[发明专利]一种低碳高铜高强度气体保护焊焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接材料，特别是一种低碳高铜高强度气体保护焊焊丝。

背景技术

屈服强度大于700MPa高强度钢的焊接首选MIG焊接方法，通常配套使用（2～3）wt％ Ni含量的MnNiCrMo焊丝，其典型代表为美国军标MIL-E-23765-2E中的MIL120S和MIL130S焊丝。该类焊丝的优点是：其合金系已经大量使用并得到验证，其焊缝组织为中温转变组织，含有较多的针状铁素体，焊缝金属强度、塑性及韧性优良；但也存在如下缺点：（1）焊丝中必须添加较高的Si、Mn、 Ni、Cr、Mo等合金元素，已满足高强度的要求，由CEN碳当量公式（公式1）可以看出，这些合金元素含量的增加必然会导致焊缝金属的碳当量增加，对抗冷裂性能及其不利；（2）焊缝的合金含量较高，中温相变会导致一定量的残余奥氏体产生，奥氏体是强氢陷阱，对抗裂性提高有利，但是，一旦此类奥氏体在焊后的时效和拉应力作用下发生分解，其中聚集的氢将促使局部氢致裂纹的产生，产生恶劣的影响。综合考虑上述两个因素，尽量降低焊材中合金元素的含量是焊材开发的最佳选择。借鉴美国含铜HSLA钢发展的经验，高Cu含量焊接材料的研究受到重视，但高Cu焊接材料也易出现偏析严重或易产生热裂纹的问题，需各合金元素间良好配合，即需要一适当Cu元素含量的合金系进行支撑。

CEN=C+A(C)[Si/5+Mn/16+Cu/15+Ni/20+(Cr+Mo+V+Nb)/5，

A(C)=0.75+0.25tanh[2C(C-0.12)                   （1）

美国专利5523540中已在焊材中添加小于1.0%的Cu元素，取代以往Cu含量小于0.25%的状态；W. WANG成功研制出一型含Cu焊接材料，不过由于含有1.0%的Cu对焊缝的抗裂性能和韧性大为不利，该文作者精选的成分剔除了采用1.0%的高Cu含量的可能性，严格采用0.80 wt%的Cu含量；其优化后的焊缝金属成分为： 0.04wt% C, 1.3wt% Mn,2.3wt% Ni, 0.25～0.55wt% Mo, 0.8wt% Cu。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低碳高铜高强度气体保护焊焊丝，属于低碳高铜气体保护焊焊丝，解决高强钢焊缝金属抗裂性差的问题；在焊缝金属强度不变的情况下，采用小于0.075 wt% C、0.5～0.8 wt% Cu代替部分Si、Mn、Ni、Cr、Mo等合金元素，降低焊缝金属的碳当量，使焊缝金属组织以针状铁素体和贝氏体混合组织为主，以减少氢致裂纹敏感性，同时也使焊缝金属强韧性处于合理配合状态。

为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的一种低碳高铜高强度气体保护焊焊丝，焊丝成分为：C：0.04～0.07 wt%；Si：0.35～0.6 wt%；Mn：0.7～1.0 wt%；Cr：0.45～0.7 wt%；Ni：2.0～2.4 wt%；Mo：0.40～0.60 wt wt%；Cu：0.50～0.8 wt%；Ti：0.01～0.05 wt%；其余为Fe以及不可避免的杂质。

其中，C是主要强化元素，对强度有利，但过高对韧性及抗裂性不利，适当降低C含量，可提高抗裂性及韧性；Mn、Si是维持脱氧能力和保证焊接工艺稳定性的必要元素，但必须和高Cu合金化特点匹配使用，尤其是Mn元素应处于较低水平，以避免出现粗大粒状贝氏体的组织而使韧性恶化；Cu是本发明焊丝体现优越综合性能的核心元素，可较大程度降低合金元素总量，适量的Cu可获得低碳当量的针状铁素体和贝氏体、及少量分散的残余奥氏混合组织体，有利于提高焊缝金属的抗冷裂性能，过高的Cu含量会导致焊缝金属组织恶化，出现粗大粒贝和明显的成分偏析，韧性差，而Cu含量偏低则不能起到对组织优化和强化的作用；适量添加Cr、Mo元素可配合Cu元素可起到进一步强化优化组织的作用，获得针状铁素体和贝氏体的混合组织形态，对韧性有利韧性，过多的Cr、Mo则会促进粗大马氏体的形成，恶化韧性；加入微量的Ti元素一方面可提高焊接工艺稳定性，另一方面可降低扩散氢含量。

本发明的一种低碳高铜高强度气体保护焊焊丝，其制备方法加工过程与普通焊丝相同，只要能够保证焊丝成分，表面质量符合一般焊丝要求，对生产过程不作具体要求。

通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：