专利名称：高碱度自保护药芯焊丝的制作方法
技术领域：
本发明所称的高碱度自保护药芯焊丝，涉及一种焊接材料。目前自保护药芯焊丝为了获得良好的抗气孔性和工艺性能，通常在药芯中加入大量强脱氧、脱氮剂，如铝镁合金、钛铁等，因而造成熔敷金属的力学性能，尤其是冲击韧性较差，不能用于重要结构。另一种是降低脱氧、脱氮剂含量，采用碱性熔渣，又使得焊接工艺性能变差，抗气孔性降低，飞溅增大，脱渣困难，故这两种自保护药芯焊丝的应用都受到限制。
美国公布的U·S.3866015自保护药芯焊丝专利，其工艺性能和力学性能都比较优良，其配方设计的主要目的是稳弧，增大气保护的比例，降低铝镁合金含量，在熔敷金属中形成“高碳、低铝”，含碳量约为0.12％～0.14％，含铝量≤1.0％。其不足之处为1)增大气体保护的比例，有利于降低铝镁合金含量，但易产生“增碳现象”；2)为了稳弧添加了多种氟化物，却增加了药粉的不均匀性和吸潮性；3)对钢带碳、硅含量要求较严。我国国产钢带难以满足要求。
另一项美国专利U·S.4833296提出的药芯焊丝药芯配方认为铝对自保护药芯焊丝的工艺性能有益，固而配方中提高了铝镁合金含量，使熔敷金属中的铝镁含量接近美国标准AWS A5.20的最高要求，通常为1.6＜Al＜1.8，同时采用大量的镍来平衡铝对力学性能的有害作用。这种配方的不足为镍的增韧作用要以低碳为前提，故对所采用的原材料包括钢带、铁合金等都应为低含碳量；增大镍粉含量，使焊丝成本大幅度增加，应用受到限制。
本发明所称的高碱度自保护药芯焊丝的目的是采用国产H08A，08Al普通低碳钢带，以熔渣保护为主，兼顾稳弧及强脱氧、脱氮剂的优点，通过对药粉的预处理，生产出具有优良工艺性、力学性能的自保护药芯焊丝。
本发明所称的高碱度自保护药芯焊丝，其药芯成份(重量百分比)为预处理混合粉40～60％，Mn0～8％，Si0～3％，Al-Mg16～36％，Ni0～4％，其余为铁粉，填充率为15～35％。
预处理混合粉的组成(重量百分比)为氟盐50～80％， 碳酸盐20～50％， 氧化物0～15％。
本发明的特点是提高碱度，使碱度BI≥3.2，BI计算公式如下BI=CaO+MgO+K2O+Na2O+0.4(MnO+FeO+CaF2)SiO2+0.3(TiO2+ZrO2+Al2O3)]]>
提高碱度的目的是1)由FeO-SiO2-CaO三元活度图知BI＝2时，FeO活度大，即熔渣的氧化性最大。BI＞2或BI＜2时，FeO活度均降低，所以提高碱度可使熔渣的氧化性降低，有利于焊缝的纯净度及改善焊丝的焊接工艺性能。
2)提高碱度有利于脱氢。使自保护药芯焊丝成为低氢焊材。
本发明的另一特点是对部分药粉进行预处理。这是因为如采用增加碳酸盐的办法来提高碱度，使自保护药芯焊丝的飞溅增大，焊缝增碳。如采用碱性氧化物如氧化镁、氧化钙等往往又使熔渣熔点增高，渣的流动性、覆盖性变差，吸潮性增大。本发明将50～80％氟化物，20～50％碳酸盐及0～15％的氧化物进行预处理变为混合粉，提高了碱度，减少飞溅，具有适当的熔点和凝固速率。增加了药粉的均匀性、抗潮性，使焊接过程稳定。
