专利名称：一种含钒耐热钢焊接用气体保护药芯焊丝的制作方法
技术领域：
本发明属于金属材料焊接生产用焊丝，特别是一种含钒耐热钢焊接用金属粉型气体保护焊药芯焊丝；该药芯焊丝尤其适合用于12CrIMoVR类低合金容器用耐热钢的焊接及不清渣多层连续焊接。
背景技术：
12CrIMoVR钢是世界各国广泛应用的珠光体耐热钢，其化学成分C 0. 08-0. 15%, Mn :0. 40-0. 70%, Si :0. 15-0. 40%, Cr :0. 90-1. 20%, Mo :0. 25-0. 35%, V 0. 15-0. 30%, S ^ 0.010%, P^O. 025%，余量为铁及不可避免的杂质；力学性能抗拉强度Rm :440-590Mpa、屈服强度ReL彡245Mpa、伸长率A彡19%,20°C kv彡!34J，是被用于高压、超高压、亚临界电站锅炉的过热器、集箱和主蒸汽管道的主要钢种，该钢种焊接性能良好。常用的焊接材料有焊条、实芯焊丝，药芯焊丝(酸性、碱性)。采用焊条(E5515-B2-V) 焊接时，焊接工艺性能和力学性能良好，但采用焊条电弧焊，无法半自动或自动焊接，每根焊条都要丢掉20 30mm的焊条头，会造成材料的浪费且焊接效率低下；为了提高焊接效率，通常采用实心或普通药芯焊丝焊接，其中药芯焊丝与实心焊丝相比，在同样的焊接规范下、药芯焊丝的熔敷速度比实芯焊丝高20-30% ；但目前采用普通的药芯焊丝对12CrlMoVR 类低合金容器用含钒耐热钢进行焊接，因此存在焊接工艺性能和理化性能较差，而且焊接过程中会产生大量熔渣，无法进行不清渣多层连续焊接，既降低了焊接效率、又增加了焊工的劳动强度及焊接成本，且焊缝的综合性能较差等缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种含钒耐热钢焊接用气体保护药芯焊丝，采用金属粉型药芯以有效提高含钒耐热钢焊接的工艺性能和理化性能，达到焊接工艺性能良好，电弧稳定、 飞溅小、焊缝成型美观，大幅度降低焊接后的熔渣量至可进行不清渣连续多层焊接，以及有效提高焊缝的综合性能及焊接效率，降低焊工的劳动强度及焊接成本，且通过短路过渡还可实现立向下焊接等目的。本发明药芯焊丝的解决方案是焊丝的金属外皮采用含C 0.01-0. Iwt Mn 0. 1-0. 4wt%, Si 0. 01-0. 03wt%, S 0. 005-0. 015wt%, P 0. 005-0. 015wt%、余量为铁的低碳钢薄钢带作为焊丝的金属外皮；其药芯中各成分以全部焊丝的重量百分比计、分别为中碳锰铁 1.2-3. 0wt%、硅铁粉 0. 20-2. Owt(Mg)粉 0. 05-0. 5wt%、金属铬(Cr) 粉 1. 5-2. Owt %、钼铁粉 0. 2-2. Owt %、钒铁 0. I-Iwt %、电熔镁砂 0. 05-0. 2wt %、氟化物 0. 01-0. 2wt%、铁粉7-15wt% ；将药芯中各成分混合均勻后、置于作为焊丝外皮的低碳钢薄钢带上，卷制(包裹)成条、并拉至成所需直径的丝。上述药芯焊丝中药芯的含量占全部焊丝重量的14-25wt%、药芯的直径为 Φ1. 0-3. 0mm。所述氟化物为氟化钙、氟化钠、氟钛酸钾及冰晶粉中的一种或几种。而所述铁粉为还原铁粉或雾化铁粉。本发明所述药芯焊丝焊接后的熔敷金属中扩散氢含量小于4mL/100go
本发明药芯中各成分的主要作用如下
中碳锰铁锰是重要的脱氧剂，同时也是焊缝金属重要的合金剂。对焊缝金属的强度和韧性有重要影响。锰可以降低奥氏体向铁素体转变温度，促进AF(针壮铁素体)形成； 锰含量增加可以提高焊缝的低温冲击韧性，但太高时则相反，此外，锰还能与硫形成MnS、降低焊缝的杂质含量。
硅铁硅是重要的脱氧剂同时也是焊缝金属重要的合金剂，硅可以降低焊缝金属的含氧量，提高焊缝金属的冲击韧性，但太高时则相反；采用硅锰联合脱氧其效果较好。
镁粉镁是强脱氧剂，对控制焊缝金属的含氧量具有重要作用，同时还能起到稳弧的作用；但含量过高时会增加焊接烟尘、不利于焊工的健康。
金属铬铬是耐热钢常用的合金成分，铬在合金中可起到细化晶粒的作用，在所有金属碳化物中、铬的碳化物是最细小的一种，并可均勻地分布在钢体内；在短时间的高热条件下有阻碍晶粒长大作用，因而可降低焊缝(熔敷金属)对过热的敏感效应(性)。
钼铁钼能显著提高焊缝金属强度，也有细化晶粒的作用，并可降低焊缝金属的过热倾向性及回火脆性，但过高会影响焊缝金属韧性；为了控制过渡(渗入)到焊缝金属的钼含量、本发明采用钼铁作为钼的来源。
钒钒与碳、氧有极强的亲和力，与之形成相应的稳定化合物；其主要作用是细化钢的组织和晶粒，降低钢对过热的敏感性；但若其含量过高、则会降低焊缝的冲击韧性，本发明采用钒铁作为钒的来源。
电熔镁砂用于改善焊缝成型，增加熔渣碱度和焊缝的低温韧性，对熔渣的透气性有一定帮助。
