專利名稱：抗高溫裂紋性優(yōu)良的填充二氧化鈦系焊劑焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及抗高溫裂紋性優(yōu)良的填充焊劑焊絲，更具體地涉及焊接操作性和沖擊韌性優(yōu)良的填充二氧化鈦系焊劑焊絲。
背景技術(shù)：
大致分為填充焊劑焊絲中基本型(basic type)和二氧化鈦系，但是基本型的焊絲在沖擊韌性方面是優(yōu)良的，而焊接操作性差，二氧化鈦焊絲在焊接操作性方面優(yōu)良，而是沖擊韌性值不佳，這是已知的。
這類填充二氧化鈦系焊劑焊絲目前以其優(yōu)越的焊縫外觀和焊接性能和焊接效率方面的優(yōu)越性而廣泛用于軟鋼和50kg/mm2級(jí)高強(qiáng)鋼的構(gòu)造物的焊接。但是，如上所述，采用填充二氧化鈦系焊劑焊絲得到的焊接金屬?zèng)_擊韌性低，因此，在作為沖擊強(qiáng)度被嚴(yán)格限制的焊接材料使用時(shí)有許多限制。
作為用于解決上述問題的技術(shù)的一個(gè)例子，可舉出日本特開昭58—16796中公開的發(fā)明。上述專利公開公報(bào)中記載了通過提供氣體保護(hù)電弧焊焊接用填充二氧化鈦系焊劑焊絲，即由相對(duì)于焊絲的重量％為TiO24～8.5％，Mg0.2～0.8％，Ti0.03～0.7％，B0.002～0.025％，Mn1.0～3.0％，Si0.1～1.2％以及其它金屬氟化物和氧化物形成的焊劑，低溫下焊接金屬具有優(yōu)良的沖擊韌性。
但是，在上述公開專利發(fā)明中加入的硼(B)可確保焊接金屬的優(yōu)良沖擊韌性，但是，這也是由晶粒偏析造成為高溫裂紋的原因。特別是在焊接母材厚的厚板單面焊接時(shí)，由于存在底層焊接時(shí)容易發(fā)生高溫裂紋的問題，填充二氧化鈦系焊劑焊絲無法確保優(yōu)良的沖擊韌性，在厚板的單面焊接等的利用上有很多限制。
發(fā)明簡(jiǎn)述因此，為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明的目的在于提供沖擊韌性優(yōu)良并可有效防止通過添加硼帶來的高溫裂紋現(xiàn)象、有效用于厚板的單面焊接等的填充二氧化鈦系焊劑焊絲。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明涉及一種填充二氧化鈦系焊劑焊絲，其特征在于由相對(duì)于焊絲的重量％為C0.010％～0.055％，B0.002～0.010％，Al0.30％以下，Ti2.5～6.5％，Mn1.5～3.5％，Mg0.1～0.5％，Si0.5～1.5％，Na0.05～1.25％、及余量的鐵及不可避免的雜質(zhì)組成，并且(C％×Al％)×B％被控制在3×10-5以下。
如上所述，本發(fā)明在將引起高溫裂紋的硼(B)的添加量限制在適當(dāng)?shù)闹档耐瑫r(shí)，通過控制(C％×Al％)×B％值，有效提供了可使用在厚板的單面底層焊接的填充二氧化鈦系焊劑焊絲。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。
本發(fā)明者為了開發(fā)可得到低溫沖擊強(qiáng)度優(yōu)良的焊接金屬并且還可防止厚板的單面初層焊接時(shí)發(fā)生高溫裂紋的焊接材料，進(jìn)行了反復(fù)研究和實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過將碳(C)和鋁(Al)相對(duì)于引起高溫裂紋的硼(B)的加入量控制在適當(dāng)?shù)闹狄韵?，就可有效防止高溫裂紋，從而完成本發(fā)明。即，本發(fā)明的特征是填充二氧化鈦系焊劑焊絲的組成中(C％×Al％)×B％被控制在適當(dāng)?shù)闹狄韵隆?br>
下面對(duì)本發(fā)明的焊劑填充焊絲的組成成份控制理由進(jìn)行說明。
