低温钢用纯氩气保焊接用药芯焊丝制造技术

本发明专利技术公开了一种低温钢用纯氩气保焊接用药芯焊丝，由金属外皮包裹芯部药粉、经卷制拉拔制成，以总重量百分比计，焊丝含有：C≤0.1%，Si≤0.5%，Mn:0.2‑2.5%，Ni:3.5‑12%，P≤0.01%，S≤0.01%，1‑10%金红石，0.2‑5%冰晶石。熔敷金属抗拉强度在900MPa以上，‑196℃冲击功在47J以上。

Welding cored wire with pure argon for low temperature steel

【技术实现步骤摘要】
低温钢用纯氩气保焊接用药芯焊丝
本专利技术涉及纯氩气保护气保焊用药芯焊丝，特别涉及一种用于低温钢专用药芯焊丝。
技术介绍
以液化气体球罐、乙烯罐、丙烯罐、液化天然气罐为代表的低温容器涉及到大量低温钢的应用和焊接。依据存储介质不同，上述球罐需要满足-45℃～-196℃的低温韧性要求，以确保结构安全。为确保低温韧性，低温钢多采用TIG焊接，但是效率偏低。虽然也使用惰性为主的混合气体保护焊接，但是熔敷金属的低温韧性控制一直是个难题。相比较于混合气体保护焊接，纯氩气保护焊接可进一步降低熔敷金属氧含量，从而提高低温韧性；同时，也会降低合金元素的氧化烧损，从而降低焊丝的合金成本。因此，纯氩气保护焊接可用于低温钢焊接。采用已有实芯焊丝进行纯氩气保焊接，由于电磁吹力的衰减，使得焊接熔滴过渡形式出现紊乱，熔滴末端不能得不到及时切断，从而出现过长的呈弯曲状的焊接熔滴，出现蛇形焊道，焊接飞溅大幅增加，破坏焊接质量。特开2006-205204提供了一种双层金属的实芯焊丝，通过内外金属熔点的差异化来改善电弧性能，虽然解决了焊缝的成型性能，但该种焊丝加工制备工艺复杂。特开2009-255125提供了芯部粉料中添加0.16-2.0％石墨，20％以上铁粉的经济型药芯焊丝。但焊丝中0.16-2.0％的碳含量添加不能满足低温钢的焊接要求。特开2016-112575提供了一种使用纯氩气保护的，并可全位置焊接的药芯焊丝。但也同样不能满足低温钢的焊接要求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种低温钢用、纯氩气保护焊接用药芯焊丝，以解决现有实芯焊丝电弧不稳、成型差的不足。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：药芯焊丝由金属外皮和内部芯料卷制而成。药粉填充率为12-25％。以总重量百分比计，焊丝含有：C≤0.1％，Si≤0.5％，Mn:0.2-2.5％，Ni:3.5-12％，P≤0.01％，S≤0.01％，1-10％金红石，0.2-5％冰晶石。焊丝还含有0.3-5％的铁粉或钼粉中的一种或以上。焊丝还含有3-18％Cr，且Ni/Cr≤1。焊丝还含有0.1-2％的Cu和Nb中的一种或以上。焊丝还适用于氩气中添加5％以内的氢气或二氧化碳的气体保护焊接。采用该焊丝制得的熔敷金属强度在900MPa以上，-196℃冲击功在47J以上。C：虽然可有效提高强度，但是对低温韧性不利。当其含量超过0.1％，熔敷金属-100℃及以下温度的低温韧性不易控制。尤其是在Ni或Cr等合金元素较高含量条件下，一般都会采取降低碳含量来提高低温韧性。因此其含量在0.1％以下。考虑到Ni和Cr存在，其含量在0.04％以下，效果更好。Si：是CO2或混合气体焊接时，焊接熔池冶金不可缺少的合金元素，一方面用于焊接熔池脱氧反应，一方面用于焊接熔池粘性和流动性控制。但同时，其对低温韧性尤为不利。尤其是在要求-100℃～-196℃低温韧性时，其含量需要控制在0.5％以下。考虑到Ni和Cr同时添加的状况，其含量在0.3％以下时效果更好；当其含量在0.1％以下时效果最好。Mn：适量Mn添加一方面用于焊接熔池脱氧反应，另一方面用于复合Ni元素来控制熔敷金属的奥氏体分解转变，从而得到部分马氏体、以及部分残余奥氏体，从而兼顾强度和低温韧性。优选含量范围是0.2-2.5％。当期含量在0.4-2.0％之间时，效果更好；当其含量范围在0.6-1.6％之间时，效果最好。Ni：是低温钢熔敷金属中不可或缺的元素。一方面可以韧化熔敷金属的铁素体基体，从而提高低温韧性，另一方面也与其它元素复合添加从而在熔敷金属中得到奥氏体，从而提高低温韧性。本技术中其优选含量是3.5-12％。P，S：都是杂质元素，不利于低温韧性。其含量应控制在0.01％以下。当其含量低于0.008％，效果更好；当其含量低于0.005％，效果最好。