[发明专利]一种具有高冲击韧性钢焊接用金属粉型药芯焊丝

说明书

技术领域

本发明属于金属材料焊接生产用焊丝，特别是一种具有高冲击韧性钢焊接用金属粉型药芯焊丝；该药芯焊丝尤其适合用于在低温工作条件下具有高冲击韧性的海洋工程和大型结构钢件的焊接。

背景技术

国内外钢材的冶炼水平正在不断提高；诸多行业对钢材的冲击韧性提出了更高的要求，随着海洋工程和大型焊接结构应用的增加，Q460q(成分为C≤0.18％、Mn：1.0-1.80％、Si≤0.55％、S≤0.01％、P≤0.025％、Ni≤0.70％、余量为铁)、Q500q(C≤0.18％、Mn：1.0-1.70％、Si≤0.55％、S≤0.01％、P≤0.025％、Ni≤1.0％、余量为铁)类在低温条件下具有高冲击韧性的钢材被大量使用，因而开发用于低温性能良好钢材的焊接材料已迫在眉睫。在此类钢材的焊接中，通常用的焊接材料有焊条、实芯焊丝，普通药芯焊丝(酸性、碱性)。采用焊条焊接时，每根焊条都要丢掉20～30mm的焊条头，既会造成材料的浪费、其焊接的连续性亦差。普通药芯焊丝与实心焊丝相比，在同样的焊接规范下，药芯焊丝的熔敷速度比实芯焊丝高20-30％。在专利号为201010156680.8、发明名称为《低温高韧性全位置焊接用气保护药芯焊丝》的专利文献中、公开了一种以TiO₂为主的高韧性药芯焊丝，该焊丝具有低温韧性较好的特点，但在焊接过程中会产生大量的熔渣，既影响了焊接效率、又增强了焊工劳动强度。为了降低药芯焊丝焊接过程中熔渣量，到目前为止，提出过很多方案，如专利号为200810010814.8、发明名称为《一种高韧性金属芯气体保护焊丝及其制造方法》的专利文献中、公开的一种高韧性金属芯气体保护焊丝及制造方法，该焊丝虽然在一定程度上降低了药芯焊丝焊接过程中熔渣量，但仍存在无法实现不清渣连续多层焊接、操作工人的劳动强度高，且焊缝低温韧性差(-20℃kv仅100J)，无法满足海洋工程等项目对低温韧性的需求，焊接效率低等缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研制一种具有高冲击韧性钢焊接用金属粉型药芯焊丝，以提高对Q460q、Q500q类在低温工作条件下具有高冲击韧性钢材焊接的工艺性能和理化性能，达到焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观，大幅度降低焊接后的熔渣量至可进行不清渣连续多层焊接，以及有效提高焊缝的综合性能、特别是低温韧性及焊接效率，且通过短路过渡还可实现立向下焊接，降低操作工人的劳动强度等目的。

本发明药芯焊丝的解决方案是焊丝的金属外皮采用含：C 0.01-0.1wt％、Mn 0.1-0.4wt％、Si 0.01-0.03wt％、S 0.005-0.015wt％、P 0.005-0.015wt％、余量为铁的低碳钢薄钢带作为焊丝的金属外皮；其药芯中各成分以全部焊丝的重量百分比计、分别为：中碳锰铁1.2-4.0wt％、硅铁粉0.20-2.0wt％、镁(Mg)粉0.05-0.5wt％、钼铁粉0.1-2.0wt％、镍(Ni)粉1-2wt％、电熔镁砂0.05-0.2wt％、氟化物0.01-0.3wt％、铁粉7-14wt％；将药芯中各成分混合均匀后、置于作为焊丝外皮的低碳钢薄钢带上，卷制(包裹)成条、并拉至成所需直径的丝。

上述药芯焊丝中药芯的含量占全部焊丝重量的14-25wt％、药芯的直径为Φ1.0-3.0mm。所述氟化物为氟化钙、氟化钠、氟钛酸钾及冰晶粉中的一种或几种。而所述铁粉为还原铁粉或雾化铁粉。本发明所述药芯焊丝焊接后的熔敷金属中扩散氢含量小于4mL/100g。

本发明药芯中各成分的主要作用如下：

中碳锰铁：锰是重要的脱氧剂，同时也是焊缝金属重要的合金剂。对焊缝金属的强度和韧性有重要影响。锰可以降低奥氏体向铁素体转变温度，促进AF(针壮铁素体)形成；锰含量增加可以提高焊缝的低温冲击韧性，但太高时则相反，此外，锰还能与硫形成MnS、降低焊缝的杂质含量。

硅铁：硅是重要的脱氧剂同时也是焊缝金属重要的合金剂，硅可以降低焊缝金属的含氧量，提高焊缝金属的冲击韧性，但太高时则相反；采用硅锰联合脱氧其效果较好。

镁粉：镁是强脱氧剂，对控制焊缝金属的含氧量具有重要作用，同时还能起到稳弧的作用；但含量过高时会增加焊接烟尘、不利于焊工的健康。

钼铁：钼能显著提高焊缝金属强度，但过高会影响焊缝金属韧性；为了控制过渡(渗入)到焊缝金属的钼含量、本发明采用钼铁作为钼的来源。

镍：镍作为孕育剂，细化晶粒、减小偏析、促进针状铁素体的形成，从而提高铁素体的韧性；镍还可增强位错能，增加裂纹扩展消耗功、提高低温韧性。