一种混合气体保护高韧性碳钢药芯焊丝.pdf

本发明涉及一种混合气体保护高韧性碳钢药芯焊丝，药芯各组分质量百分数为：金红石32％～49％；铁粉20％～25％；硅锰合金14.5％～17％；低碳锰铁1.0％～1.5％；石英2％～4％；氧化铝2.5％～3.5％；锆英砂2.5％～5％；氟化物2％～3.8％；合金元素3％～6％；稀有元素2％～5％；所述氟化物为氟化钡、氟化钙和氟化铝中的一种或多种；所述合金元素为钛、钾、镍、铬的任意组合；所述稀有元素为钒、铌、硼、钼的一种或两种。本发明配方优化协调药芯中造渣组分与其他功能组分的加入量，通过控制硅锰合金的加入量，减少合金元素的加入量，减少合金元素的烧损，精确控制配方中硼等微量元素，使熔敷金属的力学性能更加稳定，特别是低温冲击性能，不但得到了大幅提高，而且还使冲击性能更加稳定。

权利要求书
1.  一种混合气体保护高韧性碳钢药芯焊丝，其特征在于药芯各组分质量百分数为：金红 石32％～49％；铁粉20％～25％；硅锰合金14.5％～17％；低碳锰铁1.0％～1.5％；石英2％～4％；氧化 铝2.5％～3.5％；锆英砂2.5％～5％；氟化物2％～3.8％；合金元素3％～6％；稀有元素2％～5％；所述 氟化物为氟化钡、氟化钙和氟化铝中的一种或多种；所述合金元素为钛、钾、镍、铬的任意 组合；所述稀有元素为钒、铌、硼、钼的一种或两种。

2.  根据权利要求1所述的混合气体保护高韧性碳钢药芯焊丝，其特征在于药芯各组份质 量百分数为：金红石42％；铁粉23％；硅锰合金14.5％；低碳锰铁1.2％；石英3.3％；氧化铝 3.0％；锆英砂2.8％；氟化物2.5％；合金元素4.5％；稀有元素3.2％。

3.  根据权利要求1所述的混合气体保护高韧性碳钢药芯焊丝，其特征在于药芯各组份质 量百分数为：金红石38％；铁粉24％；硅锰合金15％；低碳锰铁1.3％；石英2.5％；氧化铝2.9％； 锆英砂4％；氟化物2.8％；合金元素5.0％；稀有元素4.5％。

4.  根据权利要求1所述的混合气体保护高韧性碳钢药芯焊丝，其特征在于药芯各组份质 量百分数为：金红石33％；铁粉24.5％；硅锰合金16.5％；低碳锰铁1.5％；石英3.8％；氧化 铝3.2％；锆英砂4.1％；氟化物3.4％；合金元素5.0％；稀有元素5.0％。

