高強鋼用高強韌性氣保護藥芯焊絲的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種高強鋼用高強韌性氣保護藥芯焊絲,用于100KG及其以上級別高強鋼板的氣體保護焊。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國重型汽車行業(yè)的不斷發(fā)展,鋼鐵仍是重裝車輛制造的主要材料,但其內(nèi)涵發(fā)生了重大變化,從先前軟鋼為主發(fā)展到以高強度鋼板為主,結(jié)合先進的鋼鐵加工技術(shù),鋼鐵材料強度不斷提升,在實現(xiàn)車身輕量化的同時,又對與之匹配的高強度高韌性焊材提出了苛刻要求。
[0003]目前,國內(nèi)制造重型卡車用高強鋼板主要以Q550高強鋼和Q700高強鋼為主,而隨著車身輕量化技術(shù)的發(fā)展,Q900及其以上級別高強鋼的使用量逐漸攀升,但對于配套焊材的開發(fā)還相對滯后。Q550和Q700配套焊材考慮到性價比影響,多選用實心焊絲,當(dāng)鋼板強度高于100MPa后,實心焊材焊接過程中對鋼板的熱輸入相比藥芯焊絲而言較大,鋼板焊后強度不足,同時,實心焊絲在生產(chǎn)過程中存在嚴(yán)重的加工硬化,需增加焊線拉拔過程中的退火工序,提高了實心焊材生產(chǎn)成本。因此,藥芯焊絲的技術(shù)和成本優(yōu)勢得到體現(xiàn),但制約藥芯焊絲發(fā)展的瓶頸在于如何提高韌性的同時改善焊接電弧的穩(wěn)定性和焊后脫渣性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高強鋼用高強韌性氣保護藥芯焊絲,適用于小線能量下焊接100MPa以上級別高強鋼板,同時解決了拖渣性不良的問題,提高了焊接生產(chǎn)效率。
[0005]本發(fā)明解決問題的思路是:合理設(shè)計焊絲成分,焊絲配用合適的保護氣氛得到力學(xué)性能優(yōu)異的焊接接頭及合理的微觀組織。合理的成分設(shè)計是提高電弧穩(wěn)定性和焊后脫渣性的關(guān)鍵。本發(fā)明提供一種成分的管狀藥芯焊絲包括外皮和藥粉芯,藥粉芯占藥芯焊絲總重量的12% -25%,外皮為工業(yè)純鐵帶。為保證焊接電弧穩(wěn)定性和拖渣性,藥粉芯成分按重量百分比,除添加石墨粉(0-10% ),T12(5-20% ),Mn-Fe合金(10-40% ),S1-Fe合金(0.5-2 % ), Al-Mg 合金(0.5-4 % ), Ni (2-15 % ),Cr-Fe 合金(1-30 % ),Mo-Fe 合金(1-30 % ),T1-Nb-V-Fe 合金(1-20 % ),氟化物(0.5-3 % )為 NaF、KF、BaF2, MgF2, CaF2,Na2AlFjP Na2SiF2中的一種或幾種外,還添加微量稀土釔元素的氧化物Y2O3 (彡1%),余量為鐵粉。
[0006]該藥芯焊絲的熔敷金屬成分范圍如下:C:0.05-0.2 %,Mn:0.50-2.0 %,Cr:0.1-1.0%, Mo:0.1-1.0%, Ti+Nb+V:0.1-0.2%, N1:0.1-4.0%, T1:0.01-0.20%,稀土元素微量,余量為Fe及不可避免的微量雜質(zhì),均為質(zhì)量百分數(shù)。
[0007]藥芯中各組分的作用如下:
[0008]石墨粉的作用時初步調(diào)節(jié)焊絲C成分。
[0009]T12可改善焊渣的覆蓋性能和脫渣性,提高電弧穩(wěn)定性,減少飛濺。
[0010]Al-Mg合金主要作用為脫氧,產(chǎn)生的Al2O3具有調(diào)節(jié)高溫熔渣粘度的物理特性,改善焊接工藝性能。
