專利名稱：一種焊前不需預熱的高強韌性金屬粉型藥芯焊絲的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體保護焊焊接材料，特別是一種焊前不需預熱的高強韌性金屬粉型藥芯焊絲。
背景技術：
藥芯焊絲由于具有焊接工藝性好、焊接效率高等優點而在船舶、橋梁和海洋平臺等鋼結構的建造中得到了廣泛應用。隨著社會的發展，得到應用的結構鋼強度級別越來越高，其配套藥芯焊絲的強度也隨之提高，由此帶來高強度焊縫金屬的裂紋敏感性問題日益突出。目前與屈服強度大于590MPa的結構鋼相匹配的高強度藥芯焊絲較少，且焊接前均需要采取預熱措施，有時甚至需要采取后熱措施，才能保證焊縫金屬不會產生裂紋。例如
I)中國專利申請號200610014242.1 一種低氫高韌性酸性藥芯焊絲中，涉及的藥芯焊絲為熔渣型而非金屬粉型，其熔敷金屬屈服強度較低在46(T540MPa左右，不能滿足屈服強度大于590MPa結構鋼的強度要求。2)中國專利申請號 201110131892. 5 —種超低氫低溫鋼用酸性藥芯焊絲中，涉及的藥芯焊絲為熔渣型而非金屬粉型，其熔敷金屬屈服強度在50(T570MPa左右，與屈服強度大于590MPa結構鋼強度不相匹配。3)中國專利申請號201110105018. 4 一種高強度高韌性金屬粉芯型藥芯焊絲和專利ZL200710054660.8 —種高強度金屬芯型無縫藥芯焊絲中，涉及的藥芯焊絲熔敷金屬屈服強度較高在785MPa以上，這種藥芯焊絲與屈服強度590MPa級別鋼強度不相匹配，不僅焊接前需要預熱，而且焊后還需采取后熱措施，才能保證焊縫金屬不產生裂紋。檢索目前現有的焊絲專利，尚沒有焊接前不需預熱的、與屈服強度大于590MPa結構鋼相匹配的藥芯焊絲。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種焊前不需預熱的高強韌性金屬粉型藥芯焊絲，通過藥芯配方的優化設計，使得高強度熔敷金屬具有較高的低溫韌性，同時控制熔敷金屬中的擴散氫含量處于超低氫水平，從而達到屈服強度大于590MPa的高強度藥芯焊絲焊接時無需預熱的目的。為了實現解決上述技術問題的目的，本發明采用了如下技術方案
本發明的一種焊前不需預熱的高強韌性金屬粉型藥芯焊絲，由鋼質外皮和藥芯兩部分組成，鋼質外皮占焊絲總重的79 84%，藥芯占16 21% ；
鋼質外皮采用寬度為12 14mm、厚度為0. 6^1. Omm的冷軋碳素鋼鋼帶制造，其重量百分比化學成分為C 0. 02 0. 055%, Si 0. 005 0. 0085%, Mn 0. 15 0. 35%，其余為鐵和不可避免雜質元素；
藥芯由純金屬粉、鐵合金粉、氟硅酸鉀與稀土氧化物組成，藥芯成分及其重量百分比組成為金屬鎳粉12 18%，金屬錳粉2 4%，硅鐵3 7%，鑰鐵2飛％，鈦鐵0. 8^2. 5%，中碳錳鐵1飛％，氟硅酸鉀0. 3^1. 5%，稀土氧化物0. 3 1. 5%，且氟硅酸鉀和稀土氧化物的總量為