5.  根据权利要求1～4任一权利要求所述的混合气体保护高韧性碳钢药芯焊丝，其特征在 于：所述合金元素为钛钾合金；所述稀有元素为硼。

6.  根据权利要求1～4任一权利要求所述的混合气体保护高韧性碳钢药芯焊丝，其特征在 于：所述合金元素为钛铬合金；所述稀有元素为硼。

7.  根据权利要求1～4任一权利要求所述的混合气体保护高韧性碳钢药芯焊丝，其特征在 于：所述合金元素为镍钾合金；所述稀有元素为铌与硼的混合物。

8.  根据权利要求1～4任一权利要求所述的混合气体保护高韧性碳钢药芯焊丝，其特征在 于：所述合金元素为钛镍钾合金；所述稀有元素为钒与钼的混合物。

9.  根据权利要求1～4任一权利要求所述的混合气体保护高韧性碳钢药芯焊丝，其特征在 于：所述合金元素为镍铬合金；所述稀有元素为铌与钼的混合物。

说明书一种混合气体保护高韧性碳钢药芯焊丝
技术领域
本发明涉及一种金属焊接用药芯焊丝，特别涉及一种混合气体保护高韧性碳钢药芯焊丝。
背景技术
药芯焊丝是近年来迅速发展的一种新型焊接材料，药芯焊丝广泛应用于航空、航天、造 船、核电、汽车制造、桥梁、机械、建筑、石油化工等领域。药芯焊丝与手工焊条和氩弧焊 丝相比有明显的工艺优势，主要是把断续的焊接过程变为连续的生产方式，从而减少了焊接 接头的数目，提高了焊缝质量，也提高了生产效率，节约了能源。同时可以通过调整药芯添 加物的种类和比例，很方便地设计各种不同用途的焊接材料。因为它的合金成分可灵活方便 的调整，所以药芯焊丝的许多品种是实心焊丝无法冶炼和轧制的，药芯焊丝是很有发展前途 的新型焊接材料。随着我国药芯焊丝在工业领域应用范围的需求量不断扩大，药芯焊丝的需 求量还将大大增加，药芯焊丝属新型焊接材料，在我国正处于高速增长的初期阶段，随着自 动化水平的提高，将逐步代替手工焊条和实芯焊丝。
目前碳钢药芯焊丝普遍存在低温冲击性能低的问题，这主要是由于在设计配方过程中没 有充分考虑药芯焊丝在焊接过程中药粉在熔池中二次冶炼过程时部分合金元素的烧损，以及 熔敷金属中合金元素的偏析问题。
发明内容
本发明的目的是：针对当前药芯焊丝普遍存在的低温冲击性能低不够稳定的情况,提供一 种混合气体保护高韧性碳钢药芯焊丝。
实现本发明目的的技术方案是：一种混合气体保护高韧性碳钢药芯焊丝，药芯各组分质 量百分数为：金红石32％～49％,优选32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、 42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％；铁粉20％～25％，优选20％、21％、22％、23％、24％、 25％；硅锰合金14.5％～17％，优选14.5％、15％、15.5％、16％、16.5％、17％；低碳锰铁1％～1.5％ 优选1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％；石英2％～4％，优选2％、2.5％、3％、3.5％、4％；氧化铝 2.5％～3.5％，优选2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3.0％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％、3.5％； 锆英砂2.5％～5％，优选2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％；氟化物2％～3.8％，优选2％、2.5％、 2.8％、3％、3.5％、3.6％、3.8％；合金元素3％～6％，优选3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％； 稀有元素2％～5％，优选2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％；所述氟化物为氟化钡、氟化钙和氟 化铝中的一种或多种；所述合金元素为钛、钾、镍、铬的任意组合，优选为钛钾合金、钛铬 合金、镍钾合金、钛镍钾合金或镍铬合金；所述稀有元素为钒、铌、硼、钼的一种或两种， 优选为硼、铌与硼的混合物、钒与钼的混合物或铌与钼的混合物。
上述的混合气体保护高韧性碳钢药芯焊丝，药芯各组分质量百分数为：金红石42％；铁粉 23％；硅锰合金14.5％；低碳锰铁1.2％；石英3.3％；氧化铝3.0％；锆英砂2.8％；氟化物2.5％； 合金元素4.5％；稀有元素3.2％。
上述的混合气体保护高韧性碳钢药芯焊丝，药芯各组分质量百分数为：金红石38％；铁粉 24％；硅锰合金15％；低碳锰铁1.3％；石英2.5％；氧化铝2.9％；锆英砂4％；氟化物2.8％；合 金元素5.0％；稀有元素4.5％。
上述的混合气体保护高韧性碳钢药芯焊丝，药芯各组分质量百分数为：金红石33％；铁粉 24.5％；硅锰合金16.5％；低碳锰铁1.5％；石英3.8％；氧化铝3.2％；锆英砂4.1％；氟化物3.4％； 合金元素5.0％；稀有元素5.0％。
本发明药芯焊丝各组分的功能作用是：
