一種超低氫高韌性的酸性CO₂藥芯焊絲及其制備的制作方法

專利名稱：一種超低氫高韌性的酸性CO₂藥芯焊絲及其制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種橋梁鋼用超低氫高韌性的酸性CO2藥芯焊絲及其制備。
背景技術(shù)：
隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，藥芯焊絲以其生產(chǎn)效率高、工藝性能好、焊接質(zhì)量優(yōu)、焊縫成型美觀、操作簡單、容易實現(xiàn)自動化和半自動化等優(yōu)點已經(jīng)在船舶制造行業(yè)得到了非常廣泛的應(yīng)用。藥芯焊絲按合縫形狀分為“無縫”和“有縫”兩種，無縫藥芯焊絲制造工藝較復(fù)雜，有縫藥芯焊絲制造工藝較簡單，在國內(nèi)外采用較普遍，但是由于普通有縫藥芯焊絲在生產(chǎn)過程中或放置一段時間后藥芯均容易通過對接合縫縫隙吸潮，導(dǎo)致焊接過程中熔敷金屬擴散氫含量較高，在高寒、高濕等惡劣環(huán)境下橋梁鋼焊接時容易出現(xiàn)大量致命的冷裂紋 缺陷。另外，普通酸性藥芯焊絲擴散氫含量也較高、抗裂性能和低溫沖擊韌性較差，而堿性藥芯焊絲雖然擴散氫含量較低，但焊接工藝性能較差、無法實現(xiàn)全位置焊接等這一系列的因素限制了藥芯焊絲在我國橋梁鋼焊接領(lǐng)域的廣泛使用?，F(xiàn)已公開的專利都是通過調(diào)整藥芯組分來降低藥芯焊絲熔敷金屬的擴散氫含量，雖然利用這些方法在一定的條件下對擴散氫含量有所降低，但對于有縫酸性CO2藥芯焊絲要實現(xiàn)超低氫含量與防止在生產(chǎn)過程中、使用過程中和放置一段時間后藥芯吸潮是非常困難的。

發(fā)明內(nèi)容
解決上述所存在的問題，提出了一種橋梁鋼用超低氫高韌性的有縫酸性C02藥芯焊絲及其制備方法。本發(fā)明主要通過調(diào)整藥芯的組分和在制備過程中對焊絲進行高頻加熱烘焙的方法，所采取的具體方案如下。所述的橋梁鋼用超低氫高韌性的酸性CO2藥芯焊絲，由鋼帶和藥芯組成，其特征在于，所述鋼帶采用低碳和低雜質(zhì)元素含量的鋼帶，由酸性渣系藥芯進行填充，所述藥芯的主要組分和重量百分比為Ti02 42% 45%，NaF 2. 5% 3%，SiO2 4% 6%，Si-Mn 16% 18%, Al-Mg 3% 5%，MgO 3% 4%，ReF O. 5% 1%，ZrO2 2% 3%，Ti-Fe 1% 3%，Al-FeI. 5% 3%，B-Fe 2% 3%，余量為金屬鐵粉。作為優(yōu)選，所述藥芯的組分和重量百分比為=TiO2 42%, NaF 2. 5%, SiO2 :4%，Si-Mn 18%, Al-Mg :3%，MgO :4%，ReF 0. 5%, ZrO2 :2%，Ti-Fe :3%，Al-Fe :3%，B-Fe :3%，金屬鐵粉15%。作為優(yōu)選，所述所述藥芯的組分和重量百分比為=TiO2 45%, NaF :3%，SiO2 :6%，Si-Mn 16%, Al-Mg :5%，MgO :3%，ReF 1%, ZrO2 :3%，Ti-Fe 1%, Al-Fe 1. 5%, B-Fe :2%，金屬鐵粉13. 5%ο進一步地，所述藥芯的填充率為14% 15%。進一步地，所述藥芯焊絲為有縫藥芯焊絲。所述的橋梁鋼用超低氫高韌性的酸性CO2藥芯焊絲的制備方法，包含藥芯焊絲生產(chǎn)行業(yè)內(nèi)通用的制造工藝，如成型、軋制減徑的步驟，拉拔、聚晶模減徑的步驟，其特征在于還包括在線高頻加熱烘焙處理的步驟。進一步地，所述高頻加熱烘焙處理的步驟為，在藥芯焊絲拉拔至直徑為φ I. 2mm時，通過在線高頻加熱裝置對焊絲進行烘焙，藥芯焊絲的拉拔速度為6m/s，高頻電源的頻率為4 6KHz，瞬時烘焙溫度為350°C 500°C。進一步地，所述在線高頻加熱烘焙裝置，包含空心陶瓷管，以及纏繞于陶瓷管上的螺旋形狀的電感線圈。進一步地，所述纏繞于陶瓷管上的螺旋形狀的電感線圈由紫銅制成。進一步地，所述在線高頻加熱烘焙裝置，其陶瓷管的外徑尺寸為Φ100±6_，內(nèi)徑尺寸為Φ 80 ± 5mm,長度尺寸為1000 ± 30mm,其電感線圈的外徑尺寸為Φ30±5ι πι。
