[发明专利]一种高韧性气电立焊用药芯焊丝

说明书

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，涉及一种高韧性气电立焊用药芯焊丝。

背景技术

气电立焊是一种高效的焊接方法，气电立焊是由普通熔化极气体保护焊和电渣焊发展而形成的一种熔化极气体保护电弧焊方法。其焊接效率及焊接质量均较高，主要应用于船舶的外壳板的中厚板焊接，也可应用于相应尺寸的桥梁箱式梁腹板及大型储罐侧板的中厚板的焊接。

随着社会经济快速增长，船舶运输行业兴盛，高韧性高强度的焊接成为发展重点，气电立焊作为一种高效的焊接方法具有很大的发展空间。但目前中国境内研究生产的焊丝常常出现焊接力学性能不稳定的情况,工艺性能不能满足气电立焊的高需求。

当前所有气电立焊药芯焊丝的使用基本全都依赖进口，市场被发达国家大公司垄断，使得气电立焊成本高昂，不利于普及。但随着中国造船工业和石油储备行业的发展，迫切需要一种成本低、焊接力学效果好的气电立焊用焊丝。

发明内容

本发明通过药芯成分的有机组配并与低碳钢外皮配合，提供一种焊接工艺性能和理化性能良好的气电立焊药芯焊丝，电弧稳定性好、飞溅少、烟尘小、脱渣容易、焊缝正反面成型好，再引弧性能良好，完全满足气电立焊的高需求标准。

为实现本发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高韧性气电立焊用药芯焊丝，包括低碳钢外皮和药芯，其特征在于，所述药芯中各组分以全部焊丝的重量百分比计，分别为：

CaF₂：0.50-0.65 %；

碳酸钠：0.40-0.60%；

含钾化合物：0.10-0.25%；

铝（Al）粉：0.10-0.20%；

钼铁粉：0.10-0.30%；

电解锰：1.5-3.0%；

硅铁：0.60-0.75 %；

石英砂：0.10-0.15%；

钛铁：0.6-0.8%；

氧化铝：0.10-0.15%；

铁粉：15-20%；

所述药芯的填充率为19.1-26.85%。

进一步地，所述低碳钢外皮包括以下组分，以全部焊丝的重量百分比计，分别为：

C：0.01-0.10%；

Mn：0.1-0.4%；

Si：0.01-0.03%；

S：0.005-0.015%；

P：0.005-0.015 %；

余量为铁。

优选地，所述药芯焊丝的直径为1.6mm。

优选地，所述药芯填充率为20-25%。

制备上面所述的高韧性气电立焊用药芯焊丝的方法，其特征在于，采用以下步骤：将药芯中各成分按比例混合均匀后，将药芯置于低碳钢外皮上，经过包裹或卷制成丝，然后细拉至相应规格即得所述高韧性气电立焊用药芯焊丝。

优选地，所述药芯组分中含钾化合物为钾长石或碳酸钾，或两者的组合；含钾化合物为碳酸钾时，其重量占全部焊丝重量的0.12-0.17%。

优选地，所述药芯组分重量百分比中，CaF₂：碳酸钠=5：4，电解锰：硅铁=4：1。

优选地，所述高韧性气电立焊用药芯焊丝在垂直气电立焊中的焊接参数为：电压范围为32～41V之间，电流范围为340～410A。

优选地，所述高韧性气电立焊用药芯焊丝在垂直气电立焊中焊接要求的坡口角度为22.5℃，背面坡口间隙为5±1mm，正面间隙17±1mm。

本发明中各组分的作用及机理：

电解锰：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（针状铁素体）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。Mn能够有效地减少焊缝金属中的含硫量，因此适量的加入可以提高焊缝金属的低温韧性，同时提高强度。在本发明中Mn是以电解锰的形式加入的，占焊丝的总重量百分比1.5-3.0%。加入过多会造成强度升高，冲击值降低。

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。Si可以与Mn形成已成熟的韧化机理，同时能够起到联合脱氧的作用。Si主要来源于硅铁，当硅铁重量百分比在0.60-0.75 %之内时力学性能良好，大于0.75%时其强度增加，冲击韧性下降。