专利名称：一种焊前不需预热的高强韧性金属粉型药芯焊丝的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体保护焊焊接材料，特别是一种焊前不需预热的高强韧性金属粉型药芯焊丝。
背景技术：
药芯焊丝由于具有焊接工艺性好、焊接效率高等优点而在船舶、桥梁和海洋平台等钢结构的建造中得到了广泛应用。随着社会的发展，得到应用的结构钢强度级别越来越高，其配套药芯焊丝的强度也随之提高，由此带来高强度焊缝金属的裂纹敏感性问题日益突出。目前与屈服强度大于590MPa的结构钢相匹配的高强度药芯焊丝较少，且焊接前均需要采取预热措施，有时甚至需要采取后热措施，才能保证焊缝金属不会产生裂纹。例如
I)中国专利申请号200610014242.1 一种低氢高韧性酸性药芯焊丝中，涉及的药芯焊丝为熔渣型而非金属粉型，其熔敷金属屈服强度较低在46(T540MPa左右，不能满足屈服强度大于590MPa结构钢的强度要求。2)中国专利申请号 201110131892. 5 —种超低氢低温钢用酸性药芯焊丝中，涉及的药芯焊丝为熔渣型而非金属粉型，其熔敷金属屈服强度在50(T570MPa左右，与屈服强度大于590MPa结构钢强度不相匹配。3)中国专利申请号201110105018. 4 一种高强度高韧性金属粉芯型药芯焊丝和专利ZL200710054660.8 —种高强度金属芯型无缝药芯焊丝中，涉及的药芯焊丝熔敷金属屈服强度较高在785MPa以上，这种药芯焊丝与屈服强度590MPa级别钢强度不相匹配，不仅焊接前需要预热，而且焊后还需采取后热措施，才能保证焊缝金属不产生裂纹。检索目前现有的焊丝专利，尚没有焊接前不需预热的、与屈服强度大于590MPa结构钢相匹配的药芯焊丝。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种焊前不需预热的高强韧性金属粉型药芯焊丝，通过药芯配方的优化设计，使得高强度熔敷金属具有较高的低温韧性，同时控制熔敷金属中的扩散氢含量处于超低氢水平，从而达到屈服强度大于590MPa的高强度药芯焊丝焊接时无需预热的目的。为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案
本发明的一种焊前不需预热的高强韧性金属粉型药芯焊丝，由钢质外皮和药芯两部分组成，钢质外皮占焊丝总重的79 84%，药芯占16 21% ；
钢质外皮采用宽度为12 14mm、厚度为0. 6^1. Omm的冷轧碳素钢钢带制造，其重量百分比化学成分为C 0. 02 0. 055%, Si 0. 005 0. 0085%, Mn 0. 15 0. 35%，其余为铁和不可避免杂质元素；
药芯由纯金属粉、铁合金粉、氟硅酸钾与稀土氧化物组成，药芯成分及其重量百分比组成为金属镍粉12 18%，金属锰粉2 4%，硅铁3 7%，钥铁2飞％，钛铁0. 8^2. 5%，中碳锰铁1飞％，氟硅酸钾0. 3^1. 5%，稀土氧化物0. 3 1. 5%，且氟硅酸钾和稀土氧化物的总量为
