适合超低热输入自动焊接的低碳CO制造技术

技术编号:23303932 阅读:35 留言:0更新日期:2020-02-11 15:08
本发明专利技术公开了一种适合超低热输入自动焊接的低碳CO

Low carbon co suitable for ultra-low heat input automatic welding

【技术实现步骤摘要】
适合超低热输入自动焊接的低碳CO2气体保护焊丝及其制造方法
本专利技术涉及一种焊丝及其制造方法,尤其涉及一种气体保护焊丝及其制造方法。
技术介绍
熔化极气体保护自动焊接具有焊接效率高、焊接质量好、操作方便的优点,是各个工业领域中普遍应用的焊接方法。在进行熔化极气体保护焊接时,可以采用惰性气体(例如Ar和He)、活性气体(例如CO2)或混合气体(Ar+O2、Ar+CO2或多元混合气体)。其中,CO2气体保护焊具有焊接速度快、熔透深度大、成本低的优点,在工业界的应用尤为广泛。一般的实芯焊丝熔化极气体保护自动焊接热输入范围为0.5~1.5kJ/mm,而0.25kJ/mm的超低热输入属于极端苛刻的焊接工艺条件,在该条件下进行焊接必将造成焊缝金属加速冷却以及严重的非平衡固态相变,从而对焊缝金属组织产生不利影响,并造成其综合性能指标特别是韧性的下降,焊缝金属组织与性能的恶化同时将导致近邻的熔合区性能下降。然而,现有的气体保护焊丝都是基于常用的熔化极气体保护焊接工艺,无论采用富氩混合气体保护还是CO2气体保护,焊接热输入一般不低于0.5kJ/mm,焊缝金属焊后冷却速度适中,在现有的气体保护焊丝的化学成分体系范围内不会造成焊缝金属组织异常并导致严重脆化,但一旦将其应用在不超过0.25kJ/mm的超低热输入气体保护自动焊接时,就会出现焊缝金属严重脆化,并且冲击功和CTOD断裂韧性剧烈下降。图1显示了现有技术中的采用超低热输入自动焊接的焊缝金属的微观组织。如图1所示,针对API5LX70M管线钢管,采用低合金钢常用AWSA5.18ER70S-G气体保护实芯焊丝进行0.25kJ/mm超低热输入自动焊接(保护气体为80%Ar+20%CO2),由于焊后快速冷却,焊缝金属出现了不均匀分布的条状马氏体以及大量团簇状M-A组元,这导致其韧性严重下降,-10℃条件下冲击功单值甚至低于35J,CTOD断裂韧性值普遍低于0.1mm,个别低于0.05mm。此外,80%Ar+20%CO2混合气体具有氩弧特征,尽管焊接工艺过程稳定、飞溅小,但由于氩弧等离子体能量分布中心高、周围低的特点,在超低热输入要求下的快速焊接时坡口边缘熔合能力较差,未熔合缺陷出现的几率较高,焊接工艺调整窗口很窄。基于此,期望获得一种气体保护焊丝,其可以对高速焊接尤其是超低热输入自动焊接具有良好的适应性,通过对气体保护焊丝的化学成分体系的优化,提高焊缝金属韧性。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种适合超低热输入自动焊接的低碳CO2气体保护焊丝,该低碳CO2气体保护焊丝采用较低碳含量设计,从而降低超低热输入焊接快速冷却引起的焊缝淬硬脆化,并从源头上减少或消除脆性团簇状M-A组元的生成。此外,该低碳CO2气体保护焊丝还采用较高含量的硅锰以及适量的钛进行联合脱氧,保证在低氧环境下添加的镍、铜合金元素固溶于铁素体基体,在不明显提高焊缝金属强度的前提下,显著提高焊缝金属韧性。为了实现上述目的,本专利技术提出了一种适合超低热输入自动焊接的低碳CO2气体保护焊丝,其化学元素质量百分比为:C:0.02~0.06%;Si:0.6~1.3%;Mn:0.7~1.5%;Ti:0.2~0.6%;Ni:1.0~1.8%;Cu:0.1~0.6%;余量为Fe以及其他不可避免的杂质元素。在本专利技术所述的适合超低热输入自动焊接的低碳CO2气体保护焊丝中,本案专利技术人为了使得低碳CO2气体保护焊丝适用于不超过0.25KJ/mm的超低热输入自动焊接,采用了较低碳含量设计,在降低了碳当量的同时,也有利于降低超低热输入自动焊接快速冷却过程中的焊缝淬硬倾向及其引起的脆化,并从源头上减少或消除焊后冷却固态相变过程中由于碳在奥氏体和铁素体中溶解度变化形成的脆性M-A组元。此外,本专利技术所述的低碳CO2气体保护焊丝采用较高含量的硅锰以及适量的钛进行联合脱氧,超低热输入焊接条件下的薄层焊道有利于脱氧产物的上浮和脱除,保证焊缝金属在活性气氛焊接时的纯净度。