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