一种用于不预热气体保护焊的焊丝的制作方法

本发明属于焊接材料的
技术领域：
，涉及一种用于不预热气体保护焊的焊丝，具体涉及一种用于控轧控冷型(tmcp)高强钢板之间在保护气体下不预热焊接下满足屈服强度690mpa级的实心焊丝。
背景技术：
：随着我国低合金高强度的开发和推广，高强钢的应用范围逐渐扩大。高强钢的焊接加工是影响工件具有综合性能的关键，焊接接头的裂纹倾向是高强钢焊接中的重要问题之一。传统调质型高强钢在焊接时通常采用焊前预热、焊接过程中保温及焊后加热等措施来防止冷裂纹的产生，这就降低了高强钢焊接的生产效率，增加了工艺复杂性和焊工的劳动强度；随着钢铁生产技术进步，特别是tmcp工艺在高强钢生产中的普遍应用，高强钢的可焊性得到了显著的改善，与同等强度级别传统调质型高强钢相比，采用tmcp工艺生产的高强钢碳含量及碳当量均大幅度降低，一些规格品种的高强度钢板可以实现不预热焊接，但是由于焊接生产过程的特殊性，不能通过控轧控冷过程改善焊缝金属性能，其强韧化还是需要通过合金化来实现，由此导致焊缝金属的抗裂性能不如母材，焊接接头的冷裂纹往往都起始或出现在焊缝金属中，焊缝金属成为焊接接头的薄弱地带。因此开发不预热焊接的焊丝对高强钢焊接生产就具有重大意义。目前关于高强钢不预热焊接的文献较多，但多以发明或论述焊接工艺为主体实现高强钢不预热焊接过程，很少以焊材为主体进行不预热焊接高强度钢的焊接过程。如专利cn102513662a公开了一种q690级钢不预热焊接工艺；专利cn103231155a公开了一种易焊接高强大厚度钢板不预热焊焊接工艺；专利cn105057849b公开了一种1100mpa级热轧超高强高韧钢不预热焊接方法；zl200610070181和zl200910019599专利申请公开了“800mpa高强钢的不预热焊接工艺”和“900mpa高强钢不预热组合焊接方法”等均以焊接工艺为主体实现高强钢不预热焊接过程。专利cn102179602a“低合金高强钢不预热组织梯度匹配焊接工艺”是以焊材为主体进行高强钢不预热焊接，但其采用hcr20ni10mn7mo不锈钢焊丝打底焊，不仅焊材成本高，而且还涉及异种金属焊接带来的焊缝成分组织不均匀性及焊接残余应力增加等新问题。技术实现要素：鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于不预热气体保护焊的焊丝，能够应用于控轧控冷型(tmcp)高强钢板之间不预热气体保护焊接中，用于克服现有技术不能从焊材上解决不预热气体保护焊接高强钢的难题，实现以焊材为主体进行不预热气体保护焊接高强度钢的满足屈服强度690mpa级的实心焊丝。为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种用于不预热气体保护焊的焊丝，由以下质量百分比的元素组成：mn(锰)：1.65-1.8％；ni(镍)：1.32-1.4％；cr(铬)：0.013-0.022％；mo(钼)：0.44-0.52％；ti(钛)：0.06-0.14％；si(硅)：0.65-0.75％；c(碳)：0.051-0.09％；p(磷)：≤0.009％；s(硫)：≤0.006％；cu(铜)≤0.006％；余量为fe(铁)。优选地，所述用于不预热气体保护焊的焊丝，由以下质量百分比的元素组成：mn：1.70-1.75％；ni：1.32-1.35％；cr：0.013-0.016％；mo：0.44-0.47％；ti：0.11-0.14％；si：0.65-0.69％；c：0.051-0.065％；p：≤0.009％；s：≤0.006％；cu：≤0.006％；余量为fe。更优选地，所述用于不预热气体保护焊的焊丝，由以下质量百分比的元素组成：mn：1.71-1.74％；ni：1.32-1.34％；cr：0.013-0.015％；mo：0.44-0.45％；ti：0.11-0.13％；si：0.65-0.68％；c：0.052-0.062％；p：≤0.009％；s：≤0.006％；cu：≤0.006％；余量为fe。