此外,低氧化势环境有利于发挥镍、铜合金元素固溶于铁素体基体后的韧化行为,二者与铁具有很高的固溶度,但固溶强化效应很小,其面心立方晶格特征有利于提高铁素体基体韧性。另外,本专利技术所述的技术方案充分利用了特定环境条件下几种合金元素的相互作用,在超低热输入焊接时能够保证焊缝金属韧性。据此,本案专利技术人充分利用上述各化学元素的相互作用,从而在超低热输入焊接时能够保证焊缝金属的韧性,各化学元素的设计原理具体如下所述:C:在本专利技术所述的技术方案中,C是低合金钢中的重要非金属元素,对碳当量贡献最大,在钢中一般以固溶态和合金碳化物(Fe3C)两种形态存在。C对焊后冷却过程中的固态相变行为以及焊缝金属淬硬脆化影响很大。C含量提高后增加焊缝金属淬硬倾向,同时由于C在奥氏体与铁素体中的溶解度差异巨大,从而在焊后快速冷却过程中C非均匀析出形成脆性M-A组元。在本专利技术所述的技术方案中,焊丝采用较低的C含量,旨在从源头上降低焊后快速冷却淬硬脆化以及M-A组元的生成,从而有利于提高焊缝金属韧性。因此,在本专利技术所述的适合超低热输入自动焊接的低碳CO2气体保护焊丝中将C的质量百分比限定在0.02~0.06%。Si:在本专利技术所述的适合超低热输入自动焊接的低碳CO2气体保护焊丝中,Si在高温下与氧(包括氧分子和氧化性物质,如CO2)的亲和力很强,氧化物渣皮SiO2非常脆,容易脱落。所以,Si在焊接过程中具有良好的脱氧效果,并可以降低液态金属表面张力,改善焊接熔池的流动性,保证焊缝铺展以及良好的成型。本案专利技术人采用较高Si含量成分设计,保证CO2气体保护焊接时的脱氧效果,创造低氧化势熔池环境。较高Si含量也是本专利技术所述的技术方案的重要特点之一,它是建立在超低热输入CO2气体保护自动焊接基础上的,超低热输入薄层焊道非常有利于脆性氧化硅皮上浮并自动脱落,不会造成焊接缺陷。大量的氧化硅皮去除后焊缝金属Si含量相应降低,不会因为添加较多的Si提高碳当量以及淬硬倾向。而在常规焊接条件下以及Mn含量特别高的场合,高Si含量将导致焊缝严重脆化。而对于本专利技术所述的适合超低热输入自动焊接的低碳CO2气体保护焊丝而言,需要将Si控制在较高的含量,因此,将Si的质量百分比限定在0.6~1.3%。Mn:在本专利技术所述的适合超低热输入自动焊接的低碳CO2气体保护焊丝中,Mn与Fe晶格参数相近,与Fe可以实现无限固溶,具有很强的固溶强化作用,在碳当量计算中也具有仅次于C的作用,特别是在超低热输入焊接造成的超快速冷却过程中对焊缝金属的淬硬效应非常明显。然而,对于本专利技术所述的技术方案而言,添加适量的锰主要发挥其良好的脱氧作用,超低热输入薄层焊道有利于氧化物渣皮上浮和脱除,同时还降低了焊缝金属中有效Mn含量,从而降低了其在超低热输入焊接时强烈的固溶强化作用以及淬硬脆化作用,对保证焊缝金属韧性有利。因此,在本专利技术所述的适合超低热输入自动焊接的低碳CO2气体保护焊丝中将Mn的质量百分比限定在0.7~1.5%。Ti:在本专利技术所述的本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种适合超低热输入自动焊接的低碳CO

【技术特征摘要】
1.一种适合超低热输入自动焊接的低碳CO2气体保护焊丝,其特征在于,其化学元素质量百分比为:
C:0.02~0.06%;
Si:0.6~1.3%;
Mn:0.7~1.5%;
Ti:0.2~0.6%;
Ni:1.0~1.8%;
Cu:0.1~0.6%;
余量为Fe以及其他不可避免的杂质元素。


2.如权利要求1所述的低碳CO2气体保护焊丝,其特征在于,在其他不可避免的杂质元素中:P<0.01%并且/或者S<0.01%。


3.如权利要求1所述的低碳CO2气体保护焊丝,其特征在于,所述低碳CO2气体保护焊丝适用于不超过0.25kJ/mm的超低热输入。


4.如权利要求1所述的低碳CO2气体保护焊丝,其特征在于,其化学元素质量百分比满足下列各项的至少其中之一:
C:0.02~0.04%;
Si...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘硕
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

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