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
技術領域：
本發明屬于焊接材料技術領域，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：
隨著焊接技術的發展，藥芯焊絲以其生產效率高、工藝性能好、焊接質量優、焊縫成型美觀、操作簡單、容易實現自動化和半自動化等優點已經在船舶制造行業得到了非常廣泛的應用。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雜，有縫藥芯焊絲制造工藝較簡單，在國內外采用較普遍，但是由于普通有縫藥芯焊絲在生產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、高濕等惡劣環境下橋梁鋼焊接時容易出現大量致命的冷裂紋 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域的廣泛使用。現已公開的專利都是通過調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藥芯焊絲要實現超低氫含量與防止在生產過程中、使用過程中和放置一段時間后藥芯吸潮是非常困難的。

發明內容
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。本發明主要通過調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，包含藥芯焊絲生產行業內通用的制造工藝，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定性，可調整渣的熔點和粘度。本發明中以金紅石的形式加入，當加入量低于42%時，藥芯焊絲立向下焊焊接工藝性能變差，當加入量超過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之一，也具有改善低溫沖擊韌性的作用，本發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。本發明中以石英的形式加入，當加入量低于4%時，不利于脫渣，對工藝性能的改善作用不明顯，當加入量超過6%時，容易使焊縫出現壓痕缺陷，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，并可調整熔渣熔點、粘度等，可改善渣覆蓋及焊縫成形。本發明中以鎂砂的形式加入，當加入量低于3%時，電弧的穩定性較差，飛濺增加，當加入量超過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，同時也有利于穩定電弧和減少飛濺。當含量增加時，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性能，特別是強度和低溫沖擊韌性，本發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。本發明的特點及優點
本發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能、綠色環保、安全可靠、操作簡單等優點。批量生產時簡單、高效、可控，可有效防止在生產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，在高濕度環境下焊接時具有優良的抗冷裂紋性能，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、感應銅線圈。
具體實施例方式以下結合附圖詳細說明本發明的實施方式。如圖I和圖2所示，本發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，本發明中藥芯焊絲的制備，除采用藥芯焊絲生產行業內通用的制造工藝以外，還發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，烘焙藥芯焊絲內藥芯所吸收的水分，解決了有縫藥芯焊絲在生產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藥芯焊絲處在一個高頻交變電場中時，根據法拉第電磁感應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，由此在線圈內產生極性瞬間變化的強磁束，磁束就會貫通整個藥芯焊絲，在藥芯焊絲內部與加熱電流相反的方向產生很大的渦流，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，瞬間電流的密度與頻率成正比，頻率越高，感應電流密度集中于藥芯焊絲的表面，即集膚效應就越嚴重，有效的導電面積減少，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明作進一步的說明
表I藥芯組分及其重量百分比(％)
權利要求
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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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 優先權日2012年9月18日
發明者徐文福, 呂奎清, 趙華中 申請人:武漢鐵錨焊接材料股份有限公司