优选地，所述用于不预热气体保护焊的焊丝，由以下质量百分比的元素组成：mn：1.75-1.80％；ni：1.35-1.38％；cr：0.019-0.022％；mo：0.47-0.49％；ti：0.09-0.11％；si：0.69-0.71％；c：0.065-0.076％；p：≤0.009％；s：≤0.006％；cu：≤0.006％；余量为fe。更优选地，所述用于不预热气体保护焊的焊丝，由以下质量百分比的元素组成：mn：1.76-1.79％；ni：1.36-1.38％；cr：0.020-0.022％；mo：0.47-0.49％；ti：0.09-0.11；si：0.69-0.71％；c：0.066-0.072％；p：≤0.009％；s：≤0.006％；cu：≤0.006％；余量为fe。优选地，所述用于不预热气体保护焊的焊丝，由以下质量百分比的元素组成：mn：1.65-1.70％；ni：1.38-1.40％；cr：0.016-0.019％；mo：0.49-0.52％；ti：0.06-0.09％；si：0.71-0.75％；c：0.076-0.09％；p：≤0.009％；s：≤0.006％；cu：≤0.006％；余量为fe。更优选地，所述用于不预热气体保护焊的焊丝，由以下质量百分比的元素组成：mn：1.67-1.70％；ni：1.38-1.39％；cr：0.016-0.018％；mo：0.49-0.51％；ti：0.07-0.09％；si：0.71-0.74％；c：0.078-0.088％；p：≤0.009％；s：≤0.006％；cu：≤0.006％；余量为fe。上述元素是指在所述用于不预热气体保护焊的焊丝中起性能作用或需要控制含量的元素，所述元素中不包含用于不预热气体保护焊的焊丝中含量微少且不可避免的杂质元素。在本发明中通过试验可知，mn(锰)元素能够有效提高该焊丝的强度，mn能够扩大奥氏体区，有助于马氏体和贝氏体的转变，以提高焊缝金属的强度，同时，mn也是脱氧元素，有助于焊缝金属的氧化还原反应，降低焊缝金属的氧含量。在本发明中通过试验可知，ni(镍)元素是该焊丝中最重要的合金元素，ni在焊缝中能够韧化焊缝金属基体，减少焊缝对缺口的敏感性，增强对裂纹形成和扩展的抗力。本发明通过降低c含量，适当增加ni的含量，从而实现不预热焊接的同时，又保证焊缝金属应有的强韧性能。在本发明中通过试验可知，cr(铬)元素是该焊丝中增加焊材耐高温耐热的重要合金元素，cr能显著提高焊缝金属的淬透性而提高焊缝金属的强度，但过高的cr含量会降低焊缝金属的低温冲击韧性。在本发明中通过试验可知，mo(钼)元素是该焊丝中主要的强化元素，mo在低c条件下，可显著提高焊缝的强度。在本发明中通过试验可知，ti(钛)元素作为脱氧元素，在该焊丝中以微合金化元素加入，一方面能够细化焊缝金属组织，提高焊缝强度和韧性；另一方面还可以减少焊接飞溅，改善焊丝的使用工艺性。在本发明中通过试验可知，si(硅)元素是该焊丝中焊缝金属中主要脱氧元素，si与mn、ti联合进行脱氧，降低焊缝氧含量，同时si的加入会提高焊缝金属的强度，但过高的si含量会降低焊缝金属的低温冲击韧性。在本发明中通过试验可知，c(碳)元素是该焊丝中增加焊缝冷裂敏感性的主要元素，同时c也是该焊丝中的强化元素，具有提高焊缝强度的作用，在低c条件下，c含量不能过低，否则焊缝强度会降低。在本发明中通过试验可知，p(磷)元素在该焊丝中会增加钢的冷脆性，使焊缝性能下降，需严格控制其含量。在本发明中通过试验可知，s(硫)元素在该焊丝中会使钢产生热脆性，降低钢可焊性，是造成焊缝热裂的主要原因，同时s含量增加还降低了焊缝金属的韧性，因此s含量需严格控制。在本发明中通过试验可知，cu(铜)是扩大奥氏体区的元素，与碳不形成碳化物，铜能提高焊缝金属的淬透性和抗疲劳性，在提高焊缝金属固溶强化的作用与镍相似，可用来代替一部分镍。本发明第二方面提供上述焊丝在不预热气体保护焊接金属板中的用途。优选地，所述用途为所述焊丝在焊接金属板之间作为焊接接头的用途。更优选地，所述焊丝在焊接金属板之间作为焊接接头的屈服强度≥690mpa。