本發(fā)明所述藥芯各組分的工作原理
TiO2是藥芯的一種主要成分，有助于改善藥芯焊絲的電弧穩(wěn)定性，可調(diào)整渣的熔點和粘度。本發(fā)明中以金紅石的形式加入，當(dāng)加入量低于42%時，藥芯焊絲立向下焊焊接工藝性能變差，當(dāng)加入量超過45%時，熔敷金屬含氧量增加，降低焊縫低溫沖擊韌性。NaF是藥芯中脫氫物質(zhì)之一，在焊接過程中起了造氣劑作用，有利于降低電弧氣氛中氫的分壓，從而起到去氫的作用，也有利于改善熔渣的覆蓋性。ReF也是藥芯中主要脫氫物質(zhì)之一，也具有改善低溫沖擊韌性的作用，本發(fā)明中以氟化稀土的形式加入，其加入量為
O.5% 1%。SiO2是藥芯中主要的酸性氧化物，有助于減小熔渣堿度、細化熔滴、減少飛濺、改善工藝性能。本發(fā)明中以石英的形式加入，當(dāng)加入量低于4%時，不利于脫渣，對工藝性能的改善作用不明顯，當(dāng)加入量超過6%時，容易使焊縫出現(xiàn)壓痕缺陷，飛濺增大爆炸聲顯著，同時降低焊縫低溫沖擊韌性。MgO是為了調(diào)整熔渣的堿度而加入放的一種堿性氧化物，有助于造渣和改善熔渣的透氣性，并可調(diào)整熔渣熔點、粘度等，可改善渣覆蓋及焊縫成形。本發(fā)明中以鎂砂的形式加入，當(dāng)加入量低于3%時，電弧的穩(wěn)定性較差，飛濺增加，當(dāng)加入量超過4%時，焊接熔渣覆蓋較差，嚴重影響焊縫的成形。Al-Mg合金是一種活潑金屬，Al，Mg屬于強脫氧劑，對于降低焊縫的氧含量起重要作用，同時也有利于穩(wěn)定電弧和減少飛濺。當(dāng)含量增加時，會增加電弧的挺度，但不利于焊縫成形。若焊縫中Al，Mg的殘存含量過高，會使焊縫強度過高，也不利于焊縫的低溫沖擊韌性。ZrO2的加入有助于改善藥芯焊絲的脫渣性能，本發(fā)明中以鋯英砂的形式加入，其加入量為2% 3%。金屬鐵粉的加入有助于改善藥芯熔化狀況，有利于改善焊絲的工藝性能，如提高電弧穩(wěn)定性，降低飛濺等。加入鐵粉還可以增加焊絲熔敷速度，提高焊絲熔敷效率。為了保證藥芯焊絲熔敷金屬的力學(xué)性能，特別是強度和低溫沖擊韌性，本發(fā)明還在藥芯中加入多種鐵合金，如鈦鐵、硼鐵、鋁鐵、硅錳合金等，主要作為脫氧劑和合金劑使用。同時加入的純金屬粉末除金屬鐵粉以外還有金屬錳，主要作為合金劑使用。本發(fā)明的特點及優(yōu)點
本發(fā)明超低氫高韌性的酸性有縫CO2藥芯焊絲，通過在線高頻加熱烘焙處理，此處理方法具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保、安全可靠、操作簡單等優(yōu)點。批量生產(chǎn)時簡單、高效、可控，可有效防止在生產(chǎn)過程中和放置一段時間后藥芯的吸潮，具有良好的抗吸潮性能。采用CO2作為保護氣體，在高濕度環(huán)境下焊接時具有優(yōu)良的抗冷裂紋性能，熔敷金屬具有高韌性(在-20°c下低溫沖擊韌性在140J以上)、超低氫(水銀法測試擴散氫[H]〈4mL/100g)，可進行平、立、橫、仰等全位置全位置焊接、焊縫熔渣覆蓋性好、脫渣容易、焊接飛濺小、焊縫成形美觀。非常適合于高寒、高濕等惡劣環(huán)境下50kg級橋梁鋼的焊接。