金红石:金红石是熔渣形成的主要成分，可以改善熔渣的覆盖性和焊后的脱渣性。金红石 对全位置有较好的影响，其主要成分氧化钛的加入能显著降低熔渣的高温粘度及表面张力， 熔渣粘度的下降会改善高温熔渣透气性，因而焊缝表面斑点减少。
铁粉：其作用是提高药芯焊丝熔敷速度，调节堆焊金属的成份，形成焊缝金属。
硅锰合金：主要是脱氧剂，可降低焊缝金属的氧含量。其加入量少于5％时，脱氧变差， 冲击韧性变差；加入量超过20％，则强度过高，冲击韧性降低，且会造成飞溅。
石英：其主要作用是造渣。
锆英砂：锆英砂主要起造渣，调整熔渣的物化性能，适量添加，使得熔滴尺寸变小，焊 道两边整齐，可改善焊丝的全位置焊接工艺。
氟化物：其是电弧稳定剂、去氢剂。氟化物的加入量少于2％时，电弧稳定性不足，去氢 能力不足，易产生焊缝气孔压坑；加入量大于6％，电弧变长，烟尘和飞溅增大。
稀有金属：在配方中适当添加了稀有金属，使熔敷金属的力学性能更加稳定，特别是低 温冲击性能，不但得到了大幅提高，而且还使冲击性能更加稳定。
本发明所述混合气体，是在惰性气体中加入一定量的活性气体，如氩气加二氧化碳气体 (Ar+CO2)，氩气加氧气(Ar+O2)，氩气加氧气和二氧化碳气体(Ar+O2+CO2)等。
本发明具有积极的效果：本发明药芯焊丝配方，优化协调药芯中造渣组分与其他功能组 分的加入量，通过控制硅锰合金的加入量，减少合金元素的加入量，减少合金元素的烧损， 精确控制配方中硼等微量元素，使熔敷金属的力学性能更加稳定，特别是低温冲击性能，不 但得到了大幅提高，而且还使冲击性能更加稳定。
具体实施方式
(实施例1)
选取10*0.4mm的不锈钢钢带，先将其轧成U形，取金红石金红石33克；铁粉24.5克； 硅锰合金16.5克；低碳锰铁1.5克；石英3.8克；氧化铝3.2克；锆英砂4.1克；氟化铝 3.4克；钛钾合金5.0克；硼粉5.0克。将前述各种组分混合均匀后加入U形不锈钢带槽中， 填充率为18％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后经拉拔、减径后得到最终的药芯焊丝， 标号为P-1。
(实施例2)
选取10*0.4mm的不锈钢钢带，先将其轧成U形，取金红石金红石48克；铁粉21.5克； 硅锰合金14.8克；低碳锰铁1.1克；石英2.2克；氧化铝3.3克；锆英砂3.5克；氟化钡 3.5克；镍钾合金3.2克；硼粉2.1克。将前述各种组分混合均匀后加入U形不锈钢带槽中， 填充率为20％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后经拉拔、减径后得到最终的药芯焊丝， 标号为P-2。
(实施例3)
选取10*0.4mm的不锈钢钢带，先将其轧成U形，取金红石金红石35克；铁粉23.7克； 硅锰合金15.5克；低碳锰铁1.5克；石英4.0克；氧化铝3.5克；锆英砂3.8克；氟化钙 3.5克；镍钾合金4.5克；硼粉2.5克，铌粉2.5克。将前述各种组分混合均匀后加入U形 不锈钢带槽中，填充率为20％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后经拉拔、减径后得到 最终的药芯焊丝，标号为P-3。
(实施例4)
选取10*0.4mm的不锈钢钢带，先将其轧成U形，取金红石金红石34克；铁粉25.5克； 硅锰合金17克；低碳锰铁1.5克；石英3.3克；氧化铝2.8克；锆英砂4.8克；氟化钙2.6 克；镍钾合金5.5克；钼粉1.5克，铌粉1.5克。将前述各种组分混合均匀后加入U形不锈 钢带槽中，填充率为20％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后经拉拔、减径后得到最终 的药芯焊丝，标号为P-4。
(实施例5)
选取10*0.4mm的不锈钢钢带，先将其轧成U形，取金红石金红石42克；铁粉23克；硅 锰合金14.5克；低碳锰铁1.2克；石英3.3克；氧化铝3.0克；锆英砂2.8克；氟化钙2.5 克；镍钾合金4.5克；钼粉1.6克，铌粉1.6克。将前述各种组分混合均匀后加入U形不锈 钢带槽中，填充率为20％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后经拉拔、减径后得到最终 的药芯焊丝，标号为P-5。
(实施例6)
选取10*0.4mm的不锈钢钢带，先将其轧成U形，取金红石金红石38克；铁粉24克；硅 锰合金15克；低碳锰铁1.3克；石英2.5克；氧化铝2.9克；锆英砂4克；氟化钙2.8克； 镍钾合金5克；钼粉4.5克。将前述各种组分混合均匀后加入U形不锈钢带槽中，填充率为 20％，将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后经拉拔、减径后得到最终的药芯焊丝，标号为 P-6。
各实施例焊丝熔敷金属力学性能：

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明， 所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之 内。