更优选地，所述焊丝在焊接金属板之间作为焊接接头的抗拉强度≥770mpa。更优选地，所述焊丝在焊接金属板之间作为焊接接头的伸长率≥14％。优选地，所述金属板为控轧控冷型(tmcp)高强钢板。更优选的，所述控轧控冷型(tmcp)高强钢板的屈服强度≥690mpa，抗拉强度≥770mpa，伸长率≥14％。更优选地，所述控轧控冷型(tmcp)高强钢板的厚度≤30mm。本发明第三方面提供一种用于不预热气体保护焊的焊丝的焊接工艺，将上述焊丝在保护气体下进行不预热焊接金属板。所述保护气体为常规使用的保护气体，可从市场上购买获得。优选地，所述保护气体为二氧化碳(co2)和氩气(ar)的混合气体。进一步优选地，所述保护气体按体积百分比计，包括以下组分：二氧化碳15-25％；氩气75-85％。最优选地，所述保护气体按体积百分比计，包括以下组分：二氧化碳20％；氩气80％。优选地，所述不预热焊接的条件为：焊接电流(i)：250-280a；电弧电压(u)：24-28v；焊接速度(v)：320-420mm.min-1；道间温度：135-145℃。如上所述，本发明提供的一种用于不预热气体保护焊的焊丝，采用优选的焊丝配方以及焊接工艺，匹配保护气体，能够应用于控轧控冷型(tmcp)高强钢板之间作为焊接接头进行不预热焊接中，与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)本发明提供的一种用于不预热气体保护焊的焊丝，其焊丝的组分配方具有低碳、低镍、少量的mo、cr、ti，能够在少量添加贵重金属元素的情况下依旧保证了焊缝金属的高强度、高的低温韧性和减少缺口对高温的敏感性，在恶劣的条件下实现不预热焊接。(2)本发明提供的一种用于不预热气体保护焊的焊丝，能够省去了焊前预热，提高了焊接施工效率，尤其是野外施工的情况；降低了劳动强度和生产成本。(3)本发明提供的一种用于不预热气体保护焊的焊丝，在进行焊接后的焊接接头的各项力学性能能够满足q690钢材焊接的各项指标，其屈服强度≥690mpa，抗拉强度≥770mpa，伸长率≥14％。附图说明图1显示为焊接的熔覆金属微观组织图。图2显示为接头焊接示意图，其中，数字1～12指焊接道次。图3显示为接头硬度检查分布图，其中，a：焊缝上表面区域；b：焊缝根部区域；c：焊缝下表面区域。图4显示为小铁研实验结果的实图。图5显示为对接接头刚性拘束焊接裂纹试验的实图。具体实施方式下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指相对压力。此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。实施例1根据本发明中提供的焊丝中元素的质量百分比，将元素混合后，按照原始焊材生产工艺中的常规工序，依次进行铁水脱硫脱磷、转炉冶炼、钢水炉外精炼、连铸、高线、线材轧制后获得原始焊材，再根据焊丝生产工艺中的常规工序，将原始焊材依次进行离线酸洗、拉拔、镀铜、层绕后获得所需用于不预热气体保护焊的焊丝样品1#-7#。用于不预热气体保护焊的焊丝样品1#-7#中元素的质量百分比见下表1。表1实施例中用于不预热气体保护焊的焊丝样品成分(wt％)实施例2将实施例1中用于不预热气体保护焊的焊丝样品1#-7#分别在20％co2+80％ar组成的保护气体下进行不预热焊接金属板。其中，不预热焊接的条件为：焊接电流(i)：250-280a；电弧电压(u)：24-28v；焊接速度(v)：320-420mm.min-1；道间温度：135-145℃。金属板为30mm以下厚度控轧控冷型(tmcp)高强钢板。再按gb/t8110-2008规定进行熔敷金属力学性能实验，实验结果见表2、图1。表2用于不预热气体保护焊的焊丝的熔敷金属力学性能由表2、图1可知，本发明中制备的用于不预热气体保护焊的焊丝的熔敷金属微观组织分布均匀，强度适中，塑、韧性优良，熔敷金属的各项力学性能能够满足对30mm以下厚度控轧控冷型(tmcp)高强钢板焊接的各项指标，其屈服强度能够达到690mpa以上。