CN1013085B

CN1013085B - 焊丝成分

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Publication number: CN1013085B
Application number: CN 87103887
Authority: CN
Inventors: 雅科夫·阿罗诺维奇·什涅罗夫; 瓦勒里·安托诺维奇·维克莱夫斯舒克; 安尔卡迪·埃菲莫维奇·阿斯尼斯; 维他利·安德莱维奇·康德拉什金; 奥莱格·瓦西里维奇·弗罗诺夫; 瓦迪姆·尼古拉维奇·古罗夫; 利亚·米罗诺夫那·古特曼; 瓦迪姆·罗斯蒂斯拉沃维奇·波克拉迪; 瓦西里·瓦西里维奇·支林斯基; 瓦勒里·阿历山德罗维奇·波尔雅科夫; 瓦勒里·伊万诺维奇·尼基腾科; 朱莉·瓦西里维奇·巴什马科夫; 夫拉迪斯拉夫·本尼亚米诺维奇·布尔什特因; 埃曼努伊尔·菲利波维奇·安娜斯塔西亚迪; 亚罗斯拉夫·伊万诺维奇·克莱尼克; 康斯坦丁·帕夫罗维奇·德莫尔利; 帕维尔·瓦西里维奇·伊格娜特琴科; 德米特里·埃梅尔亚诺维奇·科匝琴科; 维他利·彼得罗维奇·皮普特朱克
Original assignee: EO Barton Welding Institute Academy Of Sciences Soviet Socialist Republic Of Ukraine; FERROUS METALLURGY INST
Current assignee: EO Barton Welding Institute Academy Of Sciences Soviet Socialist Republic Of Ukraine; FERROUS METALLURGY INST
Priority date: 1987-05-29
Filing date: 1987-05-29
Publication date: 1991-07-10
Also published as: CN87103887A

Abstract

本发明涉及焊丝成分。

按照本发明，焊丝成分中有碳、锰、硅、铝、铬、铜、镍、钙、稀土金属、铁，其组分比例(质量%)如下：

碳 0.03-0.25

锰 0.8-2.2

硅 0.7-2.2

铝 0.005-0.2

铬 0.01-0.25

铜 0.01-0.25

镍 0.01-0.25

钙 0.001-0.02

稀土金属 0.01-0.1

铁余量

Description

本发明涉及黑色冶金领域，特别是焊丝成分。

所述焊丝广泛应用于制造多种用途的碳钢和低合金钢的重要焊接金属结构和零件。

众所周知，焊丝的主要应用形式是实芯截面的活性丝条或者是粉状丝条，其芯部由合金成分和其它成分的混合物组成。

对用这些焊丝完成的焊缝有一系列的要求。这些焊缝应该具有密实的宏观结构，无裂纹、气孔、咬边、堆积和其它缺陷。还要求焊缝的机械性能，如极限强度、屈服极限、冲击韧性等，不低于焊接结构主要金属的基本指标。

在用焊条焊接碳钢和低合金钢的金属结构和零件时，发生较严重的融熔金属的飞溅。飞溅的程度和焊缝的机械性能在很大程度上取决于焊丝的成分。

已知实芯截面焊丝的成分（苏联发明证书664797）由以下组分组成（质量%）：

碳 0.03～0.25

锰 0.8～2.2

硅 0.7～2.2

铬 0.03～1.0

镍 0.03～0.45

锆 0.05～0.3

钙 0.001～0.02

铜 0.05～0.6

铝 0.01～0.5

铁余量

焊丝的这种成分可以实现碳钢和低合金钢的焊接并保证提高焊缝的防锈稳定性和冷态稳定性。

但是在利用上述焊丝时产生融熔金属的较严重的飞溅。飞溅掉在制品上并弄脏焊枪的喷嘴。它导致繁重的从金属结构上清除飞溅物的作业并缩小喷气嘴的通过截面从而破坏电弧的保护。

还已知另一种焊丝成分，它由以下组分组成（质量%）：（SU-988502）

碳 0.05～0.09

硅 0.6～1.0

铬 3.2～3.6

锰 0.6～2.4

镍 1.0～4.0

钼 0.2～0.4

铝 0.03～0.08

钙 0.01～0.03

稀土金属 0.01～0.03

钛 0.02～0.04

铜 0.02～0.5

铁其余

但这种焊丝主要用于大厚度马氏体低合金钢焊接接头，旨在提高其强度和塑性，同时也为了抗冷裂稳定性和抗腐蚀稳定性，其中没有考虑到其它因素，如机械指标或飞溅等。

此外，由于在焊接过程中析出多于0.6%（质量）的ε-相的铜使焊缝质量恶化，导致产生裂纹。采用这种焊丝还伴随着金属飞溅的大量损失。上述焊丝成分具有窄小的应用范围。它只能焊接由不锈钢和合金钢制成的金属结构。

