CN102489901B - 耐热钢焊接用气体保护焊药芯焊丝 - Google Patents
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Abstract
该发明属于耐热钢焊接用气体保护焊药芯焊丝，包括含C 0.01-0.1wt％、Mn 0.1-0.4wt％、Si 0.01-0.03wt％、S 0.005-0.015wt％、P 0.005-0.015wt％、余量为铁的低碳钢金属外皮；占全部焊丝重14-25％的药芯、药芯各成分以焊丝总重百分比计分别为：中碳锰铁粉1.2-3.0％、硅铁粉0.20-2.0％、镁粉0.05-0.5％、金属铬粉1.5-2.0％、钼铁粉0.2-2.0％、电熔镁砂0.05-0.2％、氟化物0.01-0.3wt％、铁粉7-15wt％；各成分混合均匀后、置于低碳钢薄钢带上卷制成条、再拉至成丝。该发明具焊接后熔敷金属上几乎无熔渣存在，可进行不清渣连续多层焊接，焊接效率提高20-40％，焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观，通过短路过渡可实现立向下焊接等特点。
Description
技术领域
本发明属于金属材料焊接生产用焊丝，特别是一种耐热钢焊接用气体保护焊药芯焊丝；该药芯焊丝尤其适合用于工作温度低于520℃的15CrMoR类低合金容器用耐热钢的焊接及不清渣多层连续焊接。
背景技术
15CrMoR钢是世界各国广泛应用的珠光体耐热钢，其化学成分(重量百分比)为：C：0.12-0.18％、Cr：0.80-1.20％、Mo.0.45-0.60％、Mn：0.40-0.70％、Si：0.15-0.40％、S≤0.010％、P≤0.025％，余量为铁及不可避免的杂质；其力学性能为抗拉强度Rm：450-590MPa、屈服强度ReL≥275MPa、伸长率A≥19％、20℃kv≥31J，是用于制造高压、超高压、亚临界电站锅炉的过热器、集箱和主蒸汽管道的主要钢种，该钢种焊接性能良好。常用的焊接材料有焊条、实芯焊丝、普通药芯焊丝(酸性、碱性)。采用焊条焊接时，每根焊条都要丢掉20～30mm的焊条头，会造成材料的浪费；而普通药芯焊丝与实心焊丝相比，在同样的条件下，药芯焊丝的熔敷速度比实芯焊丝高20-30％；在专利号为200710185054.X、发明名称为《低合金耐热钢用气体保护弧焊用药芯焊丝》的专利文献公开了一种以TiO2为主的低合金耐热钢药芯焊丝，该焊丝虽然具有韧性较好的特点，但在焊接过程中会产生大量的熔渣，既降低了焊接效率、又增加了焊工的劳动强度。为了降低药芯焊丝焊接过程中熔渣量，到目前为止，提出过很多方案，如：在专利号为200680010604.8、发明名称为《金属系药芯焊丝、以及使用它的焊接方法与渣量少的高疲劳强度焊接接头的制作方法》的专利文献公开了一种在药芯中加入含石墨以及SiO2、Al2O3、Na2O和K2O的一种或两种以上氧化物的药芯焊丝；以及在专利号为200710166801.5、发明名称为《低合金耐热钢用气体保护弧焊用药芯焊丝》的专利文献公开了一种在金属芯加入了含0.5-2.5％的铁氧化物、锰氧化物等氧化物的药芯焊丝；上述氧化物的加入虽然可起到改善流动性和稳弧的作用、并能在一定程度上达到降低熔渣量的目的，但焊接后的熔渣量仍较多、需清渣后才能进行多层连续焊接。因而，此类专利技术仍存在不能实现连续多层焊接、焊接效率低、操作工人的劳动强度高等缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐热钢焊接用气体保护焊药芯焊丝，用于焊接工作温度低于520℃的15CrMoR类低合金容器用耐热钢的焊接及不清渣多层连续焊接，以达到有效降低焊接后熔渣、可进行不清渣连续多层焊接，有效提高焊缝整体性能及焊接效率；以及焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观，且通过短路过渡还可实现立向下焊接等目的。