氟化物氟用以降低熔敷金属中扩散氢的含量，但氟化物含量过高，焊接时电弧不稳、飞溅变大、电弧声音变差，本发明采用氟化钙、氟化钠、氟钛酸钾及冰晶粉中的一种或几种。
铁粉药芯中加入铁可提高焊接效率和提供少量的氧用于稳弧，为了保证高的熔敷效率、本发明主要采用还原铁粉或雾化铁粉。
本发明即通过上述药芯及其成分的有机组配并与低碳钢外皮配合从而实现其发明目的。
本发明采用金属粉型药芯焊丝对12CrlMoVR类低合金容器用含钒耐热钢进行焊接后，其熔敷金属的抗拉强度彡550MPa、屈服强度彡470MPa、延伸率彡19%、20°C冲击达到 70J，熔敷金属扩散氢含量小于4mL/100g。从而提高了对含钒耐热钢焊接的工艺性能和理化性能；从而具有焊接工艺性能好，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观，焊接后几乎无渣、可有效进行不清渣连续多层焊接且速度快，焊缝的综合性能及焊接效率高，且通过短路过渡还可实现立向下焊接，焊工的劳动强度和焊接的成本低等特点。
具体实施方式
实施例1 本实施例采用(宽X厚)14*0. 9mm的钢带制作金属外皮，其化学成分 C 0. 04wt%,Mn 0. 25wt%,Si 0. 015wt%,S 0. 01wt%,P 0. 01wt%、余量为铁，以配制生产 IOOKg焊丝为例，本实施例药芯占整个焊丝重的15wt%，药芯中各成分为中碳锰铁2. 4Kg、硅铁粉1. OKg、镁(Mg)粉0. 2Kg、金属铬(Cr)粉1. 5Kg、钼铁粉0. 9Kg、钒铁粉0. 4Kg、电熔镁砂0. lKg、氟化物(氟化钙)0. Ig、加还原铁粉8. 3Kg至药芯配料总重15Kg ；然后将药芯中各成分混合均勻后待用；将钢带置于焊丝成型机内、陆续将待用的药芯混合料注入横向弯制成“U”型的钢带凹槽内，进而卷制成条、经拉至Φ 1.2mm的丝即成。本实施例在焊接参数I = 250-260A.U = ^_30V、气体流量20L/min、80% Ar+余量0)2，对12CrIMoVR钢进行焊接，焊后热处理730°C恒(保)温Ih ；其熔敷金属化学成分(％)
权利要求
1.一种含钒耐热钢焊接用气体保护药芯焊丝，包括金属外皮及其药芯，其特征在于焊丝的金属外皮采用含C 0. 01-0. Iwt Mn 0. 1-0. 4wt Si 0. 01-0. 03wtS 0. 005-0. 015wt%, P 0.005-0. 015wt%、余量为铁的低碳钢薄钢带作为焊丝的金属外皮；其药芯中各成分以全部焊丝的重量百分比计、分别为中碳锰铁1.2-3. 0wt%、硅铁粉 0. 20-2. Owt %、镁粉 0. 05-0. 5wt %、金属铬粉 1. 5-2. Owt %、钼铁粉 0. 2-2. Owt %、钒铁 0. l_lwt%、电熔镁砂0. 05-0. 2wt%、氟化物0. 01-0. 2wt%、铁粉7_15wt% ；将药芯中各成分混合均勻后、置于作为焊丝外皮的低碳钢薄钢带上，卷制成条、并拉至成所需直径的丝。
2.按权利要求1所述含钒耐热钢焊接用气体保护药芯焊丝，其特征在于所述药芯焊丝中药芯的含量占全部焊丝重量的14-25wt%、药芯的直径为Φ 1.0-3. 0mm。
3.按权利要求1所述含钒耐热钢焊接用气体保护药芯焊丝，其特征在于所述氟化物为氟化钙、氟化钠、氟钛酸钾及冰晶粉中的一种或几种。
4.按权利要求1所述含钒耐热钢焊接用气体保护药芯焊丝，其特征在于所述铁粉为还原铁粉或雾化铁粉。
5.按权利要求1所述含钒耐热钢焊接用气体保护药芯焊丝，其特征在于所述药芯焊丝焊接后的熔敷金属中扩散氢含量小于4mL/100g。
全文摘要
该发明属于含钒耐热钢焊接用金属粉型气体保护药芯焊丝，包括含C 0.01-0.1wt％、Mn0.1-0.4wt％、Si 0.01-0.03wt％、S 0.005-0.015wt％、P 0.005-0.015wt％、余量为铁的低碳钢外皮；占焊丝总重14-25％的药芯、药芯各成分以焊丝总重百分比计分别为中碳锰铁1.2-3.0％、硅铁粉0.20-2.0％、镁粉0.05-0.5％、金属铬粉1.5-2.0％、钼铁粉0.2-2.0％、钒铁0.1-1％、电熔镁砂0.05-0.2％、氟化物0.01-0.2％、铁粉7-15wt％；各成分混合均匀后、置于薄钢带上卷制成条、再拉成丝。该发明具焊接后熔敷金属上几乎无熔渣，可进行不清渣连续多层焊接，焊接速度快、效率高，焊接工艺性能好，电弧稳定、飞溅小、成型美观，通过短路过渡可实现立向下焊接等特点。
文档编号B23K35/365GK102489895SQ201110407768
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者任军, 王建刚, 蒋勇 申请人:四川大西洋焊接材料股份有限公司