[發明專利]一種基于晶粒細化機制的大熱輸入氣電立焊氣體保護藥芯焊絲

有效

• 申請號: 201710498834.3
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN109128573B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 劉碩;翁思源;錢偉方;曹能
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;B23K35/368
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司 31114
• 代理人: 竺明

一種基于晶粒細化機制的大熱輸入氣電立焊氣體保護藥芯焊絲，包括藥芯焊絲外皮及其內藥粉，其中，所述藥芯焊絲外皮采用低碳鋼冷軋鋼帶，其成分質量百分比為：C＜0.06％，Si0.3％，Mn0.8％，P0.02％，S0.01％，余量為Fe和不可避免雜質；所述藥粉的成分質量百分比為：鈦白粉或金紅石中的一種或兩種：1～5％，石英砂：2～6％，長石：3～8％，磁鐵礦：1～5％，氧化鋰、氧化鈉或氧化鉀中的一種或幾種：2～5％，低碳錳鐵：10～15％，鋁粉：3～8％，鈦鐵：3～8％，鎳粉：2～6％，稀土硅：2～6％，鎂粉：1～3％，其余為還原鐵粉；且，藥粉占藥芯焊絲總質量的15～20％。本發明焊絲能用于厚鋼板100kJ/cm～300kJ/cm大熱輸入氣電立焊接。

技術領域

本發明涉及氣體保護藥芯焊絲，特別涉及一種基于晶粒細化機制的大熱輸入氣電立焊氣體保護藥芯焊絲。

背景技術

目前，隨著現代制造業對各種大型鋼結構需求的發展，鋼結構焊接質量與效率愈發引起高度重視。為了提高鋼結構制造現場施工焊接效率，降低施工成本，大熱輸入氣電立焊技術得到了越來越多的應用。氣電立焊是在熔化極氣體保護焊接的基礎上發展起來的一種特殊的立向上焊接技術，一般采用CO₂氣體保護，采用水冷銅滑塊或滑板對熔池內的熔融金屬進行強制成型，同時防止熔化金屬向下流淌。應用氣電立焊接技術，可以根據鋼材壁厚以及鋼結構的不同需求，設計不同的坡口型式和尺寸，并應用不同的焊接熱輸入單道就可以完成焊接，比一般的多層多道焊接效率提高數倍，焊接施工成本也相應的大幅降低。

厚鋼板大熱輸入氣電立焊接有利于提高現場施工焊接效率并降低生產成本，在大型結構制造中具有諸多優勢。然而，氣電立焊帶來的高焊接熱輸入延長了焊縫金屬與焊接熱影響區高溫停留時間，降低了焊后冷卻速度。焊接接頭過熱以及由于焊后冷卻速度降低引起的高溫固態相變惡化了焊接接頭組織與性能。通過控軋控冷技術的應用，降低了鋼材焊接熱影響區性能對焊接熱輸入的敏感程度，但焊縫金屬存在以下問題：

第一、高溫停留時間延長使有益合金元素燒損的程度升高，焊縫合金化作用減弱；

第二、高溫停留時間延長增加了原始柱狀晶粒長大傾向，這種不可逆過程在后續冷卻過程中是不能得到有效細化的，晶粒粗化容易引起焊接接頭的各種脆化；

第三、冷卻速度降低后，容易發生高溫固態相變，并生成晶粒粗大的的先共析塊狀鐵素體或魏氏組織。這些因素都將惡化接頭性能，特別是塑性和韌性。

鑒于此，針對特厚鋼板高效大熱輸入氣電立焊接，為了保證焊縫金屬綜合力學性能特別是沖擊韌性，需要開發合適的焊接材料。氣體保護藥芯焊絲在氣電立焊過程中具有相對較好的工藝穩定性，其本身也具有靈活的可調配性，通過外皮鋼帶成分體系、造渣劑、造氣劑、穩弧劑、脫氧劑、合金劑等多維度設計與調節，能夠滿足各種焊接場合的需求，已經成為大熱輸入氣電立焊接首選的焊接材料。

當前大熱輸入氣電立焊藥芯焊絲如中國專利申請號201110418387.9、201010596115.3、201010602466.0等公開了幾種適于大熱輸入氣電立焊接施工的氣體保護藥芯焊絲，基本上采用了添加堿土氟化物和金紅石造渣，輕金屬離子具有穩弧作用，脫氧劑應用了金屬粉(Al、Mg、Ti等)，同時添加適量的Ni、Mo等合金劑保證最終的接頭性能；然而，其藥粉成分體系存在以下問題：

1)添加的堿土金屬氟化物(CaF2)和氧化物(CaO)導致藥芯焊絲熔渣堿度升高，從而使熔池鋪展性能降低，焊縫外觀成型難以得到保證；

2)采用了傳統的外加合金元素進行焊縫金屬合金化的思路，一方面在大熱輸入焊接過程中阻礙奧氏體晶粒長大，另一方面形成能夠促進晶粒內部非均質形核的核心，達到細化晶粒的目的；

3)將碳、氧等非金屬元素完全作為有害元素，并將其含量控制到最低。