碳C是構(gòu)成本發(fā)明焊絲的鋼外皮和殘存在填充其中的焊劑組合物的，因此，通常不進(jìn)行人工添加，但是，由于是對(duì)焊接金屬的機(jī)械性能有影響的重要因素，對(duì)其含量應(yīng)嚴(yán)格控制。由此，本發(fā)明中碳相對(duì)于焊絲優(yōu)選含量在0.010～0.055重量％的范圍內(nèi)(下面簡(jiǎn)寫為“％”)。
這是因?yàn)槿绻鲜鎏疾坏?.01％，焊接金屬的韌性和拉伸性能差，如果超過0.055％，強(qiáng)度過度增高，增加了感裂性，容易發(fā)生高溫裂紋。因此，為了控制焊絲成份中的碳量，必須考慮碳含量并選擇鋼外皮，并且必須適當(dāng)調(diào)節(jié)作為含有余量碳的焊劑的鐵和硅鐵等的組成范圍。
硼B(yǎng)與Ti同時(shí)加入，會(huì)增加組織的微細(xì)化和韌性，這是已知的。但是，硼通過硼化物分布在結(jié)晶粒界上，形成分離的夾雜物，因此有可能起到裂紋源的作用。因此，在含有大量Ti的金屬中，加入B在形成Mn的基本基體時(shí)，必須對(duì)分散B起作用，適當(dāng)調(diào)節(jié)Ti/B和Mn/B，充分?jǐn)嚢枞廴诮饘?，必須使B作為結(jié)晶粒界的夾雜物不發(fā)生聚集。
在本發(fā)明中，優(yōu)選將具有上述作用的硼B(yǎng)的加入量控制在0.002～0.010％，這是因?yàn)?，不?.002％時(shí)，不能得到焊接金屬的細(xì)微組織，同時(shí)不能發(fā)揮韌性強(qiáng)化效果，在超過0.01％時(shí)，硼化物形成連續(xù)的網(wǎng)狀，硬化使沖擊值減小，韌性也變差，會(huì)發(fā)生熔融性降低和高溫裂紋。
作為上述硼(B)的供給源，可舉出例如氧化硼、硼鐵、Fe—Si—B合金、含硼的特殊玻璃等。
鋁(Al)象Mg一樣是強(qiáng)脫氧劑，在降低焊接金屬含氧量的同時(shí)可提高焊接金屬的韌性。但是，鋁的含量如果超過0.3％，在熔融金屬中形成Al2O3，促使高溫裂紋，有可能與Mg同時(shí)過度增加電弧中的蒸汽壓并增加發(fā)煙(fume)。因此，本發(fā)明優(yōu)良將Al的含量控制在0.3％以下。
上述鋁的供給源可舉出例如鎂鋁、長(zhǎng)石、綠泥石等。
另一方面，在本發(fā)明中，使對(duì)于添加的B重量％，鋁和碳的含量滿足，(C％×Al％)×B％在3×10-5以下。這是本發(fā)明的特征之一，上述計(jì)算值超過3×10-5時(shí)，主要會(huì)發(fā)生高溫裂紋。
即，在本發(fā)明中，為了預(yù)防高溫裂紋，必須控制(C％×Al％)×B％在3×10-5以下。
Ti作為脫氧劑是已知的，是起到通過將組織微細(xì)化來增加韌性的元素。在本發(fā)明中，Ti作為填充二氧化鈦系焊劑焊絲的組成可以與鈦氧化物同時(shí)使用，其加入量?jī)?yōu)選控制在2.5～6.5％。這是因?yàn)?，該加入量不?.5％時(shí)，減少了容積的表面張力，同時(shí)，電弧不穩(wěn)定，焊渣的形成也不足，焊縫外觀變粗，另一方面，如果超過6.5％，不僅焊渣形成過多，熔融性降低，而且，流動(dòng)性也變差，過度脫氧有可能加劇高溫裂紋。作為該Ti的供給源，可舉出例如金屬鈦、鈦鐵、金紅石礦等。
Mn作為脫硫劑是已知的，由于與S反應(yīng)先于FeS形成MnS，因此可防止由S偏析引起的形成低熔點(diǎn)化合物。而且，殘留在焊接金屬內(nèi)，不用說增加強(qiáng)度同時(shí)促進(jìn)脫氧的效果，還可改善焊縫的外觀形狀并同時(shí)獲得良好的操作性。
在本發(fā)明中，Mn的添加量?jī)?yōu)選控制在1.5～3.5％，這是因?yàn)椋坏?.5％時(shí)，不具有由添加帶來的所期望的效果，超過3.5％時(shí)，電弧穩(wěn)定性和熔融性減少，強(qiáng)度增加，容易發(fā)生高溫裂紋。這類Mn的供給源可舉出例如電解錳、錳鐵、Fe—Si—Mg合金等。
