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CN109530959B - 一种适用于平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝及其应用 - Google Patents

一种适用于平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于焊接材料技术领域,具体涉及一种适用于平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝,包括碳钢外皮及填充于所述碳钢外皮内的药芯,所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比:氟化钙40~45%,氟化锂4~7%,大理石10~13%,铝粉12~14%,金属锆1~2%,金属锰5~8%,余量为铁粉。本发明提供的这种适用于平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝用于轻型钢结构的焊接。本发明提供的用小规格自保护药芯焊丝采用氟化钙‑氟化锂‑大理石渣系,渣系以高氟化钙为主,大量氟化物提高其抗气孔能力,同时加入稳弧效果较好的氟化锂使得平焊位置焊接飞溅较小;焊接时无需气体保护,且满足美标AWS 5.20中E71T‑GS相关要求。

Description

一种适用于平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝及其应用
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域,具体涉及一种适用于平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝及其应用。
背景技术
自保护药芯焊丝作为一种新型的焊接材料,与传统气保护药芯焊丝相比,焊接时无需气体保护,仅靠药芯中的各类氟化物消除氢气孔以及利用药芯中的铝固定空气中的氮防止氮气孔的产生,焊接过程为典型的射流过度,抗风能力强;使用简单高效。
小规格(焊丝直径0.8mm~1.0mm)自保护药芯焊丝主要应用于钢门、钢窗、薄板等轻型钢结构的焊接;用于平焊或横焊时,其产品力学性能应满足美标AWS 5.20中E71T-GS相关要求。采用小规格自保护药芯焊丝替代传统的手工焊条和气保焊丝,优势明显,如表1所示。
Figure 369015DEST_PATH_IMAGE001
AWS 5.20中E71T-GS具体技术要求如表2和表3所示。
Figure 645013DEST_PATH_IMAGE002
Figure 63356DEST_PATH_IMAGE003
与直径2.0mm的自保护药芯焊丝相比较,小规格(焊丝直径0.8mm~1.0mm)自保护药芯焊丝,的焊丝直径较小,很容易产生气孔,导致焊缝的强度降低,还会引起产生裂纹。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足,本发明的目的是提供一种适用于的平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝及其应用,满足美标AWS 5.20 中E71T-GS对熔敷金属力学性能及化学成分的要求,可用于轻型钢结构的焊接。
为实现上述目的,本发明的技术方案为一种适用于平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝,包括碳钢外皮及填充于所述碳钢外皮内的药芯,所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比:氟化钙40~45%,氟化锂4~7%,大理石10~13%,铝粉12~14%,金属锆1~2%,金属锰5~8%,余量为铁粉。
进一步地,所述药芯占所述小规格自保护药芯焊丝总质量的13~13.5%。
进一步地,所述小规格自保护药芯焊丝的横截面直径为0.8mm~1.0mm。
进一步地,所述碳钢外皮中各组分占碳钢外皮的质量百分比如下:Mn ≤0.55%,Si≤0.035%,C≤0.005%,S≤0.002%,P≤0.002%。
进一步地,所述小规格自保护药芯焊丝采用对接O型的方式封口。
作为一种实施方式,所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比:氟化钙40%,氟化锂6%,大理石13%,铝粉13%,金属锆1.5%,金属锰6%,余量为铁粉。
作为一种实施方式,所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比:氟化钙43%,氟化锂4%,大理石10%,铝粉14%,金属锆2%,金属锰5%,余量为铁粉。
作为一种实施方式,所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比:氟化钙45%,氟化锂7%,大理石11%,铝粉12%,金属锆1%,金属锰8%,余量为铁粉。
本发明提供的这种适用于平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝用于轻型钢结构的焊接。
本发明的适用于平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝中药芯成分的设计原则如下:
氟化钙即萤石,主要起造渣、造气、改善熔渣流动性的作用,含量过少起不到气保护作用,含量过多会造成焊条熔渣流淌,成型变差。因此含量控制在45~45%。
氟化锂熔点1040℃,主要起稳弧和去氢作用,氟化锂的含氟量较高为75%,加入过量氟化锂可导致飞溅过大,因此,控制氟化锂占所述药芯总重量的4~7%。
大理石高温分解为CaO、CO2,主要起造渣、造气的作用,含量过少起不到保护作用,含量过多会造成焊条飞溅增大。因此含量控制在10~13%。
铝粉是强脱氧剂,加入铝粉可以使熔敷金属中含氧量、氮含量明显下降,抗气孔性能明显上升,适量加入可改善焊接工艺性,同时提高冲击韧性。因此,控制铝占所述药芯总重量的12~14%。
金属锆是强脱氧剂,其脱氧能力比铝粉还强,同时与焊缝金属中的N结合,减少了固溶氮的有害作用,生成的ZrN作为结晶核心,促使焊缝成为细晶粒组织,但Zr含量过高会使焊缝的硬度增加,韧性下降。因此,控制金属锆占所述药芯总重量的1~2%。
金属锰是脱氧剂,降低焊缝金属的含氧量,增加焊缝金属强度,提高韧性,调节铁水流动性。因此,金属锰占所述药芯粉料总重量的百分比为5~8%。
