[發(fā)明專利]超低氫高韌性埋弧焊藥芯及埋弧藥芯焊絲

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210163942.2
• 申請日: 2012-05-23
• 公開（公告）號: CN102848103A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張智;李堯銘;馮靈芝
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué);寧波昊邦焊業(yè)有限公司
• 主分類號: B23K35/368
• 分類號: B23K35/368;B23K35/30
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及焊接材料領(lǐng)域,尤其涉及一種超低氫高韌性埋弧焊藥芯及埋弧藥芯焊絲。

背景技術(shù)

埋弧焊作為一種自動化的高效焊接工藝,已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,但由于焊接線能量大,焊接區(qū)的冷卻速度慢,焊縫金屬組織容易粗大化,造成低溫韌性下降。因此,該工藝始終存在著焊接工藝的高效性與接頭金屬的高韌性之間的矛盾。同時,與高韌性焊絲配合的高堿度燒結(jié)焊劑存在著吸潮性大,焊縫擴(kuò)散氫含量高,在大拘束度條件下易形成氫致裂紋的缺陷。

目前,關(guān)于結(jié)構(gòu)鋼用埋弧焊藥芯焊絲的報道較少,專利申請?zhí)枮?00910014391.1公開了“一種中厚板用大直徑埋弧焊藥芯焊絲”,焊絲直徑為4.2mm~6.0mm,它主要是通過增大焊絲直徑,以提高焊絲熔敷效率。專利申請?zhí)枮?01010215721.6公開了一種適合于大線能量焊接用的埋弧焊藥芯焊絲,它主要是通過優(yōu)化焊縫金屬合金系,提高焊絲在大線能量條件下的低溫沖擊韌性。上述兩種埋弧焊藥芯焊絲均未提及在焊絲中加入適量渣劑,同時適用于高堿度燒結(jié)焊劑和低吸潮性的熔煉焊劑,以降低焊縫擴(kuò)散氫,提高低溫韌性和抗裂性的內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種超低氫高韌性的埋弧藥芯焊絲,具有優(yōu)良的焊接操作性能、力學(xué)性能和抗裂性。主要適用于低合金高強(qiáng)鋼,可用于海洋工程結(jié)構(gòu)、橋梁、船舶和壓力容器等重要結(jié)構(gòu)的焊接。

針對實(shí)芯焊絲埋弧焊在低溫鋼焊接過程中出現(xiàn)的這兩方面的問題,本發(fā)明提出一種包含脫氧劑、合金劑和堿性造渣劑的埋弧焊藥芯焊絲,它具有焊縫金屬擴(kuò)散氫含量低,低溫韌性值高,抗裂性好的特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案為:

一種超低氫高韌性埋弧焊藥芯,其藥芯成分以重量百分比計為:12%~28%CaF₂，0%~5%Na₂SiF₆，0.1%~5%ReF，0%~5%BaCO₃，2%~15%CaCO₃，0.5%~10%MgO，0.1%~5%TiO₂，0.1%~5%SiO₂，0.1%~3%ZrO₂，0.1%~1.5%硼化物，0%~0.8%Na₂O，0%~0.5%K₂O，8%~20%Mn，1%~9%Al-Mg，10%~16%Ni，0%~3%Ti，0%~3%Si，0.1%~3%Re，余量為Fe。

所述的硼化物是硼酸鈉或氧化硼中的一種或兩種組合。

采用本發(fā)明的埋弧焊藥芯制備埋弧焊藥芯焊絲,要求藥芯焊絲的鋼帶采用低碳，碳含量小于0.05%；藥粉的填充率為12%~20%,，藥粉的粒度為80~200目；成品焊絲的直徑為3.2mm~5.0mm。

本發(fā)明的關(guān)健在于焊絲藥芯中不僅加入了脫氧劑、合金劑,同時還加入了部分堿性渣劑。一方面它與高堿度燒結(jié)焊劑配合,可使焊縫金屬保持高的低溫韌性,同時利用藥芯中加入的降氫物質(zhì),減小燒結(jié)焊劑吸潮性大,對焊縫擴(kuò)散氫的不利影響。另一方面它可與低吸潮性的熔煉焊劑配合,在焊接過程中,藥芯中的高堿性渣劑與外部堿度較低的焊劑共同參與冶金反應(yīng),可降低焊縫金屬的氧含量,同時焊絲中加入的Ni、Ti、B等合金元素可起到細(xì)化晶粒、韌化基體金屬的作用,有助于提高焊縫金屬低溫韌性。

本發(fā)明藥芯成分的設(shè)計依據(jù)是:

CaF₂在藥芯成分中主要起降氫作用,同時還可調(diào)節(jié)熔渣的堿度,凈化焊縫金屬,并可提高熔渣的覆蓋能力,但加入量過大,電弧穩(wěn)定性變差。它在藥芯中的加入量應(yīng)與焊劑中的加入量相匹配,藥芯中CaF₂合適加入量在12%~28%。

MgO是典型的堿性造渣劑,具有凈化焊縫金屬作用,并可調(diào)節(jié)熔渣的粘度和熔點(diǎn),改善其覆蓋性。但過量后易使熔渣在焊縫上呈團(tuán)狀分布,藥芯中MgO的加入量應(yīng)在0.5%~10%范圍。

CaCO₃作為藥芯主要成分之一,焊接過程中受熱分解產(chǎn)生的氧化性氣體,有助于降低焊縫擴(kuò)散氫含量,分解產(chǎn)物CaO可起到凈化焊縫作用,降低雜質(zhì)元素S、P的含量,本發(fā)明中CaCO₃的合適范圍為2%~15%。

Mn作為焊縫的主要強(qiáng)化元素,能夠顯著降低脆性轉(zhuǎn)變溫度,含量過低,焊縫的強(qiáng)度和韌性無法保證。含量過高,焊縫中易形成淬硬組織,導(dǎo)致焊縫韌性下降。Mn元素的合適范圍在8%~20%之間。

Ni元素在焊縫中能夠韌化金屬基體,明顯提高低溫韌性,對于脆性轉(zhuǎn)變溫度在-40℃以下的焊縫金屬,要求Ni元素含量在10%~16%范圍。