Mg是強(qiáng)脫氧劑，其的加入可降低焊接金屬的含氧量，并可提高韌性。但是，如果其加入量不到0.1％，脫氧效果小，如果超過了0.5％，存在電弧穩(wěn)定性降低，飛濺產(chǎn)生量增加，焊接操作性變差，焊渣增加，熔融性減小的問題。因此，本發(fā)明優(yōu)選將其加入量控制在0.1～0.5％。作為Mg的供給源，可舉出例如鎂鋁、重?zé)趸V等。
Si象Ti那樣，不僅起到形成焊渣的作用，還提高了焊縫擴(kuò)散性，改善焊縫外觀，同時(shí)，是達(dá)到脫氧效果和鐵氧體穩(wěn)定化的元素，具有防止高溫裂紋的作用。但是，其加入量不到0.5％時(shí)，沒有所期望的由加入其帶來的效果，如果超過了1.5％，韌性變差，有可能形成Fe—S—Si—O化合物并助長(zhǎng)高溫裂紋。因此，在本發(fā)明中Si的加入量?jī)?yōu)選控制在0.5～1.5％。上述Si的供給源可舉出長(zhǎng)石、硅鐵等。
Na與K、Ce等同樣是電弧穩(wěn)定劑，在本發(fā)明中Na不僅起到電弧穩(wěn)定劑的作用，還起到提高電弧集中性，達(dá)到深度熔透，充分?jǐn)嚢枞廴诮饘伲贛n基體內(nèi)均勻分散B的作用。由Ti—Mn—B細(xì)微化的組織顯示強(qiáng)韌性，沿著粒界分布的硼化物和鈦的氧化物造成的在焊接金屬的反面發(fā)生粒界破裂的幾率提高，因此有可能降低沖擊韌性值。因此，通過將B均勻分散在基體內(nèi)，可防止晶粒邊界破裂，并通過減少形成鈦氧化物和進(jìn)行細(xì)微化，維持高韌性。
因此，本發(fā)明中Na的添加量?jī)?yōu)選控制在0.05～1.25％，這是因?yàn)椋坏?.05％時(shí)，其添加量少，作為電弧穩(wěn)定劑的效果不足，如果代替Na添加K或者Ce等，焊接金屬的反面沖擊值降低，與此相反，如果超過1.25％，電弧的蒸汽壓升高，電弧變得不穩(wěn)定，流動(dòng)性減少，另一方面，焊縫外觀非常不均勻。該Na的供給源可舉出金屬鈉、氟化鈉等。
F是本發(fā)明選擇添加的元素，在添加時(shí)，以金屬氟化物的形式添加。這種F具有穩(wěn)定焊接金屬的電弧的作用和脫氧效果。
本發(fā)明優(yōu)選將F的含量控制在0.05～0.15％，這是因?yàn)槿绻浜坎坏?.05％，電弧會(huì)變得不穩(wěn)定，韌性變差，如果超過了0.15％，蒸汽壓增大，因此，發(fā)煙量增加，焊接操作性惡化。這類F的供給源可舉出氟化鋰、氟化鈉等。
Zr是本發(fā)明選擇添加的元素，具有在提高焊著性的同時(shí)提高焊渣凝固速度并控制焊縫形狀的效果。但是，其加入量不到0.05％時(shí)，其添加的效果甚微，如果超過0.45％，熔融性會(huì)降低，同時(shí)焊縫擴(kuò)散性減小。因此，本發(fā)明優(yōu)選將Zr的添加量控制在0.05～0.45％。上述Zr的供給源代表性地是斜鋯石。
Ca也是本發(fā)明選擇添加的元素，在添加時(shí)，起到強(qiáng)脫氧劑的作用。但是，其添加量過多的話，生成的焊渣過多，電弧變得不穩(wěn)定，因此，優(yōu)選將其添加量控制在0.02％以下。作為上述Ca的供給源，可舉出例如氟化鈣等。
K也是本發(fā)明選擇添加的元素，如果以氧化物的形式添加，并與Na同時(shí)極微量地添加，具有獲得特別的電弧穩(wěn)定性的效果。但是，其含量不到0.00008％時(shí)，沒有添加所期望的效果，如果超過0.008％，存在焊接金屬的反面沖擊值極低的問題。因此本發(fā)明優(yōu)選將其添加量控制在0.00008～0.008％。
本發(fā)明更優(yōu)選選擇性地含有上述F、Zr、Ca和K中的任意一種或者兩種以上。
P和S作為本發(fā)明的雜質(zhì)必須嚴(yán)格限制其加入。這類元素通常從焊劑組合物進(jìn)入的元素，需要選擇含有少量P和S的物質(zhì)作為焊劑供給源。優(yōu)選將上述P和S的含量分別控制在0.03％以下。