采用已知成分的焊丝时必须把金属结构上粘焊上的飞溅物清除掉。此时焊丝金属的飞溅损失达12%，而清除制品上的飞溅物的劳动量为焊接工作劳动量的30～35%。

使用已知成分焊丝所得到的焊缝的机械性能不能满足所所提出的要求，特别是零下温度下的冲击韧性。所得焊缝的宏观结构不排除结晶裂纹和其它缺陷的存在。

本发明的根本任务是建立一种焊丝成分，它能保证所得焊缝具有足够高的机械指标，同时在焊接过程中金属的飞溅最少。

本任务的解决在于提出了这样的焊丝成分，它含有碳，锰，硅，铝，铬，铜，镍，钙，稀土金属和铁，按照本发明，它有以下的组分（质量%）：

碳 0.03～0.25

锰 0.8～2.2

硅 0.7～2.2

铝 0.005～0.2

铬 0.01～0.25

铜 0.01～0.25

镍 0.01～0.25

钙 0.001～0.02

稀土金属 0.01～0.1

铁余量

在焊丝成分中含有0.03～0.25%（质量）的碳并配之以所选的锰、硅和铬的量保证了焊缝金属所必需的强度。在焊丝成分中加入于0.03%（质量）的碳不能得到具有所要求的强度性能的焊缝，因为不能保证在焊缝金属中有所必需的碳含量。碳含量超过0.25%（质量）也是不合适的，因为会在焊缝中形成热裂缝。

在焊丝成分中存在上述数量的锰、硅和铬，即相应为0.8～2.2;0.7～2.2和0.01～0.25%（质量），能保证焊缝有密实的宏观结构而没有裂纹、气孔、咬边、堆积和其它缺陷。这些元素在焊丝成分中的含量低于下限时不能保证焊缝有密实的宏观结构。上述元素的含量增加到超过上限时引起焊缝金属的脆化并出现其化学不均匀性。

在焊丝成分中所选的铜量（0.01～0.25%（质量））有利地影响焊缝金属的防锈稳定性。铜含量增加到超过上限时对焊条和焊缝的质量有不利影响。在焊丝成分中铜含量低于下限时不能对焊缝的防锈稳定性施加影响。

在所提的成分中铝的含量0.005～0.2%（质量）能保证焊缝金属按要求脱氧并得到其微粒结构。铝含量超过0.2%（质量）时，其压延塑性降低。铝含量低于上述下限时不足以使焊缝金属去氧和结构的微粒化。

在焊丝成分中具有上述范围内的镍有利地影响焊缝金属的冲击韧性。当镍的含量低于0.01%（质量）时，它对冲击韧性的影响就显示不出来了。在焊丝成分中加入多于0.25%（质量）的镍导致在焊缝金属中形成其易熔硫化物，它沿焊缝线和颗粒边界分布。在焊缝凝固时，硫化镍易熔物的液体层在存在张紧的焊接应力的条件下导致产生晶体裂纹。

在焊丝成分中加入下述范围，即0.001～0.02%（质量）的钙对改变非金属杂物的形状和性质施加有利的影响。钙的含量低于0.001%（质量）时不能对改变非金属杂物态施加影响。把钙的浓度提高到超出上述上限在经济上是不合理的，在实际上也难以实现。

在焊丝成分中同时加入铝和钙能够得到非金属的杂物的最有利形式一球粒状。此外，在焊丝成分中存在镍和也促使得到高的冲击韧性指标。这是因为焊缝微观结构的微粒化和非金属杂物形态的改变。

含有0.01～0.1%（质量）的稀土金属可减少焊接过程中金属的飞溅，并提高零下温度下焊接金属的冲击韧性。在焊丝成分中稀土金属低于下限时不能对金属的飞溅施加影响。在上述成分中加入超过上限的稀土金属是不合适的，因为金属飞溅的水平不会降低，而焊缝的外观恶化了。

加入上述限额的稀土金属，结合所提焊丝成分中给定数量的其它组分，导致意外的效果，即在焊接过程中焊丝金属细滴（射流）过渡并提高了电弧燃烧的稳定性。

推荐在焊丝成分中附加投入钛，其数量为总组成重量的0.002～0.2%（质量）百分比。

在焊丝成分中附加加入上述数量的钛可保证焊接熔池的进一步脱氧，改变金属焊缝的微观组织以及焊接时电极金属飞溅的减少。在焊丝成分中钛的含量超过0.2%（质量）是不合适的，因为它恶化了压延塑性。当钛的含量少于0.002%（质量）时，看不到焊缝金属微观结构的细化。

