用于大热输入气电立焊气体保护焊丝的药芯及气体保护焊丝制造技术

本发明专利技术公开了一种用于大热输入气电立焊的气体保护焊丝的药芯，其化学组分质量百分配比为：钛白粉或金红石的至少其中之一：1～3％；石英砂、长石和锆英砂的至少其中之一：3～7％；大理石、白云石和菱苦土的至少其中之一：1～4％；碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾的至少其中之一：1～3％；低碳锰铁：14～20％；钼铁：1～4％；镍粉：4～8％；钛铁：2～5％；稀土硅：1～5％；硼粉：0.01～0.05％；其余为铁粉。本发明专利技术还公开了一种用于大热输入气电立焊的气体保护焊丝，其包括钢外皮和裹覆于钢外皮内的药芯，其中药芯为本发明专利技术所述的任意一种药芯。本发明专利技术还公开了一种焊缝熔敷金属，其采用本发明专利技术所述的任意一种的气体保护焊丝进行焊接而得到。

【技术实现步骤摘要】
用于大热输入气电立焊气体保护焊丝的药芯及气体保护焊丝
本专利技术涉及一种焊丝，尤其涉及一种药芯焊丝。
技术介绍
目前，随着船舶制造、海洋工程、储罐及大载重桥梁行业的迅速发展，对高强度特厚钢板的需求日益增多。相应地，为了提高现场施工的焊接效率，同时降低施工成本，大热输入气电立焊技术在这些领域得到了越来越多的应用。气电立焊接技术可以根据不同的钢材壁厚及坡口型式和尺寸，通过焊接热输入单道来完成焊接。较之于多层多道焊接，采用气电立焊接技术可以大幅度地提高焊接施工的效率，并且大大地降低焊接施工的投入成本。如上文所述，采用大热输入气电立焊接技术对于特厚钢板进行焊接时能够大幅度地提高效率，并大大地降低焊接成本，然而，当焊接热输入达到100kJ/cm以上时，焊缝金属与焊接热影响区峰值温度将升高，高温停留时间将延长，焊后冷却速度则变慢，由此会导致焊接接头组织与性能的恶化。焊接接头组织与性能的恶化主要包括：1)高温停留时间延长使得有益的合金元素烧损的程度升高，焊缝合金化作用减弱；2)高温停留时间延长增加了奥氏体晶粒长大的倾向，而奥氏体晶粒长大后不能在后续冷却过程得到有效地细化，这属于不可逆过程，晶粒粗化容易引起焊接接头的各种脆化；3)冷却速度变慢后，容易发生高温固态相变，并生成粗大的先共析块状铁素体或魏氏组织，从而使得对焊接接头塑性和韧性有利的低温固态相变发生的可能性降低。上述情况都将恶化焊接接头的组织和性能，尤其是会恶化焊接接头的塑性和韧性。公开号为CN101396777A，公开日为2009年4月1日，名称为“气电立焊用药芯焊丝”的中国专利文献公开了一种气电立焊用药芯焊丝。该焊丝含有：C：0.03～0.07wt.％，Si：0.3～0.6wt.％，Mn：1.8～2.0wt.％，Ni：0.9～1.2wt.％，Mo：0.3～0.8wt.％，Ti：0.10～0.27wt.％，B：0.008～0.014wt.％，Mg：0.15～0.30wt.％，Al：≤0.05wt.％，P≤0.025wt.％，S≤0.025wt.％，熔渣生成剂：1.0～2.0wt.％，熔渣生成剂中的F：0.4～0.7wt.％。该中国专利文献所公开的技术方案是通过降低药芯焊丝熔渣含量来提高熔敷效率，并通过药粉内部的合金种类与成分设计以保证焊接工艺性能和接头力学性能，主要是对Cr、Mo与Ni等合金元素进行合理的配比。由于药芯焊丝中的合金含量较高，因此焊缝金属冷裂纹敏感指数Pcm值会达到0.22，高含量的Cr、Mo也增加了焊缝金属淬硬的倾向。此外，合金元素的各种析出物的阻碍位错运动也会造成焊接接头延伸率的下降。公开号为102554519A，公开日为2012年7月11日，名称为“适合大线能量强迫成型的药芯焊丝及其制备和使用方法”的中国专利文献记载了一种适合大线能量强迫成型的高效药芯焊丝及其制备和使用方法。该药芯焊丝包括外包钢带和填充焊剂两部分，填充焊剂的组分(按质量百分比计)为C：0.03～0.06，Si：0.25～0.70，Mn：1.3～2.0，Ni：0.1～0.7，Mo：0.1～0.4，Ti：0.01～0.1，B：0.003～0.01，Mg：0.01～1.1，Al：≤0.1，造渣剂5～10，其余为Fe和不可避免的杂质；药芯焊丝内填充焊剂量占焊丝总质量的15～25％。公开号为CN102554495B，公开日为2014年9月10日，名称为“高韧性电气焊自保护药芯焊丝”的中国专利文献公开了一种高韧性电气焊自保护药芯焊丝。由钢带和焊药构成，焊药包裹于钢带内，焊药占焊丝总重量的重量系数为0.2～0.3，按重量百分比计，钢带中：C：0.01～0.055％；Si：0.01～0.03％；Mn：0.10～0.30％；Al：0.005～0.060％；P：0.007～0.015％；S：0.007～0.015％；余量为Fe。按照焊药总重量计：氟化物：2.0～6.0％；氧化物：1.0～4.0％；碳酸盐：0.2～1.0％；Mn：1.0～4.0％；Si：0.2～1.2％；Ni：0.4～2.0％；Mo：0.1～1.0％；Cr：0.05～0.2％；V：0.05～0.2％；余量为Fe。上述两种专利文献所公开的药芯焊丝采用了碱土氟化物和金红石造渣，轻金属离子具有稳弧作用，脱氧剂采用了金属粉(Al、Mg、Ti等)，同时添加适量的Ni、Mo等合金剂来保证最终焊接接头的性能。然而，在实际使用过程中，此类药芯焊丝的适用范围相对较窄。由此，需要获得一种焊接热输入适用范围广且能与焊接的热输入实现优化匹配的焊丝，其不仅能够保证焊接时的焊接工艺性能，而且经焊接后的焊缝金属的各项力学性能良好。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于大热输入气电立焊的气体保护焊丝的药芯，由药芯制得的焊丝具有良好的脱渣性，低飞溅及低气孔发生率等焊接工艺性能。另外，由药芯制得的焊丝在焊接过程中所形成的焊接电弧稳定。此外，由药芯制得的焊丝经焊接后的焊缝金属具有优良的力学性能和良好的表面成型。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种用于大热输入气电立焊的气体保护焊丝的药芯，其化学组分质量百分配比为：钛白粉或金红石的至少其中之一：1～3％；石英砂、长石和锆英砂的至少其中之一：3～7％；大理石、白云石和菱苦土的至少其中之一：1～4％；碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾的至少其中之一：1～3％；低碳锰铁：14～20％；钼铁：1～4％；镍粉：4～8％；钛铁：2～5％；稀土硅：1～5％；硼粉：0.01～0.05％；其余为铁粉。本专利技术所述的用于大热输入气电立焊的气体保护焊丝的药芯中的各化学组分的设计原理为：钛白粉和金红石：由于在大热输入气电立焊接过程中，熔渣会随着熔池液面而上升，因此，降低熔渣的熔点非常重要，否则在底层焊缝内容易引起夹渣。钛白粉或金红石的主要化学组分为二氧化钛，其能够降低熔渣的熔点与表面张力，并细化焊接熔滴，从而有利于焊后脱渣。另外，钛离子在焊接过程中还具有稳定电弧、降低飞溅的作用。基于此，对于本专利技术的气体保护焊丝的药芯而言，需要将钛白粉或金红石的至少其中之一的含量控制为1～3％。石英砂、长石和锆英砂：石英砂、长石或锆英砂以二氧化硅为主要组成。与二氧化钛类似，二氧化硅也有利于熔渣上浮及焊后脱渣，从而保证焊缝成型。在石英砂、长石及锆英砂等矿物质中的K、Na离子也是很好的稳弧剂，也就是说，K、Na离子有利于在焊接过程中稳定焊接电弧。因此，本技术方案将石英砂、长石和锆英砂的至少其中之一的含量设定在3～7％范围之间。大理石、白云石和菱苦土：该三种矿物质的主要成分是碳酸钙和碳酸镁，在焊接过程中熔池和熔滴化学反应阶段起到造气和造渣作用。但是，其含量不能过高，否则会提高熔渣碱度，影响焊接工艺性能。碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾：大热输入气电立焊接需要采用较大的焊接电流和焊接电压，这样才能避免因焊接速度过慢而可能造成的焊接电弧的不稳定。为此，作为稳弧剂的碳酸锂、碳酸钠或碳酸钾，与熔渣成分之间的综合作用能够进一步地保证焊接过程中焊接电弧的稳定性。在本专利技术的技术方案中，需要添加碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾的至少其中之一，并且将添加量控制为1～3％。低碳锰铁/钼铁/镍粉/钛铁/稀土硅/硼粉：低碳锰铁、钼铁、镍粉(Ni＞99％)、钛铁、稀土硅(Re+Si约为70％)及硼粉均是该药芯的重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于大热输入气电立焊的气体保护焊丝的药芯，其特征在于，其化学组分质量百分配比为：钛白粉或金红石的至少其中之一：1～3％；石英砂、长石和锆英砂的至少其中之一：3～7％；大理石、白云石和菱苦土的至少其中之一：1～4％；碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾的至少其中之一：1～3％；低碳锰铁：14～20％；钼铁：1～4％；镍粉：4～8％；钛铁：2～5％；稀土硅：1～5％；硼粉：0.01～0.05％；其余为铁粉。