[0011]氟化物中的NaF和KF,高溫下分解,氣化,產(chǎn)生大量蒸汽降低了電弧氣氛中的氫分壓,起到去氫作用。同時,氟化物與Ti發(fā)生焊接冶金反應(yīng),產(chǎn)生的TiF4可與電弧中的H分子及水蒸氣發(fā)生二次化學(xué)反應(yīng),形成不溶于鋼液的HF氣體,在保護熔池的同時,二次降低了焊縫中的H含量。
[0012]其他氟化物如BaF3可促進小線能量焊接條件下的短路熔滴過渡的電弧穩(wěn)定性。
[0013]Y2O3在焊接電弧的高溫作用下(弧住區(qū)溫度達5000-30000K)足以促進如下反應(yīng)式向右進行。所形成的稀土釔元素具有較高的表面活性,易吸附熔滴并降低其表面張力,顯著減少短路過渡的焊接飛濺。此外,稀土釔元素在熔池中優(yōu)先與S發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成產(chǎn)物一部分形成渣系,一部分留存在金屬中形成細小夾雜物,在后續(xù)焊縫凝固過程中促進針狀鐵素體形核,在降低雜質(zhì)S元素的同時,起到改善韌性的作用。所形成的氧元素與焊縫中的碳元素形成CO,隨后與電弧中的氧元素二次形成CO2,形成焊接保護氣氛。
[0014]Y203— 2Y(g)+30(g)
[0015]4Y+3S —Y4S3
[0016]C+0 —CO
[0017]CO+[O] — CO2 (g)
[0018]熔覆金屬成分中,C元素提高金屬的強度和硬度,合理范圍在0.05-0.2%,過低則降低金屬強度,同時影響熔池的流動性,不利于拖渣;過高則降低金屬沖擊韌性。Si元素提供適當(dāng)?shù)娜墼甓?,穩(wěn)定電弧,強脫氧劑,可還原MnO,保證Mn含量在較高水平,提高金屬強度。Mn元素提高金屬強度和硬度,Mn含量偏低,熔池凝固過程中的晶界易優(yōu)先形成鐵素體帶,含量偏高不易得到針狀鐵素體組織,同時材料延伸率降低,影響焊接結(jié)構(gòu)安全性,其合理范圍在0.1-1.0%之間。Cr和Mo在此的主要作用時提高淬透性,含量過低效果不明顯,含量過高,易與C元素形成碳化物,惡化沖擊韌性,其合理范圍均在0.1-1.0%。T1、Nb、V均為強碳化物形成元素,合理搭配可在多層多道焊的回火區(qū)內(nèi)形成TiC、NbC和VC的多相復(fù)合析出物,彌補多層多道焊后的強度不足,合理范圍應(yīng)控制在0.1-0.2%之間,過高易降低金屬延伸率和沖擊韌性。Ni元素主要作用時提高金屬韌性,有利于促進貝氏體組織形成,含量過低,效果不佳,含量過高,影響生產(chǎn)成本。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點在于,該焊絲經(jīng)以上成分配比,具有高強度、高韌性、易拖渣、硬度適中的特點,焊后接頭強度能實現(xiàn)與100MPa高強鋼板的等強匹配。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明。
[0021]實施例:
[0022]一種100MPa級別高強鋼用高韌性氣保護藥芯焊絲包括外皮和藥粉芯,外皮采用工業(yè)純鐵帶,藥粉芯占藥芯總重量的22%,藥芯化學(xué)組成按重量百分比為:石墨粉占3%,1102占 6%, Mn-Fe 合金占 15%, S1-Fe 合金占 1%, Al-Mg 合金占 1%, Ni 占-10%, Cr-Fe合金占5 %,Mo-Fe合金占6 %,T1-Nb-V-Fe合金占4%,氟化物總和占1.5 %,Y2O3占0.2 %,余量為鐵粉。
[0023]其中,Mn-Fe合金中Mn含量50%。S1-Fe合金中Si含量15%。Al-Mg合金中Al含量占45%。Cr-Fe合金中Cr含量占60%。Mo-Fe合金中Mo含量占50%。T1-Nb-V-Fe合金中T1-Nb-V成分分別占15%,10%和15%。
