[发明专利]一种焊前不需预热的高强韧性金属粉型药芯焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体保护焊焊接材料，特别是一种焊前不需预热的高强韧性金属粉型药芯焊丝。

背景技术

药芯焊丝由于具有焊接工艺性好、焊接效率高等优点而在船舶、桥梁和海洋平台等钢结构的建造中得到了广泛应用。随着社会的发展，得到应用的结构钢强度级别越来越高，其配套药芯焊丝的强度也随之提高，由此带来高强度焊缝金属的裂纹敏感性问题日益突出。目前与屈服强度大于590MPa的结构钢相匹配的高强度药芯焊丝较少，且焊接前均需要采取预热措施，有时甚至需要采取后热措施，才能保证焊缝金属不会产生裂纹。例如：

1）中国专利申请号200610014242.1一种低氢高韧性酸性药芯焊丝中，涉及的药芯焊丝为熔渣型而非金属粉型，其熔敷金属屈服强度较低在460~540MPa左右，不能满足屈服强度大于590MPa结构钢的强度要求。

2）中国专利申请号201110131892.5一种超低氢低温钢用酸性药芯焊丝中，涉及的药芯焊丝为熔渣型而非金属粉型，其熔敷金属屈服强度在500~570MPa左右，与屈服强度大于590MPa结构钢强度不相匹配。

3）中国专利申请号201110105018.4一种高强度高韧性金属粉芯型药芯焊丝和专利ZL200710054660.8一种高强度金属芯型无缝药芯焊丝中，涉及的药芯焊丝熔敷金属屈服强度较高在785MPa以上，这种药芯焊丝与屈服强度590MPa级别钢强度不相匹配，不仅焊接前需要预热，而且焊后还需采取后热措施，才能保证焊缝金属不产生裂纹。

检索目前现有的焊丝专利，尚没有焊接前不需预热的、与屈服强度大于590MPa结构钢相匹配的药芯焊丝。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种焊前不需预热的高强韧性金属粉型药芯焊丝，通过药芯配方的优化设计，使得高强度熔敷金属具有较高的低温韧性，同时控制熔敷金属中的扩散氢含量处于超低氢水平，从而达到屈服强度大于590MPa的高强度药芯焊丝焊接时无需预热的目的。

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：

本发明的一种焊前不需预热的高强韧性金属粉型药芯焊丝，由钢质外皮和药芯两部分组成，钢质外皮占焊丝总重的79~84%，药芯占16~21%；

钢质外皮采用宽度为12~14mm、厚度为0.6~1.0mm的冷轧碳素钢钢带制造，其重量百分比化学成分为：C 0.02~0.055%，Si 0.005~0.0085%，Mn 0.15~0.35%，其余为铁和不可避免杂质元素；

药芯由纯金属粉、铁合金粉、氟硅酸钾与稀土氧化物组成，药芯成分及其重量百分比组成为：金属镍粉12~18%，金属锰粉2~4%，硅铁3~7%，钼铁2~6%，钛铁0.8~2.5%，中碳锰铁1~5%，氟硅酸钾0.3~1.5%，稀土氧化物0.3～1.5％，且氟硅酸钾和稀土氧化物的总量为0.8~2.5%，其余为铁粉。

具体的，稀土氧化物的技术指标要求二氧化铈的含量在99.5％以上。

具体的，硅铁的硅含量为40~47%；钼铁的钼含量为55~60%；钛铁的钛含量为30~35％；中碳锰铁的碳含量为0.8~1.5%、锰含量为78~85%。

金属镍粉：焊缝金属中镍的主要来源。镍是焊缝金属中重要的合金元素，对提高强度有一定的贡献，但作用有限，最主要的作用是可有效提高焊缝金属的低温韧性，降低韧脆转变温度。在本药芯焊丝的药芯中含量过低对强度和低温韧性均不利，含量过高对强度和低温韧性也无益，同时会增大热裂敏感性。考虑到不同填充率的影响，限定药芯中金属镍含量为12~18%。

金属锰粉：焊缝金属中锰的主要来源之一。锰是重要的脱氧剂，可有效降低焊缝金属含氧量，同时也是焊缝金属中重要的合金元素。在本发明药芯焊丝的药芯中含量过低会导致强度不足、脱氧不充分，含量过高会导致焊缝金属冲击韧性恶化。考虑到不同填充率的影响，限定药芯中金属锰含量为2~4%。

硅铁：焊缝金属中硅的主要来源。硅是重要的脱氧剂，可有效降低焊缝金属含氧量，同时也是焊缝金属中重要的强化元素。在本发明药芯焊丝的药芯中含量过低会导致脱氧不充分、液态熔池流动性差、焊接工艺性变差，含量过高会导致强度过高、韧性恶化。考虑到不同填充率的影响，限定药芯中硅铁含量为3~7%，优选硅含量为45%的硅铁。