在焊丝成分中稀土金属的含量在0.01%（质量）以上，钛不少于0.02%（质量），铝在0.005%（质量）以上，这几项结合在一起可得到焊缝冲击韧性的高指标。

所提议的焊丝成分保证稳定的气电焊过程，并且焊丝金属的飞溅程度最小。

例如，使用所提议的焊丝成分时的飞溅系数ψ比已知成分的飞溅系数低4～10倍。焊接过程的特征在于焊丝金属的细滴（射流）过渡。决定焊接过程中电弧燃烧稳定性的电弧断开长度，比已知成分的电弧断开长度高1.5～2倍。

此外，用所提议的焊丝成分所得到的焊缝以密实的宏观结构为特点，没有裂纹、气孔、咬边、堆积和其它缺陷。带V型切口的沙尔比（Wapnu）焊接试样的冲击功（KV）在253°K温度下高出10～30焦耳（J）。使用所提议的焊丝成分还提高焊缝的强度特性指数（Rm，Re）。

所提议的焊丝成分可以用于在船舶制造、机车和车厢制造、汽车制造、起重机制造，化工机械、石油机械、农业机械制造、建筑工业和其它需要金属的部门制造重要的焊接金属结构。所建议成分的焊丝可以用来代替已知的标准实芯截面的焊丝在保护气体介质中焊接（二氧化碳气体，活性气体的混合物，以氩为基的气体的混合物）。

所提议的成分的焊丝还可以在二氧化碳气体中焊接时用来取代粉状焊条。

所提议的焊丝成分最好用于自动和机械化的焊接。用机器人焊接时它们的使用效果最好。

焊丝成分的生产方法不要求复杂的、昂贵的设备和使用稀有而昂贵的材料。

得到焊丝成分的方法在工艺方面是简单的，并以下列方式实现。

成分可以在转炉，电炉和平炉中得到。为此要把原始的组分按要求的数量装入炼钢设备，熔化，维持所要求的时间、然后注入钢水包和铸模。金属铸成钢锭，并轧成线材。

从得到的成分中生产直径5.5～6.5mm的线材是没有工艺上的困难的。线材的机械性能如下：极限强度不大于740MPa，相对收缩量不小于48%。

从线材中制造焊丝可以先把线材冷拔到直径0.8mm以上，随后镀铜或不镀铜。所得焊丝的极限强度达830～1320MPa。

为了进一步理解本发明，下面举一些具体的实施例子。

〔实施例1〕

熔炼以下焊丝成分（质量%）

碳 0.13

锰 2.0

硅 1.5

铬 0.20

铜 0.15

铝 0.12

镍 0.20

钙 0.007

稀土金属 0.08

铁余量

上述成分是在炼钢设备中得到的。熔化必需量的原始组分，液体的熔化物维持一段时间然后注入钢水包。金属铸成钢锭，后者轧成线条，然后轧成直径1.6mm的焊丝。

用上述成分的焊丝在二氧化碳气体介质中进行焊接，钢试样的厚度为20mm，含0.14～0.21%（质量）的碳。焊接在低位进行。直流电流值为380～400A，电弧电压为32～34V，这是重型起重机制造厂的条件。在用上述成分的焊丝进行焊接的过程中，焊丝金属是细滴（射流）过渡的。电弧断开长度在18～20mm范围内。所得焊缝没有气孔、裂纹和其它宏观缺陷。

为了进行比较，在同等条件下用已知成分的焊丝对类似大小的试样进行了焊接，已知成分如下（质量%）：

碳 0.12

锰 1

硅 1

铝 0.15

铬 12

铜 0.5

钛 0.15

稀土金属 0.05

镍 5

钙 0.007

钒 0.2

锆 0.15

钼 3.1

铁余量

在用已知成分的焊丝进行焊接的过程中，观察到焊丝金属的粗滴过渡，并有飞溅。电弧断开长度为9～12mm。此时得到的焊缝没有气孔。但是由于在上述成分中有较多量的铜，它以微粒相的形式析出，因此在焊缝金属中可见结晶状裂纹。