0.8^2. 5%，其余為鐵粉。具體的，稀土氧化物的技術指標要求二氧化鈰的含量在99. 5%以上。具體的，硅鐵的硅含量為40 47% ;鑰鐵的鑰含量為55 60% ;鈦鐵的鈦含量為30^35% ;中碳錳鐵的碳含量為0. 8 1. 5%、錳含量為78 85%。金屬鎳粉焊縫金屬中鎳的主要來源。鎳是焊縫金屬中重要的合金元素，對提高強度有一定的貢獻，但作用有限，最主要的作用是可有效提高焊縫金屬的低溫韌性，降低韌脆轉變溫度。在本藥芯焊絲的藥芯中含量過低對強度和低溫韌性均不利，含量過高對強度和低溫韌性也無益，同時會增大熱裂敏感性。考慮到不同填充率的影響，限定藥芯中金屬鎳含量為12 18%。·金屬錳粉焊縫金屬中錳的主要來源之一。錳是重要的脫氧劑，可有效降低焊縫金屬含氧量，同時也是焊縫金屬中重要的合金元素。在本發明藥芯焊絲的藥芯中含量過低會導致強度不足、脫氧不充分，含量過高會導致焊縫金屬沖擊韌性惡化。考慮到不同填充率的影響，限定藥芯中金屬錳含量為2 4%。硅鐵焊縫金屬中硅的主要來源。硅是重要的脫氧劑，可有效降低焊縫金屬含氧量，同時也是焊縫金屬中重要的強化元素。在本發明藥芯焊絲的藥芯中含量過低會導致脫氧不充分、液態熔池流動性差、焊接工藝性變差，含量過高會導致強度過高、韌性惡化。考慮到不同填充率的影響，限定藥芯中硅鐵含量為3 7%，優選硅含量為45%的硅鐵。鑰鐵焊縫金屬中鑰的主要來源。鑰是焊縫金屬中重要的強化元素。在本發明藥芯焊絲的藥芯中含量過低會導致焊縫金屬強度不足，含量過高會導致強度過高、韌性惡化。考慮到不同填充率的影響，限定藥芯中鑰鐵含量為2 4%，優選鑰含量為55%的鑰鐵。鈦鐵焊縫金屬中鈦的主要來源。鈦是強脫氧劑，同時也是焊縫金屬中重要的強化元素，鈦的氧化物是有效形核質點，可促進焊縫金屬中針狀鐵素的形成。在本發明藥芯焊絲的藥芯中含量過低會導致針狀鐵素體含量較少，焊縫金屬韌性較低，無法實現不預熱焊接的目的，含量過高會導致焊縫金屬脆化、塑性降低。考慮到不同填充率的影響，限定藥芯中鈦鐵含量為0. 8^2. 5%，優選鈦含量為33%的鈦鐵。中碳錳鐵焊縫金屬中碳和錳的主要來源。碳是焊縫金屬中重要的強化元素，在本發明藥芯焊絲的藥芯中含量過低會導致焊縫金屬強度達不到指標要求，含量過高會導致韌性大幅度下降。考慮到不同填充率的影響，限定藥芯中的中碳錳鐵含量為廣5%，優選碳含量為1. 1%、錳含量為80%的中碳錳鐵。氟硅酸鉀重要的去氫物質和穩弧劑，在電弧的高溫作用下可分解出鉀離子和氟離子。鉀離子具有較低的電離電勢，可起到較好的穩弧作用。氟離子與氫離子具有極強的親和作用，可發生反應生成氟化氫氣體，從而降低弧柱區氫的分壓，達到降低熔敷金屬擴散氫的效果，是實現不預熱焊接的重要條件。在發明本藥芯焊絲的藥芯中含量過低上述作用不明顯，含量過高會導致焊接工藝性變差。稀土氧化物稀土對焊縫金屬可起到變質和凈化晶界的作用，能夠細化晶粒，改善夾雜物的形態、大小和分布。在發明本藥芯焊絲的藥芯中含量過低上述作用不明顯，含量過高會使得熔池液態金屬的粘度變小，從而導致焊接工藝性變差，如飛濺變大的現象。考慮到不同填充率的影響，限定藥芯中氟硅酸鉀與稀土氧化物的含量合計0. 8^2. 5%。
鐵粉為提高熔敷效率和藥粉分布的均勻性，避免發生“竄粉”和“空管”現象，本發明藥芯焊絲的藥芯中除上述物質外余量為鐵粉。將上述粉料用80目篩網進行篩分，稱重配比后將混合均勻的藥粉填充到軋制成U型的冷軋碳素鋼鋼帶槽中，填充率控制在16 23%，經軋制成型、減經拉拔至1. 2^1. 6_。本發明藥芯焊絲熔敷金屬屈服強度高，低溫沖擊韌性好，熔敷金屬擴散氫處于超低氫水平，在焊接板厚小于或等于24mm的同強度級別鋼板時，無需采取預熱措施，焊縫金屬也不會產生任何裂紋。這些技術方案也可以互相組合或者結合，從而達到最佳的技術效果。 通過采用上述技術方案，本發明具有以下的有益效果