圖I為藥芯焊絲軋制過程示意圖。圖2為藥芯焊絲拉拔過程示意圖。圖3為藥芯焊絲在線高頻加熱烘焙過程原理圖。圖4為藥芯焊絲在線高頻加熱烘焙裝置剖面示意圖。 其中1、放線機；2、中間張力機；3、下藥粉裝置；4、藥粉保溫裝置；5、焊絲成型機；
6、輥模；7、焊絲軋制機；8、收線機；9、聚晶模；10、焊絲拉拔機；11、高頻加熱烘焙裝置；12、Φ1. 2mm藥芯焊絲；13、陶瓷管；14、感應(yīng)銅線圈。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。如圖I和圖2所示，本發(fā)明中藥芯焊絲的制備工藝路線鋼帶一重卷一超聲波清洗—烘干一收線；放線機放帶一軋U形槽一下粉裝置加粉一成型一軋制減徑(粗拉)一收線；放線一拉拔(精拉)一聚晶模減徑一高頻加熱烘焙一收線；放線一校直一層繞一包裝一入庫，獲得超低氫高韌性的酸性CO2藥芯焊絲。如圖2所示，本發(fā)明中藥芯焊絲的制備，除采用藥芯焊絲生產(chǎn)行業(yè)內(nèi)通用的制造工藝以外，還發(fā)明了一種對藥芯焊絲在線高頻加熱烘焙的方法來防止藥芯吸潮。藥芯焊絲批量生產(chǎn)過程中，在藥芯焊絲拉拔至直徑為Φ I. 2mm時，通過在線高頻加熱裝置對焊絲進行烘焙，藥芯焊絲的拉拔速度為6m/s，高頻電源的頻率為4 6KHz，瞬時烘焙溫度為350°C 500°C，可以有效去除藥芯焊絲在拉拔過程中表面所帶潤滑劑，烘焙藥芯焊絲內(nèi)藥芯所吸收的水分，解決了有縫藥芯焊絲在生產(chǎn)過程中容易吸潮的難題，有效降低擴散氫含量。藥芯焊絲高頻加熱烘焙的原理當(dāng)藥芯焊絲處在一個高頻交變電場中時，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和焦耳一楞次定律可知，有電流通過藥芯焊絲時，在其周圍就同時產(chǎn)生磁場，高頻電流流向由紫銅制成的螺旋形狀的電感線圈中，由此在線圈內(nèi)產(chǎn)生極性瞬間變化的強磁束，磁束就會貫通整個藥芯焊絲，在藥芯焊絲內(nèi)部與加熱電流相反的方向產(chǎn)生很大的渦流，交變磁場將使藥芯焊絲中的電流趨向表面流通，引起集膚效應(yīng)，瞬間電流的密度與頻率成正比，頻率越高，感應(yīng)電流密度集中于藥芯焊絲的表面，即集膚效應(yīng)就越嚴重，有效的導(dǎo)電面積減少，電阻增大，使藥芯焊絲整體的溫度迅速上升，從而完成對藥芯焊絲的加熱烘焙處理。通過具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明
表I藥芯組分及其重量百分比(％)
權(quán)利要求
1.一種橋梁鋼用超低氫高韌性的酸性CO2藥芯焊絲，由鋼帶和藥芯組成，其特征在于，所述鋼帶采用低碳和低雜質(zhì)元素含量的鋼帶，所述藥芯的主要組分和重量百分比為=TiO242% 45%，NaF 2. 5% 3%，SiO2 4% 6%，Si-Mn 16% 18%，Al-Mg 3% 5%，MgO 3% 4%, ReF O. 5% 1%，ZrO2 2% 3%，Ti-Fe 1% 3%，Al-Fe I. 5% 3%，B-Fe 2% 3%，余量為金屬鐵粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橋梁鋼用超低氫高韌性的酸性CO2藥芯焊絲，其特征在于，所述藥芯的組分和重量百分比為Ti02 42%, NaF :2. 5%, SiO2 4%, Si-Mn 18%, Al-Mg 3%, MgO 4%, ReF 0. 