金红石：具备稳定电弧、改善焊道形状的作用。在纯氩气保护焊接状态下，添加部分金红石可显著增加电弧磁吹力，从而切断焊接熔滴，得达顺畅过渡的效果，从而改善成型性能，得到平滑的焊道。当其含量低于1％时，效果不明显；当其含量高于10％时，反而会使得焊接熔滴尺寸显著增大，破坏电弧稳定性。因此优选含量范围是1-10％。冰晶石：可净化焊接熔池、改善杂质元素带来的晶间偏析，并去除焊缝中的扩散氢，从而提高低温韧性。当含量低于0.2％时，其效果不明显；当含量超过5％时，可能会促进氟蒸汽团的产生、破坏电弧稳定性，从而恶化焊接工艺性能。因此，优选含量是0.2-5％。考虑到本焊丝还适用于氩气中添加5％以内的氢气或二氧化碳的气体保护焊接，当其含量在0.4-3.5％之间时，效果更好；当其含量在0.8-2.5％之间时，效果最好。铁粉或钼粉：一方面用于中和Ni元素和冰晶石添加给焊接熔池带来的流动性稠化，从而改善熔池流动性，提高工艺成型性能；另一方面也改善了电弧稳定性，尤其是改善了熔滴过渡的稳定性。当含量不足0.3％时，效果不明显；当含量超过5％时，对熔池的流动性不利。因此优选含量范围是0.3-5％。当其含量在0.5-4％，效果更好；含量范围在1-3％之间时，效果最好。Cr：一方面用于提高熔敷金属强度，另一方面与Ni搭配来进行熔敷金属的奥氏体转变控制，从而获得强度和低温韧性的搭配。当其含量低于3％，强化效果不明显，当其含量超过18％时，会在熔敷金属得到过量铁素体，从而使得低温韧性不合格。当期含量在5-16％之间时，效果更好；当其含量在8-14％之间时，效果最好。Ni和Cr的合金设计决定了熔敷金属的组织转变，从而间接决定了熔敷金属的强度和低温韧性。当Ni/Cr≤1时，才会得到以铁素体基体为主的微观结构，从而将熔敷金属的强度提高到900MPa以上。此时，第二相为残余奥氏体，其体积含量取决于Ni含量以及Ni/Cr比例，这也决定了熔敷金属的低温韧性。如果Ni含量高于Cr含量，熔敷金属中会得到马氏体或奥氏体的微观结构，前者的话其低温韧性不能满足要求，后者的话其强度达不到要求。考虑到焊丝还适用于氩气中添加5％以内的氢气的气体保护焊接，以及熔敷金属中的残余奥氏体是有效的扩散氢陷阱，因此Ni，Cr含量及其比例，以及其决定的熔敷金属微观组织是氢气保护焊接的核心技术。添加0.1-2％的Cu和Nb中的一种或以上，其目的是来细化熔敷金属微观组织来提高低温韧性。一方面是细化熔敷金属的凝固树枝晶，来降低偏析，来提高低温韧性；另一方面是利用其易于偏析晶界的特点，来细化冷却过程中奥氏体的分解产物，从而细化和韧化马氏体组织，从而提高低温韧性。当其含量低于0.1％时，效果不明显；当其含量高于2％时，则破坏了熔敷金属中的Ni-Cr平衡，从而恶化低温韧性或强度。当其含量在0.3-1.6％之间时，效果更好；当其含量在0.5-1.2％之间时，效果最好。焊丝还适用于氩气中添加5％以内的氢气或二氧化碳的气体保护焊接。本专利技术中冰晶石添加、Ni和Cr复合添加调控的熔敷金属中的残余奥氏体都可中和氢气保护焊接带来的扩散氢难题。冰晶石属于氟化物，不利于焊接电弧稳定，但是氢气由于其活波特性，可以改善纯惰性气体条件下的电弧特性，因此这两者可中和彼此缺点。与现有技术相比，本专利技术技术的有益效果至少在于：1.给-196℃的低温钢提供了一种纯氩气包保焊接用药芯焊丝。2.该药芯焊丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
低温钢用纯氩气保焊用药芯焊丝，由金属外皮包裹芯部药粉、经卷制拉拔制成，以总重量百分比计，焊丝含有：C≤0.1%，Si≤0.5%，Mn: 0.2‑2.5%，Ni:3.5‑12%，P≤0.01%，S≤0.01%，1‑10%金红石，0.2‑5%冰晶石。

【技术特征摘要】
1.低温钢用纯氩气保焊用药芯焊丝，由金属外皮包裹芯部药粉、经卷制拉拔制成，以总重量百分比计，焊丝含有：C≤0.1%，Si≤0.5%，Mn:0.2-2.5%，Ni:3.5-12%，P≤0.01%，S≤0.01%，1-10%金红石，0.2-5%冰晶石。2.如权利要求1所述的纯氩气保护用药芯焊丝，其特征在于：焊丝的芯部药粉中还含有0.3-5%的铁粉或钼粉中的一种或以上。3.如权利要求1-2所述的纯氩气保护用药芯焊丝，其特征在于：还含有3-18%Cr...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，
申请(专利权)人：张宇，
类型：发明
国别省市：浙江,33