表1 列出了用已知成分和所提议成分的焊丝时焊接过程的特征和所得焊缝的机械性能指标。

表1

焊焊接时金属焊缝的机械特性

丝飞溅系数极限强度屈服极限带V形切口的试样在

成 ψ，% Rm， Re， 253°K温度下试验

分 MPa MPa 时的冲击功KV，J

已知的 14～15 480～520 340～360 21～30

提议的 1.9～2.2 540～550 390～430 48～52

从表1所列数据可见，使用提议成分的焊丝大大降低焊丝金属的飞溅并提高焊缝的机械特性，特别是在零下温度下焊缝的冲击韧性。

〔实施例2〕

炼得以下成分（质量%）的焊丝：

碳 0.03

锰 0.8

硅 0.7

铬 0.01

铜 0.01

铝 0.006

镍 0.01

钙 0.001

稀土金属 0.01

铁余量

用上述成分的焊丝在二氧化碳气体介质中焊接厚20mm的含碳0.07～0.12%质量的钢试样。焊接状态和空间位置与实施例1相似。焊接在农业机械制造企业条件下进行。

用上述成分的焊丝焊接试样的结果，可观擦到焊丝金属的细滴（射流）过渡。焊缝金属的宏观结构没有缺陷。焊接过程的特性和焊缝金属的性质列于表2。

表2

焊接时金属焊缝的机械特性

飞溅系数极限强度屈服极限带V形切口的试样在

ψ，% Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验

时的冲击功KV，J

1.9～2.3 540～580 410～430 50～60

〔实施例3〕

炼得下列成分（质量%）的焊丝：

碳 0.25

锰 2.18

硅 2.19

铬 0.25

铜 0.20

铝 0.20

镍 0.23

钙 0.017

稀土金属 0.09

铁余量

在二氧化碳气体介质中用直径1.2mm的焊丝在垂直位置进行焊接。对厚20mm的含碳0.07～0.12%质量的钢试样进行焊接。直流电流值140～160A，电弧电压19～21V。

在用上述成分的焊丝焊接试样时发生焊丝金属的细滴（射流）过渡。焊缝没有缺陷。焊接过程的特性和焊缝金属性质列于表3。

表3

焊接时金属焊缝的机械特性

飞溅系数极限强度屈服极限带V形切口的试样在

ψ，% Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验

时的冲击功KV，J

2.1～2.8 580～600 420～460 47～51

〔实施例4〕

炼得下列成分（质量%）的焊丝：

碳 0.17

锰 1.2

硅 1.5

铬 0.15

铜 0.15

铝 0.017

镍 0.16

钙 0.009

稀土金属 0.06

铁余量

用上述成分的焊丝在二氧化碳气体介质中对20mm厚的含0.08～ 0.13%（质量）的碳的钢试样进行焊接。焊接状态和空间位置与实施例1相似。焊接是在车厢制造企业的条件下进行的。

