专利名称：一种用于高强钢焊接的金属粉芯焊丝的制作方法
技术领域：
本发明属于材料加工工程中的焊接领域，该焊丝是利用碳钢钢带包裹多种金属粉末制造的煤矿行业厚板焊接的高强钢金属粉芯焊丝。主要应用于电力、化工、石油、航空等高速发展和尖端行业的低合金高强钢及碳锰钢的焊接。
二.
背景技术：
随着工业技术的迅猛发展，中/厚板高强钢在煤矿类企业的应用日益广泛。且这类行业的生产中，每年都会用掉大量的焊材。且强度要求越来越高如北京煤矿机械厂所用钢板一般达到650MPa以上，高的甚至要求在900MPa以上。所以其焊接强度要求相应提高。
目前，煤矿企业的高强钢焊接中，均靠以前老工艺采用药芯焊丝或实心焊丝进行焊接。药芯焊丝，其焊接熔敷金属力学性能虽能达标，但其焊接中烟雾大，飞溅多的缺点直接影响到焊接工人的身体健康，环保性极差。实心焊丝，其焊接中烟雾少飞溅小，但是其焊后熔敷金属强度很难达到满足。
金属粉芯焊丝，具有良好工艺性、环境协调性、焊接高效性等多方面的优点，在结构件焊接中受到好评，但只能应用于强度不高的焊接中，其提高强度也是通过加入硅锰等元素来提高强度，可是大量加入这些元素后虽然强度能提高，同时也产生了工艺性下降、韧性下降、裂纹过多等的焊接问题，使金属芯焊丝的发展受到局限。
针对这一情况专门开发出一种用在煤矿行业高强钢板焊接，焊后熔敷金属即能满足强度要求同时也能达到韧性指标的金属粉芯焊丝。
三.
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有极佳的焊接工艺性环境协调性力学性能达标的金属粉芯焊丝。其特点在于其中加入较多的金属粉末在焊接初期中与氧恰当反应形成金属氧化物形核质点，进而在以后形核凝固中生长成理想的微观组织(如针状铁素体)，达到理想的强度和韧性，满足力学性能。同时在多层多道焊接中也不用清渣大大提高焊接效率。
一种用于高强钢焊接的金属粉芯焊丝，其特征在于，所述的药芯成分质量百分比范围如下Mn6.0-25％，Si4.0-6.2％，Ti3.0-6.5％，Ni1.0-5.0％，Mo1.5-2.5％，Al0.2-0.8％，稳弧剂K2CO3，Na2CO3，之一或者两者混合物1.0-2.0％，其余为纯铁粉52-83.3％，且其中Mn/Si＝1.5-5.0。
钢带选用普通碳钢钢带H08A碳钢钢带。
焊丝中主要元素成分作用如下Fe向焊缝过渡金属，改善导电率。来源为纯铁金属粉末，其质量百分含量为52-83.3％。
Si硅起着脱氧剂的作用，同时又影响微观结构。如果Si的含量大，强硬度增大，从而导致韧性降低。如果在焊接金属中的Si含量过低，则可能由于不充足的脱氧作用出现气孔。如果Si含量过高，导致焊接金属的韧性降低强硬度增大。主要来源于硅粉、硅铁粉末，其质量百分含量为4.0-6.2％。
Mn锰起着脱氧剂的作用，同时又影响焊接金属的强度和韧性。如果在焊接金属中Mn含量过低，则焊接金属的强度不够，并且它的韧性降低。如果Mn含量过高，则金属的强度和它的淬硬性变得过度，导致韧性降低。来源于锰粉或锰铁粉末，其质量百分含量为6.0-25.0％。
Ti钛在焊接金属中作为氧化物或固溶体存在。氧化物形式的Ti元素充当原始奥氏体晶界上的针状铁素体的晶核，有助于改善焊接金属的韧性。也就是说，在原始奥氏体晶界上，针状铁素体利用作为它的晶核的Ti氧化物形成。针状铁素体具有有助于结构小型化以改善其韧性的作用。如果在焊接金属中的Ti含量过低，则晶核不能充分形成，因此铁素体变粗导致焊接金属的韧性降低。相反，如果Ti含量过高，则固溶体Ti的量过高，因而焊接金属的强度过高，同时它的韧性降低。来源为钛粉末或钛铁粉末，其质量百分含量为3.0-6.5％。
Ni镍具有使脆性断裂的转变温度转变到更低温度的作用，由此而改善了焊接金属的韧性。然而，过量加入Ni，容易在焊接金属中引起热裂(固化裂纹)。如果焊接金属中Ni含量过低，则焊接金属的韧性不会改善那么多。相反，如果Ni含量过高，则耐热裂性降低。来源于金属镍粉，其质量百分含量为1.0-5.0％。
Mo为了确保焊接金属的强度，钼应适量加入。过量加入Mo会使脆性断裂的转变温度转移到更高温度，从而导致焊接金属的韧性降低。焊接金属中2.0质量％或更低的Mo含量几乎不影响焊接金属的韧性降低。来源于钼粉或钼铁粉末，其质量百分含量为1.5-2.5％。
稳弧剂主要起造气和稳定电弧的作用。其受热分解产生CO2气体和K离子，可以稳定电弧。来源于K2CO3，Na2CO3，等粉末，其质量百分含量为1.0-2.0％。
Al铝以氧化物形式存在于焊接金属中，以阻止原始奥氏体晶界中的Ti氧化物导致的针状铁素体晶核的过多形成。如果Al含量为0.3质量％或更低，则针状铁素体晶核的形成降低。优选地，来源于金属铝粉末，其质量百分含量为0.2-0.8％。
Mn/Si＝1.50-5.00他们都能增加焊缝强度，但是要在一定合理的比例范围内起到联合脱氧等作用，超出这个范围会导致过裂现象，且韧性会受到影响，同时也会影响焊接工艺性能，故而应该控制在1.5-5.0之间。
焊接中选用100％CO2或80％Ar+20％CO2混合气体作为保护气。
本发明的制备方法采用现有技术，包括以下步骤1、将钢带轧成U形，向U形槽中加入占本发明焊丝总重的20-24％的金属粉末药粉；2、将U形槽合口，使药粉包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm，得到最终产品。
四.