本发明药芯焊丝的解决方案是焊丝的金属外皮采用含C0.01-0.1wt％、Mn0.1-0.4wt％、 Si0.01-0.03wt％、S0.005-0.015wt％、P0.005-0.015wt％、余量为铁的低碳钢(薄带钢)作为焊丝的金属外皮；其药芯中各成分以全部焊丝的重量百分比计、分别为：中碳锰铁粉1.2-3.0wt％、硅铁粉0.20-2.0wt％、镁(Mg)粉0.05-0.5wt％、金属铬(Cr)粉1.5-2.0wt％、钼铁粉0.2-2.0wt％、电熔镁砂0.05-0.2wt％、氟化物0.01-0.3wt％、铁粉7-15wt％；将药芯中各成分混合均匀后、置于作为焊丝外皮的低碳薄钢带上，卷制(包裹)成条、并拉至成要求直径的丝。
上述药芯焊丝中药芯的含量占全部焊丝重量的14-25wt％、药芯的直径为Φ1.0-3.0mm。所述药芯焊丝中Mn与Si的重量比为3-8。所述氟化物为氟化钙、氟化钠、氟钛酸钾及冰晶粉中的一种或几种。而本发明所述药芯焊丝焊接后的熔敷金属中扩散氢含量小于4mL／100g。
本发明药芯中各成分的主要作用如下：
中碳锰铁：锰是重要的脱氧剂，同时也是焊缝金属重要的合金剂。对焊缝金属的强度和韧性有重要影响。锰可以降低奥氏体向铁素体转变温度，促进AF(针状铁素体)形成；锰含量增加可以提高焊缝的低温冲击韧性，但太高时则相反，此外，锰还能与硫形成MnS，降低焊缝的杂质含量。
硅铁：硅是重要的脱氧剂同时也是焊缝金属重要的合金剂，硅可以降低焊缝金属的含氧量，提高焊缝金属的冲击韧性，但太高时则相反；采用硅锰联合脱氧其效果较好。
镁粉：镁是强脱氧剂，对控制焊缝金属的含氧量具有重要作用，同时还能起到稳弧的作用；但含量过高时会增加焊接烟尘、于焊工的不健康利。
金属铬：铬是耐热钢常用的合金成分，铬在合金中可起到细化晶粒的作用，在所有金属碳化物中、铬的碳化物是最细小的一种，并可均匀地分布在钢体内；在短时间的高热条件下有阻碍晶粒长大作用，因而可降低焊缝(熔敷金属)对过热的敏感效应(性)。
钼铁：钼能显著提高焊缝金属的强度，也有细化晶粒的作用，并可降低焊缝金属的过热倾向性及回火脆性，适当的钼铁加入量可提高焊缝的强度、硬度及热稳定性；但过高则会影响焊缝金属韧性。
电熔镁砂：用于改善焊缝成型，增加熔渣碱度，提高焊缝的低温韧性，对熔渣的透气性有一定帮助。
氟化物：本发明选用氟化钙、氟化钠、氟钛酸钾及冰晶粉中的一种或几种，用以降低熔敷金属中扩散氢的含量；但氟化物含量过高，焊接时电弧不稳、飞溅变大、电弧声音变差。
铁粉：药芯中加入药芯可提高焊接效率和提供少量的氧用于稳弧，为了保证高的熔敷效率。
本发明即通过上述药芯成分的有机组配并与低碳钢外皮配合从而实现其发明目的。
采用本发明焊丝对15CrMoR类低合金容器用耐热钢进行焊接后，其熔敷金属的抗拉强度≥550MPa、屈服强度≥470MPa、延伸率≥19％、常温冲击达到90J，熔敷金属扩散氢含量小于4mL／100g；有效地提高了焊缝整体性能，焊接效率提高20-40％，焊丝生产及使用的综合成本低。因而本发明具可大幅度降低(消除)焊接后的熔渣量、焊接后熔敷金属上几乎无熔渣存在，可进行不清渣连续多层焊接，有效提高了焊缝的整体性能及焊接效率；以及焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观，且通过短路过渡还可实现立向下焊接等特点。
具体实施方式
实施例1：采用(宽×厚)14×0.9mm的钢带作为焊丝的外皮，其化学成分为CO.04wt％、Mn0.25wt％、Si0.015wt％、S0.01wt％、P0.01wt％、余量为铁；以配制生产100Kg焊丝为例，本实施例药芯占整个焊丝重的15wt％，药芯中各成分为：中碳锰铁2.4Kg、硅铁粉1.0Kg、镁(Mg)粉0.2Kg、金属铬(Cr)粉1.5Kg、钼铁粉0.9Kg、电熔镁砂0.1Kg、氟化钙0.2Kg、加铁粉8.7Kg至药芯配料总重15Kg；然后将药芯中各成分混合均匀后待用；