5%, ZrO2 2%, Ti-Fe 3%, Al-Fe 3%, B-Fe :3%，金屬鐵粉15%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橋梁鋼用超低氫高韌性的酸性CO2藥芯焊絲，其特征在于，所述藥芯的組分和重量百分比為:Ti02 45%, NaF :3%，SiO2 :6%, Si-Mn :16%，Al-Mg :5%，MgO 3%, ReF 1%, ZrO2 :3%，Ti-Fe 1%, Al-Fe 1. 5%, B-Fe :2%，金屬鐵粉13. 5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3任一項所述的橋梁鋼用超低氫高韌性的酸性CO2藥芯焊絲，其特征在于，所述藥芯的填充率為14% 15%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 3任一項所述的橋梁鋼用超低氫高韌性的酸性CO2藥芯焊絲，其特征在于，所述藥芯焊絲為有縫藥芯焊絲。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 3任一項所述的橋梁鋼用超低氫高韌性的酸性CO2藥芯焊絲的制備方法，包含成型、軋制減徑的步驟，拉拔、聚晶模減徑的步驟，其特征在于還包括在線高頻加熱烘焙處理的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的橋梁鋼用超低氫高韌性的酸性CO2藥芯焊絲的制備方法，其特征在于所述在線高頻加熱烘焙處理的步驟為，在藥芯焊絲拉拔至直徑為Φ I. 2mm時，通過在線高頻加熱裝置對焊絲進行烘焙，藥芯焊絲的拉拔速度為6m/s，高頻電源的頻率為4 6KHz，瞬時烘焙溫度為350°C 500°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的橋梁鋼用超低氫高韌性的酸性CO2藥芯焊絲的制備方法，其特征在于所述在線高頻加熱烘焙裝置，包含空心陶瓷管，以及纏繞于陶瓷管上的螺旋形狀的電感線圈。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的橋梁鋼用超低氫高韌性的酸性CO2藥芯焊絲的制備方法，其特征在于所述纏繞于陶瓷管上的螺旋形狀的電感線圈由紫銅制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的橋梁鋼用超低氫高韌性的酸性CO2藥芯焊絲的制備方法，其特征在于所述在線高頻加熱烘焙裝置，其陶瓷管的外徑尺寸為Φ 100±6mm，內(nèi)徑尺寸為Φ80±5πιπι，長度尺寸為1000±30mm，其電感線圈的外徑尺寸為Φ30±5πιπι。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種橋梁鋼用超低氫高韌性的酸性CO2藥芯焊絲及其制備。焊絲由碳鋼鋼帶作為外皮和藥芯組成，其藥芯的主要組分和重量百分比為TiO2 42%～45%，NaF 2.5%～3%，SiO2 4%～6%，Si-Mn 16%～18%，Al-Mg 3%～5%，MgO 3%～4%，ReF 0.5%～1%，ZrO2 2%～3%，Ti-Fe 1%～3%，Al-Fe 1.5%～3%，B-Fe 2%～3%，余量為鐵粉。制備時要對焊絲進行在線高頻加熱烘焙處理。批量生產(chǎn)時簡單、高效、可控，藥芯焊絲具有良好的抗吸潮性能，焊接時具有優(yōu)良的抗冷裂紋性能，熔敷金屬具有高韌性、超低氫特點，可進行全位置焊接、焊縫熔渣覆蓋性好、脫渣容易、焊接飛濺小、焊縫成形美觀，適于高寒、高濕等惡劣環(huán)境下50kg級橋梁鋼的焊接。
文檔編號B23K35/368GK102873475SQ201210345850
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者徐文福, 呂奎清, 趙華中 申請人:武漢鐵錨焊接材料股份有限公司