具体实施例方式
所有实施例焊丝都是由昆明重机厂制造的“FCWM50药芯拉丝机”制出选用宽度为8-12mm，厚度为0.25-0.4mm的碳钢钢带。先将其轧成U形，再向U形槽中加入粒度为过80目筛子的混合药粉，药粉的填充率(药粉重量占焊丝总重的百分率)为20-24％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。
具体实施方案如下1.选用10×0.35(宽度为10mm，厚度为0.35mm)的H08A碳钢钢带。先将其轧成U形。取钼铁粉末1.5％、镍粉5％、钛铁粉末6.5％、硅铁粉末6％、铝粉末0.8％、锰粉末18％、K2CO3粉末1.5％、其余为铁粉。(所取粉末的粒度为能通过80目的筛子)。将所取各种粉末放入混粉机内混合120分钟，然后将混合粉末加入U形的H08A碳钢钢带槽中，填充率为22％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为2.8mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.85mm、1.73mm、1.60mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm。
2.选用10×0.3(宽度为10mm，厚度为0.35mm)的H08A碳钢钢带。先将其轧成U形。取钼铁粉末1.5％、镍粉2％、钛铁粉末3％、硅铁粉末4％、铝粉末0.3％、锰粉末6％、，Na2CO3粉末1％。其余为铁粉(所取粉末的粒度为能通过80目的筛子)。将所取各种粉末放入混粉机内混合120分钟，然后将混合粉末加入U形的H08A碳钢钢带槽中，填充率为23％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为2.8mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.85mm、1.73mm、1.60mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm。
3.选用9×0.3(宽度为9mm，厚度为0.35mm)的H08A碳钢钢带。先将其轧成U形。取钼铁粉末2.5％、镍粉3.0％、钛铁粉末6％、硅铁粉末6.2％、铝粉末0.8％、锰粉末23％、K2CO3和Na2CO3粉末共2.0％。其余为铁粉(所取粉末的粒度为能通过80目的筛子)。将所取各种粉末放入混粉机内混合120分钟，然后将混合粉末加入U形的H08A碳钢钢带槽中，填充率为21％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为2.8mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.85mm、1.73mm、1.60mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm。
4.选用12×0.3(宽度为9mm，厚度为0.3mm)的H08A碳钢钢带。先将其轧成U形。取钼铁粉末1.8％、镍粉2.8％、钛铁粉末5％、硅铁粉末6％、铝粉末0.6％、锰粉末18％、Na2CO3粉末1.4％。其余为铁粉(所取粉末的粒度为能通过80目的筛子)。将所取各种粉末放入混粉机内混合120分钟，然后将混合粉末加入U形的H08A碳钢钢带槽中，填充率为23％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为2.8mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.85mm、1.73mm、1.60mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm。
A在100％CO2气体保护下选用16MnR为母材进行对接焊接，坡口为60度，板厚为20mm，焊接电流290～330A，焊接电压30～34V，焊接速度6mm/s，气流量21L/min。
焊后熔敷金属化学成分及所占比例如下表焊后熔敷金属化学成分及所占比例如下表
焊后熔敷金属的力学性能如下表
B在80％Ar+20％CO2混合气体保护下选用16MnR为母材进行对接焊接，坡口为60度，板厚为20mm，焊接电流280～320A，焊接电压29～32V，焊接速度6mm/s，气流量19L/min。
焊后熔敷金属化学成分及所占比例如下表
焊后熔敷金属的力学性能如下表
●拉伸试验结果符合GB/T8110标准、ER55-G标准●冲击试验是将各个试件在-30℃温度下，至少进行3次试验取平均值，以上实例数值满足GB/T8110标准、ER55-G标准。
从上述可以看出，本发明的药芯焊丝在焊接16MnR时，接头具有良好的抗拉强度和冲击韧性，能够在我国在煤矿行业及其他高强焊接结构件行业的焊接中应用。
权利要求
1.一种用于高强钢焊接的金属粉芯焊丝，其特征在于，所述的药芯成分质量百分比范围如下Mn6.0-25％，Si4.0-6.2％，Ti3.0-6.5％，Ni1.0-5.0％，Mo1.5-2.5％，Al0.2-0.8％，稳弧剂K2CO3，Na2CO3，之一或者两者的混合物1.0-2.0％，其余为纯铁粉52-83.3％，且其中Mn/Si＝1.5-5.0。
全文摘要
一种用于高强钢焊接的金属粉芯焊丝，属于焊接领域。本发明特征在于，所述的药芯成分质量百分比范围如下Mn6.0－25％，Si4.0－6.2％，Ti3.0－6.5％，Ni1.0－5.0％，Mo1.5－2.5％，Al0.2－0.8％，稳弧剂K
文档编号B23K35/00GK101041213SQ20071009879
公开日2007年9月26日 申请日期2007年4月27日 优先权日2007年4月27日
发明者栗卓新, 刘秀龙, 李国栋, 魏琪 申请人:北京工业大学