一種增大熔深的高強度藥芯焊絲及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種焊接材料，尤其涉及一種增大熔深的高強度藥芯焊絲及其制備方法與應用。
【背景技術】
[0002]隨著工業技術的迅猛發展，焊接結構向大型化、高參數化、高強度、高韌性方向發展。高強韌性的中厚板在焊接結構上的應用越來越多，目前富氬氣體保護焊是中厚高強鋼板焊接的主要工藝。中厚板的焊接需要開坡口，多層多道焊接，焊接生產工序復雜，焊接生產效率低。提高中厚板的焊接效率是焊接工作者追求的目標之一，為此人們在焊接設備、焊接工藝、焊接材料等方面開展了研究工作。增大熔深可以增加坡口鈍邊的尺寸、減小坡口角度，從而降低了填充金屬量，這不僅節省了焊接材料，而且降低了焊接工作量，提高了焊接生產率。因此，增加熔深成為中厚板焊接提高生產率的手段之一。公布號為CN103831541A發明專利“高強鋼對接接頭激光-MIG電弧復合焊接方法”采用激光-MIG電弧復合熱源增加熔深，但該方法設備復雜，投資大，靈活性差，應用受到限制。研究發現，將特定成分的活性劑用有機溶液調成糊狀，涂覆在潔凈的焊接工件表面，待有機溶液揮發后焊接，可提高熔深。涉及活性劑的專利如公布號為CN103962752A的發明專利“一種用于耐候鋼MAG焊接的活性劑及使用方法”、公布號為CN103962750A的發明專利“一種用于不銹鋼MAG焊接的活性劑及使用方法”、公布號為CN102626839A的發明專利“一種用于鈦合金鎢極氬弧焊的活性劑”等。活性劑目前主要用于不銹鋼、鈦及鈦合金等材料，活性劑的使用增加了焊接生產工序，存在著使用不方便的缺點，且用量也不容易精確控制，使得焊接質量的穩定性稍差。適用于碳鋼的活性劑還鮮有報道。
[0003]富氬氣體保護熔化極氣體保護焊常用的焊接材料為藥芯焊絲和實芯焊絲。藥芯焊絲具有電弧穩定、飛濺小、化學成分調整容易等優點，但其成本略高。實芯焊絲的送絲性能好，但其成分調整困難，焊接飛濺大、電弧穩定性差。富氬氣體保護熔化極氣體保護焊，現有實芯焊絲和藥芯焊絲均存在熔深較淺的問題，為了焊透，往往需要開大坡口，這就使得填充金屬量增加，增大了焊絲消耗量，降低了焊接生產效率。
[0004]隨著大型焊接結構應用的逐漸增多，以及結構運行工況的日益苛刻(如低溫、大載荷、高溫等)，高強度中厚板的應用逐漸增多，焊接工作量大幅度增加，用戶對低成本、熔深大、質量穩定的高效化焊接材料，特別是適于自動焊的藥芯焊絲需求也更加迫切。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對現有高強度藥芯焊絲富氬氣體保護焊熔深淺，需要開坡口，多層多道焊，焊接生產率低等弊端，提供一種增大熔深的高強度藥芯焊絲及其制備方法與應用。
[0006]為了解決以上技術問題，本發明的技術方案為:
[0007]—種藥芯焊絲的藥粉，其包含熔深活性劑，所述熔深活性劑為高錳酸鉀。
[0008]優選的，所述藥粉中的粒度分布為74-297微米。
[0009]優選的，所述藥粉的組成按質量百分比計包含有以下組分:75#硅鐵1% -5%，中碳錳鐵8% -15%，鉬鐵12% -18%，微碳鉻鐵4% -9%，金屬鎳粉2% _5%，釩鐵1% -3%,鈦鐵3% -6%，稀土硅鐵合金1 % -2%，0?2.0% K2C03粉末，0.5%?1.5%高錳酸鉀粉末，余量為Fe粉和不可避免的對藥芯焊絲性能沒有影響的雜質。
[0010]進一步優選的，75號硅鐵2 % -4%，中碳錳鐵10%-12%，鉬鐵14%-16%，微碳鉻鐵5% -7%，鎳粉3% -4%，釩鐵1% -2%，鈦鐵4% -5%，稀土硅鐵合金1% -1.5%，1%?