混合粉中的氟盐可选用萤石、BaF2、MgF2等，但以萤石为主。加入大量氟盐的作用是i)降低熔点；ii)去氢；iii)防止气孔；iv)增大渣的润浸性，改善熔渣的保护效果。混合粉中氟盐小于50％，渣的熔点偏高，有可能会产生“尖端”现象或凹坑；氟盐比例大于80％，渣的流动性太大，渣的覆盖性变差。碳酸盐可选用大理石。菱苦土、白云石等，以大理石为主。碳酸盐的作用主要是要增大碱度造渣。其加入量和氟盐量有关。碳酸盐小于20％，则熔渣碱度低，达不到要求。如超过50％，渣的熔点高，流动性差，操作难度增大，熔池保护效果下降。氧化物可选用金红石、钛白粉、镁砂、铁砂等。加入氧化物的目的是调整渣的粘度、表面张力、改善熔渣的物化性质。不加氧化物，脱渣性变差，渣的流动性较大，渣壳不均匀。如氧化物超过15％，使渣的氧化性增大，熔渣覆盖性变差，渣壳过厚，脱渣困难，甚至产生气孔。强还原剂主要加入铝镁合金，也可加部分钛铁。加入量应在13％～30％内。低于13％，使焊接工艺参数变窄，易产生氮气孔。高于30％，熔池中含氧量过少，表面张力减小，润浸性变差，力学性能降低。铁合金主要是锰铁和硅铁，主要是增强熔池阶段的脱氧性，改善脱渣性。为进一步提高自保护药芯焊丝的低温冲击韧性，还可加入0～4％的镍粉。
按上述比例配制药粉，用铁粉平衡，采用不同的填充率15～35％，可制成直径φ2.4，φ2.0，φ1.6的药芯焊丝。
焊接工艺参数为焊接电流I＝240-290A焊接电压U＝24-29V焊接速度V＝25cm/min
干伸长度l＝30-40mm焊丝直径 2mm试板厚度 20mm试板材料 16Mn力学性能为σb≥520MPaσk≥450MPaδ≥26％Akv(0℃)≥68JAkv(-30℃)≥27J采用本发明所称的高碱度自保护药芯焊丝，焊接时，电弧稳定，飞溅小，熔渣流动性好，易脱渣，熔敷速度高，焊缝美观。焊丝具有抗锈、抗裂性能，力学性能高，可用于重要结构。
本发明的实施例如下实施例一采用H08A钢带(化学成份0.07％C，0.43％Mn，0.024％S，0.022％P)制造药芯焊丝，填充率15～35％，焊线直径φ2mm，药粉成份混合粉成份 药芯成份TiO25％ 混合粉 47％SiO24％Si 0.2％MgO 4％Ni 2％Al2O32％Al 8％CaCO332％ Mg 8％CaF253％ Mn 3％Fe 余该焊丝焊接时，电弧稳定，飞溅小，脱渣易，成型美观，熔敷金属冲击值0℃为98J，-30℃为52J。
实施例二采用H08A钢带(化学成份0.07％，0.43％Mn，0.024％S，0.022％P)制造药芯焊丝，填充率为15～35％，焊丝直径2mm，药粉化学成份混合粉成份药芯成份TiO28％ 混合粉 60％SiO23％Si 0.5％MgO 0％Al 12％Al2O32％Mg 2％CaCO327％ Mn 2％CaF260％ Ni 2％Fe 余该焊丝焊接时，电弧稳定，飞溅小，脱渣易，熔敷金属冲击吸收功0℃ 86J，-30℃ 43J。
权利要求
1.一种高碱度自保护药芯焊丝，其特征在于药芯成份(重量百分比)为预处理混合粉40～60％，Mn0～8％，Si0～3％，Al-Mg16～36％，Ni0～4％，其余为铁粉，填充率为15～35％。
2.按权利要求1所说的高碱度自保护药芯焊丝，其特征在于所说的预处理混合粉的组成(重量百分比)为氟盐50～80％，碳酸盐20～50％，氧化物0～15％。
全文摘要
本发明涉及一种焊接材料，其药芯中药粉成分(以重量百分比)为预处理混合粉40～60％，Mn0～8％，Si0～3％，Al-Mg16～36％，Ni0～4％，其余为铁粉及杂质。采用该药芯焊丝焊接时，电弧稳定，飞溅小，熔渣流动性好，易脱渣，熔敷速度高，焊缝美观。焊丝具有优异的抗锈、抗裂性能，力学性能高，可用作重要结构的焊接材料。
文档编号B23K35/22GK1152490SQ95118959
公开日1997年6月25日 申请日期1995年12月8日 优先权日1995年12月8日
发明者栗卓新, 陈邦固, 张文钺, 许玉环 申请人:天津大学