铁粉能改善焊接电弧状态,调节铁水熔点和粘度,余量加入。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明提供的这种小规格自保护药芯焊丝采用氟化钙-氟化锂-大理石渣系,渣系以高氟化钙为主,该渣系特点是大量氟化物(如氟化钙)提高其抗气孔能力,同时加入稳弧效果较好的氟化锂使得平焊位置焊接飞溅较小;焊接时无需气体保护,依靠药芯中的各类氟化物消除氢气孔,以及利用药芯中的铝和锆固定空气中的氮,防止氮气孔的产生,焊接过程为典型的射流过度,适用于平焊或横焊位置的焊接,焊接板厚不大于19mm;
(2)本发明提供的这种小规格自保护药芯焊丝采用铝-锆联合脱氧的方式,减少焊缝中的氧含量,同时加入适量矿物质,改善焊缝成型及电弧稳定性,金属锆与焊缝金属中的N结合,促使焊缝成为细晶粒组织,从而改善塑韧性,使该产品力学满足美标AWS 5.20 中E71T-GS相关要求;
(3)本发明提供的这种小规格自保护药芯焊丝所使用的原材料均为高品位原料,S、P含量少,有利于提高药芯焊丝的性能;
(4)本发明提供的这种小规格自保护药芯焊丝通过加入大量的铝、锆、锰等较强的脱氧剂,使熔敷金属中含氧量、氮含量明显下降,抗气孔性能明显上升,可以保证抗气孔性能。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种适用于平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝,包括碳钢外皮及填充于所述碳钢外皮内的药芯,所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比:氟化钙40~45%,氟化锂4~7%,大理石10~13%,铝粉12~14%,金属锆1~2%,金属锰5~8%,余量为铁粉。本发明提供的这种小规格自保护药芯焊丝采用氟化钙-氟化锂-大理石渣系,大量氟化物可以提高其抗气孔能力,同时加入稳弧效果较好的氟化锂使得平焊位置焊接飞溅较小。焊接时无需气体保护,依靠药芯中的各类氟化物消除氢气孔,采用铝、锆、锰固定空气中的氮,防止氮气孔的产生,使该产品满足美标AWS 5.20 中E71T-GS相关要求。
本发明中的碳钢外皮的化学成分见表4。
Figure 27901DEST_PATH_IMAGE004
根据碳钢外皮的厚度和宽度情况,确定合适的药芯焊丝的填充率,本发明的药芯焊丝的填充率(药芯占焊丝总重量百分比)为13~13.5%。本发明实施例1~3提供的药芯焊丝中药芯的各组分及其占所述药芯焊丝的质量百分比见表5。
Figure 557102DEST_PATH_IMAGE005
本发明还提供上述小规格自保护药芯焊丝的制备方法:采用钢带法生产所述药芯焊丝,在所述碳钢外皮内填充所述药芯,并采用对接O型的方式封口,药芯的配方见表5,填充率为13~13.5%,经拉拔成型减径后即得横截面直径为0.9mm的药芯焊丝。本发明提供的这种小规格自保护药芯焊丝适用于轻型钢结构的焊接。
采用本发明实施例1~3提供的药芯焊丝进行试验,其熔敷金属的力学性能见表6,熔敷金属化学成分见表7。
Figure 782547DEST_PATH_IMAGE006
Figure 745693DEST_PATH_IMAGE007
从表6可以看出,本发明实施例1~3提供的小规格自保护药芯焊丝的熔敷金属的抗拉强度达480MPa以上,满足美标AWS 5.20 中E71T-GS对焊丝熔敷金属力学性能的要求;从表7可以看出,本发明实施例1~3提供的小规格自保护药芯焊丝的熔敷金属中各组分的含量:C≤0.015%,Si≤0.30%,Mn ≤1.50%,S≤0.03%,P≤0.03%,Al≤1.5%,满足美标AWS 5.20中E71T-GS对焊丝熔敷金属中化学成分及含量的要求。
综上所述,本发明提供的这种小规格自保护药芯焊丝满足美标AWS 5.20 中E71T-GS相关要求,可用于钢门、钢窗、薄板等轻型钢结构的焊接,且焊缝中没有裂纹,无气孔,成型美观。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝,包括碳钢外皮及填充于所述碳钢外皮内的药芯,其特征在于:所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比:氟化钙40~45%,氟化锂4~7%,大理石10~13%,铝粉12~14%,金属锆1~2%,金属锰5~8%,余量为铁粉;所述碳钢外皮中各组分占碳钢外皮的质量百分比如下:Mn≤0.55%,Si≤0.035%,C≤0.005%,S≤0.002%,P≤0.002%。
2.如权利要求1所述的一种适用于平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝,其特征在于:所述药芯占所述小规格自保护药芯焊丝总质量的13~13.5%。
3.如权利要求1所述的一种适用于平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝,其特征在于:所述小规格自保护药芯焊丝的横截面直径为0.8mm~1.0mm。
4.如权利要求1所述的一种适用于平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝,其特征在于:所述小规格自保护药芯焊丝采用对接O型的方式封口。
5.如权利要求1所述的一种适用于平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝,其特征在于:所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比:氟化钙40%,氟化锂6%,大理石13%,铝粉13%,金属锆1.5%,金属锰6%,余量为铁粉。
6.如权利要求1所述的一种适用于平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝,其特征在于:所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比:氟化钙43%,氟化锂4%,大理石10%,铝粉14%,金属锆2%,金属锰5%,余量为铁粉。
7.如权利要求1所述的一种适用于平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝,其特征在于:所述药芯包括的组分及其占所述药芯总质量的百分比:氟化钙45%,氟化锂7%,大理石11%,铝粉12%,金属锆1%,金属锰8%,余量为铁粉。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的适用于平焊和横焊的小规格自保护药芯焊丝的应用,其特征在于:所述小规格自保护药芯焊丝用于轻型钢结构的焊接。
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