1.5% K2C03粉末，0.8%?1.2%高錳酸鉀粉末，余量為Fe粉和不可避免的對藥芯焊絲性能沒有影響的雜質。
[0011]上述藥粉粉末材料中，75#硅鐵的成分以重量比計是74.0?80.0% Si，0.1% C,余為Fe ;中碳錳鐵的成分以重量比計Μη不小于78%，C不大于1.5%, Si不大于1.5%，余為Fe ;鉬鐵的成分以重量比計是50%Mo，3%Si，余為Fe ;微碳鉻鐵的成分以重量比計Cr不小于60%，C不大于0.l%,Si不大于1.5%，余為Fe ;金屬鎳粉的成分以重量比計Ni不小于98 % ;釩鐵的成分以重量比計是V不小于40 %，C不大于1 %，Si不大于3 %，A1不大于1.5%，余為Fe ;鈦鐵的成分以重量比計是23?35% 11，(:不大于0.1%,A1不大于8%，Si不大于4.5 %，余為Fe ;稀土硅鐵的成分以重量比計是稀土為21 % -24%，Si不大于44%，Μη不大于3 %，Ca不大于5 %，Ti不大于3 %，余為Fe ;碳酸鉀的成分以重量比計K2C03含量不小于95% ;高猛酸鉀以重量比計ΚΜη04含量不小于99.3%。
[0012]以上所述藥粉的成分中允許含有加工過程中難以去除的不影響其性能的雜質。本發明添加藥粉各組分的作用如下:
[0013]硅鐵的作用是向焊縫金屬過渡合金元素，脫氧。
[0014]中碳錳鐵的作用是向焊縫金屬過渡合金元素，脫氧，脫硫、降低熱裂紋傾向。
[0015]鉬鐵的作用是向焊縫金屬過渡合金元素固溶強化，加入Mo是為了確保焊縫金屬的強度，Mo應適量加入，過量加入會使脆性轉變溫度提高，導致焊縫金屬的韌性降低。
[0016]微碳鉻鐵的作用是向焊縫金屬過渡合金元素，通過固溶強化提高熔敷金屬的強度，推遲奧氏體轉變溫度，促使形成針狀鐵素體，提高焊縫的強韌性。但Cr含量過高，將提高熔敷金屬的脆性轉變溫度。
[0017]金屬鎳的作用是焊縫金屬過渡合金元素。加入適量促使針狀鐵素體的形成，而且有利于低溫韌性的提高，但其屬于貴金屬元素，應控制其加入量。
[0018]釩鐵的作用是向焊縫金屬過渡合金元素，細化晶粒，強韌化焊縫金屬。
[0019]鈦鐵的作用是脫氧、脫氮，細化晶粒，提高韌性。添加微量可細化組織，提高熔敷金屬的強韌性，Ti形成氮化物和氧化物，可作為針狀鐵素體的形核核心，促進奧氏體晶內針狀鐵素體的形成。同時，Ti還能降低飛派，改善焊接工藝性能。
[0020]稀土硅鐵的作用是凈化焊縫金屬，使夾雜物球化，細化晶粒，提高焊縫的韌性和塑性。
[0021]碳酸鉀的作用是穩弧，改善焊接工藝性能。
[0022]高錳酸鉀，熔深活性劑，增加電弧和液態金屬的氧化性，使熔池表面形成氧化物，通過影響熔池液態金屬的表面張力，改變其流向，將電弧熱傳遞到熔池底部增加熔深。熔池表面的氧化物亦使導電面積減小，電弧收縮，增大熔深。加入量低于0.5%時，氧化性較弱，增加熔深的效果不明顯；加入量超過1.5%時，氧化性過大，焊縫增氧，夾雜物增多，降低焊縫金屬的韌塑性。
[0023]上述藥粉在制備藥芯焊絲中的應用。
[0024]—種增大熔深的高強度藥芯焊絲，包括上述藥粉和用于包裹藥粉的管壁。
[0025]優選的，所述藥芯焊絲的直徑為1.2-1.6mm。
[0026]優選的，所述焊絲的截面形狀為圓環形。
[0027]優選的，所述管壁為SPCC或H08A低碳鋼材質。
[0028]上述藥芯焊絲的制備方法，包括如下步驟:
[0029]1)將設定壁厚和設定寬度的鋼帶進行乳制，使其橫截面的形狀為U形；
[0030]2)向乳制的鋼帶的U形槽中加入所述藥粉；
[0031 ] 3)將U形槽合口，使藥粉包裹在U形槽中，通過拉拔減徑，制得藥芯焊絲。
[0032]優選的，步驟1)中，所述鋼帶的壁厚為0.4-1.0mm，寬度為12-16mm ;或所述鋼帶為SPCC鋼帶。
[0033]優選的，步驟2)中，U形槽中藥粉的填充率為10% -15%。填充率為藥粉質量與藥粉、鋼帶質量之和的比值。
[0034]優選的，步驟3)中，拉拔減徑后的直徑為1.2-1.6mm。
[0035]上述藥芯焊絲在富氬氣體保護焊中的應用，富氬氣體中Ar為80% _95%，余量為氧氣或二氧化碳氣體。
[0036]本發明的有益技術效果為:
[0037](1)本發明的高強度藥芯焊絲的熔深比較大，所以母材可以不用開坡口，或者只需要開小坡口、留大鈍邊，使得填充金屬量減少，焊接生產率得到極大提高。同時也不易產生未熔合焊接缺陷，提高了焊接結構的安全性。
[0038](2)熔敷金屬的成分可以通過改變藥芯焊絲藥粉的成分進行相應調整，所以可以通過調整藥芯焊絲的藥粉組分，焊接不同強度級別的鋼材，使藥芯焊絲的應用范圍擴大。
[0039](3)本發明的富氬氣體保護增大熔深藥芯焊絲可以纏繞成盤，也可以裝桶，適于連續自動焊，特別是機器人焊接。
[0040](4)本發明的藥芯焊絲焊接時，采用富氬氣體保護，焊接電弧穩定，飛濺小，焊接質量高，同時，富氬氣體保護還適于高強度結構件的焊接。
【具體實施方式】
[0041]下面結合【具體實施方式】對本發明的技術方案作進一步說明。<