实施例3将实施例1中用于不预热气体保护焊的焊丝样品4#，匹配20％co2+80％ar保护气体，进行焊接接头实验，所述接头是指两块钢板对接的接口之间用焊丝熔化填充连接的部位。其中，焊接道次分布按图2方式进行，不预热焊接的条件为：焊接电流(i)：250-280a；电弧电压(u)：24-28v；焊接速度(v)：320-420mm.min-1；道间温度：135-145℃。实验按gb/t2651-2008、gb/t2654-2008进行，结果见表3、4、图3。表3焊接接头力学性能实验表4接头位置硬度检测由表3、4、图3可知，本发明中制备的用于不预热气体保护焊的焊丝进行焊接从而形成的接头，其各项力学性能能够满足对30mm以下厚度控轧控冷型(tmcp)高强钢板焊接的各项指标，其抗拉强度≥770mpa。实施例4将实施例1中用于不预热气体保护焊的焊丝样品5#，匹配20％co2+80％ar保护气体，用于两块25mm厚q690cfd钢板之间焊接，所述q690cfd为采用控轧控冷型工艺生产的钢板，其屈服强度控制在≥690mpa、抗拉强度≥770mpa、伸长率≥14％。按照标准gb4675.1《斜y型破口焊接裂纹试验方法》的规定，在室温28℃不预热条件下进行斜y坡口焊接裂纹试验(小铁研实验)。其中，不预热焊接的条件为：焊接电流(i)：260a；电弧电压(u)：24v；焊接速度(v)：330mm.min-1。试件焊后放置48小时，进行表面、断面裂纹检查。检查结果见表5及图4。表5小铁研实验结果编号预热温度(℃)表面裂纹率(％)断面裂纹率(％)平均裂纹率(％)1不预热(28℃)0002不预热(28℃)000由表5、图4可知，本发明中制备的焊丝与25mm厚q690cfd钢板在室温不预热条件下焊接，小铁研试验的表面裂纹率和断面裂纹率均为零，可以实现不预热焊接。实施例5将实施例1中用于不预热气体保护焊的焊丝样品4#，匹配20％co2+80％ar保护气体，用于两块25mm厚q690cfd钢板之间焊接，按照标准gb/t13817《对接接头刚性拘束焊接裂纹试验方法》的规定，在室温27℃不预热条件下进行对接接头刚性拘束焊接裂纹试验。其中，不预热焊接的条件为：焊接电流(i)：250a；电弧电压(u)：25.5v；焊接速度(v)：330mm.min-1。实验结果见表6、图5。表6对接接头刚性拘束焊接裂纹试验结果no.预热温度(℃)表面裂纹率(％)断面裂纹率(％)平均裂纹率(％)1不预热(27℃)000由表6、图5可知，本发明中制备的焊丝与25mm厚q690cfd钢板在室温不预热条件下焊接，对接接头刚性拘束焊接裂纹试验的表面裂纹率和断面裂纹率均为零。试验结果表明：25mm厚q690cfd钢采用本发明的焊丝在80％ar+20％co2气体保护焊下，在较苛刻的拘束条件下，可以实现不预热焊接。实施例6将实施例1中用于不预热气体保护焊的焊丝样品4#，匹配20％co2+80％ar保护气体，用于两块20mm厚q690cfd钢板之间焊接，按照标准gb4675.5《焊接热影响区最高硬度试验方法》的规定，在室温不预热条件下进进行焊接热影响区最高硬度试验。其中，不预热焊接的条件为：焊接电流(i)：278a；电弧电压(u)：28v；焊接速度(v)：330mm.min-1。试板焊后放置12小时，加工硬度试样,并按图3所示进行hv(10)测定。试验结果见表7。由表7可知，在室温不预热条件下焊接,两块q690cfd钢板热影响区最高硬度分别为hvmax＝275及hvmax＝273。试验结果表明，q690cfd钢板焊接热影响区淬硬倾向不大。表7焊接热影响区最高硬度试验结果综上所述，本发明提供的该种焊丝，应用于30mm以下厚度控轧控冷型(tmcp)高强钢板不预热焊接中，作为焊接接头的各项力学性能能够满足q690钢材焊接的各项指标。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
技术领域：
中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。当前第1页12