0.8^2. 5%，其余为铁粉。具体的，稀土氧化物的技术指标要求二氧化铈的含量在99. 5%以上。具体的，硅铁的硅含量为40 47% ;钥铁的钥含量为55 60% ;钛铁的钛含量为30^35% ;中碳锰铁的碳含量为0. 8 1. 5%、锰含量为78 85%。金属镍粉焊缝金属中镍的主要来源。镍是焊缝金属中重要的合金元素，对提高强度有一定的贡献，但作用有限，最主要的作用是可有效提高焊缝金属的低温韧性，降低韧脆转变温度。在本药芯焊丝的药芯中含量过低对强度和低温韧性均不利，含量过高对强度和低温韧性也无益，同时会增大热裂敏感性。考虑到不同填充率的影响，限定药芯中金属镍含量为12 18%。·金属锰粉焊缝金属中锰的主要来源之一。锰是重要的脱氧剂，可有效降低焊缝金属含氧量，同时也是焊缝金属中重要的合金元素。在本发明药芯焊丝的药芯中含量过低会导致强度不足、脱氧不充分，含量过高会导致焊缝金属冲击韧性恶化。考虑到不同填充率的影响，限定药芯中金属锰含量为2 4%。硅铁焊缝金属中硅的主要来源。硅是重要的脱氧剂，可有效降低焊缝金属含氧量，同时也是焊缝金属中重要的强化元素。在本发明药芯焊丝的药芯中含量过低会导致脱氧不充分、液态熔池流动性差、焊接工艺性变差，含量过高会导致强度过高、韧性恶化。考虑到不同填充率的影响，限定药芯中硅铁含量为3 7%，优选硅含量为45%的硅铁。钥铁焊缝金属中钥的主要来源。钥是焊缝金属中重要的强化元素。在本发明药芯焊丝的药芯中含量过低会导致焊缝金属强度不足，含量过高会导致强度过高、韧性恶化。考虑到不同填充率的影响，限定药芯中钥铁含量为2 4%，优选钥含量为55%的钥铁。钛铁焊缝金属中钛的主要来源。钛是强脱氧剂，同时也是焊缝金属中重要的强化元素，钛的氧化物是有效形核质点，可促进焊缝金属中针状铁素的形成。在本发明药芯焊丝的药芯中含量过低会导致针状铁素体含量较少，焊缝金属韧性较低，无法实现不预热焊接的目的，含量过高会导致焊缝金属脆化、塑性降低。考虑到不同填充率的影响，限定药芯中钛铁含量为0. 8^2. 5%，优选钛含量为33%的钛铁。中碳锰铁焊缝金属中碳和锰的主要来源。碳是焊缝金属中重要的强化元素，在本发明药芯焊丝的药芯中含量过低会导致焊缝金属强度达不到指标要求，含量过高会导致韧性大幅度下降。考虑到不同填充率的影响，限定药芯中的中碳锰铁含量为广5%，优选碳含量为1. 1%、锰含量为80%的中碳锰铁。氟硅酸钾重要的去氢物质和稳弧剂，在电弧的高温作用下可分解出钾离子和氟离子。钾离子具有较低的电离电势，可起到较好的稳弧作用。氟离子与氢离子具有极强的亲和作用，可发生反应生成氟化氢气体，从而降低弧柱区氢的分压，达到降低熔敷金属扩散氢的效果，是实现不预热焊接的重要条件。在发明本药芯焊丝的药芯中含量过低上述作用不明显，含量过高会导致焊接工艺性变差。稀土氧化物稀土对焊缝金属可起到变质和净化晶界的作用，能够细化晶粒，改善夹杂物的形态、大小和分布。在发明本药芯焊丝的药芯中含量过低上述作用不明显，含量过高会使得熔池液态金属的粘度变小，从而导致焊接工艺性变差，如飞溅变大的现象。考虑到不同填充率的影响，限定药芯中氟硅酸钾与稀土氧化物的含量合计0. 8^2. 5%。
铁粉为提高熔敷效率和药粉分布的均匀性，避免发生“窜粉”和“空管”现象，本发明药芯焊丝的药芯中除上述物质外余量为铁粉。将上述粉料用80目筛网进行筛分，称重配比后将混合均匀的药粉填充到轧制成U型的冷轧碳素钢钢带槽中，填充率控制在16 23%，经轧制成型、减经拉拔至1. 2^1. 6_。本发明药芯焊丝熔敷金属屈服强度高，低温冲击韧性好，熔敷金属扩散氢处于超低氢水平，在焊接板厚小于或等于24mm的同强度级别钢板时，无需采取预热措施，焊缝金属也不会产生任何裂纹。这些技术方案也可以互相组合或者结合，从而达到最佳的技术效果。 通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果