将钢带置于焊丝成型机内、陆续将待用的药芯混合料注入横向弯制成“U”型的钢带凹槽内，进而卷制成条、再经拉至Φ1.2mm的丝即成。
本实施例在焊接参数：I=250-260A、U=28-30V、气体流量20L／min、80％Ar+余量CO2，对15CrMoR钢进行焊接，焊后热处理参为：620℃、恒(保)温1h；其：
熔敷金属化学成分 (wt％)
| C | Mn | Si | S | P | Cr | Mo |
| 0.07 | 0.9 | 0.4 | 0.007 | 0.010 | 1.15 | 0.45 |
熔敷金属机械性能(混合气体)：
扩散氢含量：3.2mL／100g。
实施例2：焊丝的外皮与实施例l相同，以配制生产100Kg焊丝为例，本实施例药芯占整个焊丝重的20wt％，药芯中各成分为：中碳锰铁2.4Kg、硅铁粉1.0Kg、镁(Mg)粉0.2Kg、金属铬(Cr)粉1.5Kg、钼铁粉0.9Kg、电熔镁砂0.1Kg、氟化钙和氟钛酸钾0.2Kg(各0.1Kg)、加铁粉13.7Kg至药芯配料总重20Kg；其余与实施例1相同，其：
熔敷金属化学成分 (wt％)
| C | Mn | Si | S | P | Cr | MO |
| 0.07 | 0.9 | 0.3 | 0.007 | 0.010 | 1.15 | 0.45 |
[0028] 熔敷金属机械性能(混合气体)：
扩散氢含量：3.6mL／100g。
实施方案3.焊丝的外皮与实施例1相同，以配制生产100Kg焊丝为例，本实施例药芯占整个焊丝重的20wt％，药芯中各成分为：中碳锰铁2.4Kg、硅铁粉1.0Kg、镁(Mg)粉0.2Kg、金属铬(Cr)粉1.5Kg、钼铁粉0.9Kg、电熔镁砂0.1Kg、氟化钠和氟钛酸钾0.24Kg(各0.12Kg)、加铁粉13.66Kg至药芯配料总重20Kg。然后将药芯中各成分混合均匀后待用；
将钢带置于焊丝成型机内、陆续将待用的药芯混合料注入横向弯制成“U”型的钢带凹槽内，进而卷制成条、经拉至Φ2.0mm的丝即成。
本实施例在焊接参数：I=350-360A、U=30-31V、气体流量25L／min、80％Ar+余量CO2，对15CrMoR钢进行焊接，焊后热处理参为：620℃、恒(保)温1h；其：
熔敷金属化学成分 (wt％)
| C | Mn | Si | S | P | Cr | MO |
| 0.04 | 0.9 | 0.4 | 0.007 | 0.010 | 1.15 | 0.45 |
熔敷金属机械性能(混合气体)：
扩散氢含量：3.5mL／100g。
Claims (5)
1.一种耐热钢焊接用气体保护焊药芯焊丝，包括金属外皮及设于外皮内的药芯，其特征在于金属外皮采用含C0.01-0.1wt％、Mn0.1-0.4wt％、Si0.01-0.03wt％、S0.005-0.015wt％、P0.005-0.015wt％、余量为铁的低碳钢作为焊丝的金属外皮；其药芯中各成分以全部焊丝的重量百分比计、分别为：中碳锰铁粉1.2-3.0wt％、硅铁粉0.20-2.0wt％、镁粉0.05-0.5wt％、金属铬粉1.5-2.0wt％、钼铁粉0.2-2.0wt％、电熔镁砂0.05-0.2wt％、氟化物0.01-0.3wt％、铁粉7-15wt％；将药芯中各成分混合均匀后、置于作为焊丝外皮的低碳钢薄钢带上，卷制成条、并拉至成要求直径的丝。
2.按权利要求1所述耐热钢焊接用气体保护焊药芯焊丝，其特征在于所述药芯焊丝中药芯的含量占全部焊丝重量的14-25wt％、药芯的直径为Φ1.0-3.0mm。
3.按权利要求1所述耐热钢焊接用气体保护焊药芯焊丝，其特征在于所述药芯焊丝中Mn与Si的重量比为3-8。
4.按权利要求1所述耐热钢焊接用气体保护焊药芯焊丝，其特征在于所述氟化物为氟化钙、氟化钠、氟钛酸钾及冰晶粉中的一种或几种。
5.按权利要求1所述耐热钢焊接用气体保护焊药芯焊丝，其特征在于所述药芯焊丝焊接后的熔敷金属中扩散氢含量小于4mL／100g。
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