用上述成分的焊丝焊接试样的结果，观察到焊丝金属细滴（射流）过渡。焊接没有缺陷。焊接过程的特性和焊缝性质列于表4。

表4

焊接时金属焊缝的机械特性

飞溅系数极限强度屈服极限带V形切口的试样在

ψ，% Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验

时的冲击功KV，J

2.3～2.9 570～600 400～450 52～58

〔实施例5〕

炼得下列成分（质量%）的焊丝：

碳 0.09

锰 1.0

硅 2.0

铬 0.11

铜 0.25

铝 0.17

镍 0.10

钙 0.02

稀土金属 0.02

铁余量

用上述成分的焊丝对类似于实施例4中的试样进行焊接。焊接状态和空间位置与实施例1中等同。焊接是在造船企业的条件下进行的。

用上述成分的焊丝焊接试样的结果，观察到焊丝金属细滴（射流）过渡。焊缝没有缺陷。焊接过程的焊缝性质列于表5。

表5

焊接时金属焊缝的机械特性

飞溅系数极限强度屈服极限带V形切口的试样在

ψ，% Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验

时的冲击功KV，J

2.4～30 570～590 400～440 48～53

〔实施例6〕

炼得下列成分（质量%）的焊丝：

碳 0.05

锰 0.8

硅 2.0

铬 0.03

铜 0.10

铝 0.10

镍 0.03

钙 0.018

稀土金属 0.04

铁余量

用上述成分的焊丝对类似于实施例4中的试样进行焊接。焊接状态的空间位置与实施例1中等同。焊接条件同实施例1。

用上述成分的焊丝焊接试样的结果，观察到焊丝金属细滴（射流）过渡。焊缝没有缺陷。焊接过程的特性和焊缝性质列于表6。

表6

焊接时金属焊缝的机械特性

飞溅系数极限强度屈服极限带V形切口的试样在

ψ，% Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验

时的冲击功KV，J

2.1～2.7 520～560 390～440 49～55

〔实施例7〕

炼得下列成分（质量%）的焊丝：

碳 0.03

锰 0.87

硅 0.79

铬 0.01

铜 0.02

铝 0.009

镍 0.02

钙 0.017

稀土金属 0.01

钛 0.002

铁余量

用上述成分的焊丝对类似于实施例2中的试样进行焊接。焊接状态和空间位置与实施例1中等同。焊接是在船舶制造企业的条件下进行的。

用上述焊丝焊接试样的结果，观察到焊丝金属的细滴（射流）过渡。焊缝没有缺陷。焊接过程的特性和焊缝性质列于表7。

表7

焊接时金属焊缝的机械特性

飞溅系数极限强度屈服极限带V形切口的试样在

ψ，% Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验

时的冲击功KV，J

1.6～2.0 520～560 380～410 55～65

〔实施例8〕

炼得下列成分（质量%）的焊丝：

碳 0.25

锰 2.2

硅 2.17

铬 0.25

铜 0.25

铝 0.18

镍 0.25

钙 0.02

稀土金属 0.10

钛 0.20

铁余量

用上述成分的焊丝对类似于实施例2中的试样进行焊接。

焊接状态和空间位置与实施例3等同。焊接条件同实施例3。

用上述成分的焊丝焊接试样的结果，观察到焊丝金属的细滴（射流）过渡。焊缝没有缺陷。焊接过程的特性和焊缝性质列于表8。

表8

焊接时金属焊缝的机械特性

飞溅系数极限强度屈服极限带V形切口的试样在

ψ，% Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验

时的冲击功KV，J

1.8～2.1 560～580 480～500 52～58

〔实施例9〕

炼得下列成分（质量%）的焊丝：

碳 0.16

锰 1.10

硅 1.80

铬 0.17

铜 0.14

铝 0.015

镍 0.10

钙 0.008

稀土金属 0.05

钛 0.11

铁余量

用上述成分的焊丝对类似于实施例2中的试样进行焊接。焊接状态和空间位置与实施例1等同。焊接是在机车制造企业的条件下进行的。

用上述成分的焊丝焊接试样的结果，观察到焊丝金属的细滴（射流）过渡。焊缝没有缺陷。焊接过程的特性和焊缝性质列于表9。

表9

焊接时金属焊缝的机械特性

飞溅系数极限强度屈服极限带V形切口的试样在

ψ，% Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验

时的冲击功KV，J

1.5～2.0 570～590 470～510 57～61

〔实施例10〕

炼得下列成分（质量%）的焊丝：

碳 0.08

锰 1.43

硅 1.56

铬 0.034

铜 0.06

铝 0.05

镍 0.05

钙 0.01

稀土金属 0.02

钛 0.03

铁余量

用上述成分的焊丝对类似于实施例4中的试样进行焊接。焊接状态和空间位置与实施例1等同。焊接是在建筑工业的企业条件下进行的。

用上述成分的焊丝进行焊接试样的结果，观察到焊丝金属的细细（射流）过渡。焊缝没有缺陷。焊接过程的特性和焊缝性质列于表10。

表10

焊接时金属焊缝的机械特性

飞溅系数极限强度屈服极限带V形切口的试样在

ψ，% Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验

时的冲击功KV，J

1.6～2.2 580～570 400～470 50～57

〔实施例11〕

炼得下列成分（质量%）的焊丝：

碳 2.2

锰 1.70

硅 0.71

铬 0.06

铜 0.13

铝 0.12

镍 0.17

钙 0.05

稀土金属 0.015

钛 0.07

铁余量

用上述成分的焊丝对类似于实施例4中的试样进行焊接。焊接状态和空间位置与实施例1等同。

用上述成分的焊丝焊接试样的结果，观察到焊丝金属的细滴（射流）过渡。焊缝没有缺陷。焊接过程的特性和焊缝性质列于表11。

表11

焊接时金属焊缝的机械特性

飞溅系数极限强度屈服极限带V形切口的试样在

ψ，% Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验

时的冲击功KV，J

1.7～2.1 520～580 390～450 52～60

Claims

1、一种焊丝成分，它含有碳、锰、硅、铝、铬、铜、镍、钙、稀土金属和铁，其特征在于上述组分的含量按下列比例(质量%)：

碳 0.03～0.25

锰 0.8～2.2

硅 0.7～2.2

铝 0.005～0.2

铬 0.01～0.25

铜 0.01～0.25

镍 0.01～0.25

钙 0.001～0.02

稀土金属 0.01～0.1

铁其余

2、根据权利要求1的成分，其特征在于它还额外含有钛，其数量为总混合物质量的0.002～0.2%。