[0024]將上例中的藥芯焊絲分別與6mm厚Q960高強鋼板、1mm厚Q960高強鋼板、6mm厚QllOO高強鋼板以及10_厚QllOO高強鋼板進行平板對接焊接試驗。采用短路熔滴過渡,焊接電流選擇100A-130A,焊接電壓選擇16V-18V,焊接速度以確保單面焊雙面成型質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn),焊接過程中電弧穩(wěn)定,飛濺少,焊縫脫渣性優(yōu)良。采用GB/T229-2007及GB/T228-2002標(biāo)準(zhǔn)檢測得到焊接接頭力學(xué)性能指標(biāo)為:抗拉強度依次為lOlOMPa,1070MPa,1050MPa和llOOMPa,斷后延伸率依次為14%,15%,13%和14%,-40°C焊縫中心半尺寸沖擊吸收功依次為67J,92J,48J和55J。該成分藥芯焊絲與同級別實心焊絲相比,成本降低約25% -50%。
【主權(quán)項】
1.一種高強鋼用高強韌性氣保護藥芯焊絲,包括外皮和藥粉芯,其特征在于:藥粉芯占藥芯焊絲總重量的12% -25%,外皮為工業(yè)純鐵帶;藥粉芯成分的重量百分比為:石墨粉:0-10 %, Ti02:5-20 %, Mn-Fe 合金:10-40 %, S1-Fe 合金:0.5-2 %, Al-Mg 合金:0.5-4%, N1:2-15%, Cr-Fe 合金:1-30%, Mo-Fe 合金:1-30%, T1-Nb-V-Fe 合金:1-20%,氟化物:0.5-3% ;還添加微量稀土釔元素的氧化物Y2O3S 1%,余量為鐵粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲,其特征在于:Mn-Fe合金中Mn含量50%,S1-Fe合金中Si含量15%,Al-Mg合金中Al含量占45%,Cr-Fe合金中Cr含量占60%,Mo-Fe合金中Mo含量占50%, T1-Nb-V-Fe合金中T1-Nb-V成分分別占15%,10%和15%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥芯焊絲,其特征在于:氟化物為NaF、KF、BaF2、MgF2, CaF2,Na2AlFjP Na 2SiF2中的一種或幾種。
【專利摘要】一種高強鋼用高強韌性氣保護藥芯焊絲,屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域。該藥芯包括外皮和藥粉芯。藥粉芯占藥芯焊絲總重量的12%-25%,外皮為工業(yè)純鐵帶;藥粉芯成分的重量百分比為:石墨粉:0-10%,TiO2:5-20%,Mn-Fe合金:10-40%,Si-Fe合金:0.5-2%,Al-Mg合金:0.5-4%,Ni:2-15%,Cr-Fe合金:1-30%,Mo-Fe合金:1-30%,Ti-Nb-V-Fe合金:1-20%,氟化物:0.5-3%;還添加微量稀土釔元素的氧化物Y2O3≤1%,余量為鐵粉。優(yōu)點在于,該焊絲經(jīng)以上成分配比,具有高強度、高韌性、易拖渣、硬度適中的特點,焊后接頭強度能實現(xiàn)與1000MPa高強鋼板的等強匹配。
【IPC分類】B23K35-30, B23K35-368
【公開號】CN104722962
【申請?zhí)枴緾N201510171269
【發(fā)明人】張楠, 張飛虎, 金茹, 董現(xiàn)春, 牟淑坤, 陳延清, 劉宏, 張熹
【申請人】首鋼總公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月10日