【技术特征摘要】
1.一种用于大热输入气电立焊的气体保护焊丝的药芯，其特征在于，其化学组分质量百分配比为：钛白粉或金红石的至少其中之一：1～3％；石英砂、长石和锆英砂的至少其中之一：3～7％；大理石、白云石和菱苦土的至少其中之一：1～4％；碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾的至少其中之一：1～3％；低碳锰铁：14～20％；钼铁：1～4％；镍粉：4～8％；钛铁：2～5％；稀土硅：1～5％；硼粉：0.01～0.05％；其余为铁粉。2.如权利要求1所述的药芯，其特征在于，所述低碳锰铁中的Mn含量≥95wt％。3.如权利要求1所述的药芯，其特征在于，所述钼铁中的Mo含量为50～60wt％。4.一种用于大热输入气电立焊的气体保护焊丝，其特征在于，其包括钢外皮和裹覆于钢外皮内的药芯，其中所述药芯为权利要求1-3中任意一项所述的药芯。5.如权利要求4所述的用于大热输入气电立焊的气体保护焊丝，其特征在于，所述钢外皮的化学元素质量百分配比为：C0.04-0.09％，Si0.01-0.05％，Mn0.15-0.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。6.如权利要求5所述的用于大热输入气电立焊的气体保护焊丝，其特征在于，所述不可避免的杂质中的S...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘硕，翁思源，王怀龙，钱伟方，曹能，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31