下面通過實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。(實(shí)施例)準(zhǔn)備具有如下表1所示組成的、直徑為1.2mm的填充二氧化鈦系焊劑焊絲。使用上述準(zhǔn)備的焊劑填充焊絲，在下表2所示的焊接條件下采用焊接機(jī)SCH500DC(+)單片焊接厚度為25mm的AH-36焊接母材，測(cè)定由該焊接引起的高溫裂紋的發(fā)生程度等，并在表3表示。
在本實(shí)施例中，作為焊接高溫裂紋的長(zhǎng)度判斷方法，根據(jù)表2所示的焊接條件，采用陶瓷襯板，對(duì)焊接母材進(jìn)行單面初層焊接，然后，計(jì)算焊接焊縫表面上產(chǎn)生的破裂長(zhǎng)度相對(duì)于整個(gè)焊接長(zhǎng)度(300mm)的百分率。進(jìn)而，用肉眼觀察電弧穩(wěn)定性和焊縫形狀，其結(jié)果值被分別分為非常優(yōu)良(◎)、優(yōu)良(○)、普通(△)和不良(×)來表示。
表1
*在上述表中，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
表2
表3
如上述表1和表3所示，B的添加量為0.002～0.010％，(C％×Al％)×B％被控制在3×10-5以下的本發(fā)明實(shí)施例(1～9)都具有優(yōu)良的抗高溫裂紋性。
與此相反，(C％×Al％)×B％在本發(fā)明范圍之外的比較例(1～10)經(jīng)常發(fā)生高溫裂紋，無法適用于厚板的單面底層焊接。
而且，(C％×Al％)×B％在本發(fā)明的范圍之內(nèi)、但其它組成元素的添加量在本發(fā)明的范圍之外的比較例(11～14)，不僅是電弧的穩(wěn)定性和焊縫的外觀，就連焊渣流動(dòng)性和飛濺性也差。
另一方面，
圖1是表示本發(fā)明(C％×Al％)相對(duì)于所添加的B重量％的關(guān)系的圖，該圖表示，在本發(fā)明材料的情況下，與比較材料不同，必須將(C％×Al％)與所加入B重量％維持一定的關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種填充二氧化鈦系焊劑焊絲，其特征在于由相對(duì)于焊絲的重量為C0.010％～0.055％、B0.002～0.010％、Al0.30％以下、Ti2.5～6.5％、Mn1.5～3.5％、Mg0.1～0.5％、Si0.5～1.5％、Na0.05～1.25％、余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，并且(C％×Al％)×B％被控制在3×10-5以下。
2.權(quán)利要求1記載的填充焊劑焊絲，其特征在于選擇性地含有F0.05～0.15％、Zr0.05～0.45％、Ca0.02％以下、K0.00008～0.008％中的任意一種或者兩種以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種沖擊韌性優(yōu)良并可有效防止由加入硼引起的高溫裂紋現(xiàn)象、可有效用于厚板的單面焊接等的填充二氧化鈦系焊劑焊絲。該焊絲由相對(duì)于焊絲的重量%為C:0.010%～0.055%、B:0.002～0.010%、Al:0.30%以下、Ti:2.5～6.5%、Mn:1.5～3.5%、Mg:0.1～0.5%、Si:0.5～1.5%、Na:0.05～1.25%,及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)組成,(C%×Al%)×B%被控制在3×10
文檔編號(hào)B23K35/24GK1330998SQ0112001
公開日2002年1月16日 申請(qǐng)日期2001年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月4日
發(fā)明者樸相珉 申請(qǐng)人:現(xiàn)代綜合金屬株式會(huì)社