本发明药芯焊丝焊接工艺性好，熔敷效率高，可适用于平焊、横焊、立焊、平角焊和船形焊等位置的焊接，焊后渣量很少，无须去渣可直接进行下一焊道的焊接。熔敷金属屈服强度可达到590MPa以上，_50°C冲击韧性可达到70J以上，熔敷金属扩散氢处于超低氢水平。环境温度在0°C以上，焊接板厚小于或等于24_的同强度级别钢板无需采取预热措施，焊缝金属也不会产生任何裂纹。本发明药芯焊丝可用于建造具有高强度、良好低温韧性要求的军事装备、船舶结构和海洋工程等领域，尤其适用于不便于进行预热的场合。
具体实施例方式下面结合实施例对本专利进一步解释说明。但本专利的保护范围不限于具体的实施方式。实施例的硅铁的硅含量为45% ;钥铁的钥含量为55% ;钛铁的钛含量为33% ;中碳锰铁的碳含量为1. 1%、锰含量为80%。稀土氧化物中二氧化铈的含量为99. 95%。药芯焊丝钢质外皮采用12X0. 6、12 X 0.8和14X1. Omm的冷轧碳素钢钢带制造，其化学成分见表I所示。在钢带内填充16 23%的药芯粉料，经轧制、拉拔减经成直径为1.2^1. 6mm成品焊丝，药芯成分配比、填充率、焊丝直径试验如表2所示。表I本发明药芯焊丝制造用钢带化学成分
权利要求
1.一种焊前不需预热的高强韧性金属粉型药芯焊丝，其特征是所述金属粉型药芯焊丝由钢质外皮和药芯两部分组成，钢质外皮占焊丝总重的79 84%，药芯占16 21% ；钢质外皮采用宽度为12 14mm、厚度为O. 6^1. Omm的冷轧碳素钢钢带制造，其化学成分为C O. 02 O. 055%, Si O. 005 O. 0085%, Mn O. 15 O. 35%，其余为铁和不可避免杂质元素；药芯由纯金属粉、铁合金粉、氟硅酸钾与稀土氧化物组成，药芯成分及其重量百分比组成为金属镍粉12 18%，金属锰粉2 4%，硅铁3 7%，钥铁2飞％，钛铁O. 8^2. 5%，中碳锰铁 Γ5%,氟硅酸钾O. 3^1. 5%，稀土氧化物O. 3 1. 5%，且氟硅酸钾和稀土氧化物的总量为O.8^2. 5%，其余为铁粉。
2.根据权利要求1所述焊前不需预热的高强韧性金属粉型药芯焊丝，其特征是所述的硅铁的硅含量为40 47% ;钥铁的钥含量为55 60% ;钛铁的钛含量为30 35%;中碳锰铁的碳含量为O. 8 1. 5%、锰含量为78 85%。
3.根据权利要求1所述焊前不需预热的高强韧性金属粉型药芯焊丝，其特征是所述的稀土氧化物的技术指标要求二氧化铈的含量在99. 5%以上。
全文摘要
本发明介绍了一种焊前不需预热的高强韧性金属粉型药芯焊丝，钢质外皮占焊丝总重的79~84%，药芯占16~21%；钢质外皮采用冷轧碳素钢钢带制造，C0.02~0.055%，Si0.005~0.0085%，Mn0.15~0.35%，其余为铁；药芯成分为镍粉12~18%，锰粉2~4%，硅铁3~7%，钼铁2~6%，钛铁0.8~2.5%，中碳锰铁1~5%，氟硅酸钾与稀土氧化物合计0.8~2.5%，其余为铁粉。本发明药芯焊丝焊接工艺性好，熔敷效率高，渣量少；熔敷金属屈服强度可达590MPa以上，-50℃冲击韧性可达70J以上，扩散氢处于超低氢水平。
文档编号B23K35/368GK103028864SQ20121054252
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者彭冀湘, 薛钢, 张成杰 申请人:中国船舶重工集团公司第七二五研究所