本發明藥芯焊絲焊接工藝性好，熔敷效率高，可適用于平焊、橫焊、立焊、平角焊和船形焊等位置的焊接，焊后渣量很少，無須去渣可直接進行下一焊道的焊接。熔敷金屬屈服強度可達到590MPa以上，_50°C沖擊韌性可達到70J以上，熔敷金屬擴散氫處于超低氫水平。環境溫度在0°C以上，焊接板厚小于或等于24_的同強度級別鋼板無需采取預熱措施，焊縫金屬也不會產生任何裂紋。本發明藥芯焊絲可用于建造具有高強度、良好低溫韌性要求的軍事裝備、船舶結構和海洋工程等領域，尤其適用于不便于進行預熱的場合。
具體實施例方式下面結合實施例對本專利進一步解釋說明。但本專利的保護范圍不限于具體的實施方式。實施例的硅鐵的硅含量為45% ;鑰鐵的鑰含量為55% ;鈦鐵的鈦含量為33% ;中碳錳鐵的碳含量為1. 1%、錳含量為80%。稀土氧化物中二氧化鈰的含量為99. 95%。藥芯焊絲鋼質外皮采用12X0. 6、12 X 0.8和14X1. Omm的冷軋碳素鋼鋼帶制造，其化學成分見表I所示。在鋼帶內填充16 23%的藥芯粉料，經軋制、拉拔減經成直徑為1.2^1. 6mm成品焊絲，藥芯成分配比、填充率、焊絲直徑試驗如表2所示。表I本發明藥芯焊絲制造用鋼帶化學成分
權利要求
1.一種焊前不需預熱的高強韌性金屬粉型藥芯焊絲，其特征是所述金屬粉型藥芯焊絲由鋼質外皮和藥芯兩部分組成，鋼質外皮占焊絲總重的79 84%，藥芯占16 21% ；鋼質外皮采用寬度為12 14mm、厚度為O. 6^1. Omm的冷軋碳素鋼鋼帶制造，其化學成分為C O. 02 O. 055%, Si O. 005 O. 0085%, Mn O. 15 O. 35%，其余為鐵和不可避免雜質元素；藥芯由純金屬粉、鐵合金粉、氟硅酸鉀與稀土氧化物組成，藥芯成分及其重量百分比組成為金屬鎳粉12 18%，金屬錳粉2 4%，硅鐵3 7%，鑰鐵2飛％，鈦鐵O. 8^2. 5%，中碳錳鐵 Γ5%,氟硅酸鉀O. 3^1. 5%，稀土氧化物O. 3 1. 5%，且氟硅酸鉀和稀土氧化物的總量為O.8^2. 5%，其余為鐵粉。
2.根據權利要求1所述焊前不需預熱的高強韌性金屬粉型藥芯焊絲，其特征是所述的硅鐵的硅含量為40 47% ;鑰鐵的鑰含量為55 60% ;鈦鐵的鈦含量為30 35%;中碳錳鐵的碳含量為O. 8 1. 5%、錳含量為78 85%。
3.根據權利要求1所述焊前不需預熱的高強韌性金屬粉型藥芯焊絲，其特征是所述的稀土氧化物的技術指標要求二氧化鈰的含量在99. 5%以上。
全文摘要
本發明介紹了一種焊前不需預熱的高強韌性金屬粉型藥芯焊絲，鋼質外皮占焊絲總重的79~84%，藥芯占16~21%；鋼質外皮采用冷軋碳素鋼鋼帶制造，C0.02~0.055%，Si0.005~0.0085%，Mn0.15~0.35%，其余為鐵；藥芯成分為鎳粉12~18%，錳粉2~4%，硅鐵3~7%，鉬鐵2~6%，鈦鐵0.8~2.5%，中碳錳鐵1~5%，氟硅酸鉀與稀土氧化物合計0.8~2.5%，其余為鐵粉。本發明藥芯焊絲焊接工藝性好，熔敷效率高，渣量少；熔敷金屬屈服強度可達590MPa以上，-50℃沖擊韌性可達70J以上，擴散氫處于超低氫水平。
文檔編號B23K35/368GK103028864SQ20121054252
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者彭冀湘, 薛鋼, 張成杰 申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所