂质，同时控制Ti与B元素的比例在7.0～10.0之间。本发明具有高熔敷效率、高韧性的埋弧焊药芯焊丝，主要适用于屈服强度在450MPa级别的桥梁、船舶、建筑等大型焊接结构件的制造。
文档编号B23K35/30GK102310299SQ20101021572
公开日2012年1月11日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者付魁军, 刘芳芳, 及玉梅, 吕冬, 王佳骥 申请人:鞍钢股份有限公司