[发明专利]一种抗过热堆焊用高散热性高强钢气保焊药芯焊丝

说明书

本发明公开了一种抗过热堆焊用高散热性高强钢气保焊药芯焊丝，包括药芯和焊丝外皮，焊丝外皮为低碳钢带，钢带宽度为8–12mm，厚度为0.4–1.0mm；焊丝的药芯部分按照质量百分比计为：Mn：1.4–2.4％、C：0.4–0.8％、CaFsubgt;2/subgt;：0.1–0.6％、BaFsubgt;2/subgt;：0.1–0.6％、Ti：0.15–0.3％、Si：0.1–0.25％、SiOsubgt;2/subgt;：0.1–0.3％、TiOsubgt;2/subgt;：0.1–0.4％、Crsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;：0.1–0.2％、La：0.04–0.08％、Pr：0.03–0.06％、Ce：0.03–0.05％，余量为雾化铁粉。本发明通过化学反应的平衡特性改善焊缝的散热性，在不影响组织性能的情况下熔池表面平均凝固速率提高20％以上，过热组织体积百分比降低5％以下，在同等级的力学性能要求下保证焊丝在更高热输入工作。

技术领域

本发明属于金属材料加工焊接领域，具体涉及一种抗过热堆焊用高散热性高强钢气保焊药芯焊丝。

背景技术

我国目前处于产业升级阶段，智能化焊接也逐渐被普及，但是在厚板的焊接过程中，常常因为热量的逐层累积，焊接下一道时温控系统的等待时间加长，工作效率降低且易形成过热组织，所以从材料的角度出发，解决焊材焊接凝固的散热性问题显得尤为重要。

药芯焊丝以钢带做外皮，内部药芯部分可根据工程需要灵活配置，这便为通过控制合金及其合金化合物的配比，来达到控制焊缝凝固散热体系提供可能。另外焊接过程中因为药芯焊丝高的电流密度，所以熔敷速率高于同等级的实心焊丝，符合焊接的高效化生产诉求。

高强钢堆焊过程中层间温度的控制一般是靠焊接工艺实现，尚未研发出一种焊材通过自身的冶金特性来达到层间温度的控制，基于此，本发明提供一种抗过热堆焊用高散热性高强钢气保焊药芯焊丝填补这个空白。

发明内容

本发明提供一种抗过热堆焊用高散热性高强钢气保焊药芯焊丝，所述焊丝包括药芯和焊丝外皮；所述焊丝外皮为低碳钢带，宽度为8–12mm，厚度为0.4–1.0mm；

所述焊丝的药芯部分按照质量百分比计为：Mn：1.4–2.4％、C：0.4–0.8％、CaF₂：0.1–0.6％、BaF₂：0.1–0.6％、Ti：0.15–0.3％、Si：0.1–0.25％、SiO₂：0.1–0.3％、TiO₂：0.1–0.4％、Cr₂O₃：0.1–0.2％、La：0.04–0.08％、Pr：0.03–0.06％、Ce：0.03–0.05％，余量为雾化铁粉。

本发明的设计思路是：运用焊接过程中合金元素易发生氧化反应，预先药芯中加入合适比例的几种易被氧化的合金元素对应的氧化物促进反应逆向进行，减少金属原子失电子的吸热反应，最终导致焊缝中存在更多的合金元素而不是合金化合物，合金比合金化合物的热导率高；另外加入的氟化物与SiO₂反应促进气相生成，降低凝固体系温度，两者综合作用提高焊缝的散热性，加快焊缝凝固速率，在相同时间内达到目标层间温度所需的时间更短，附加的稀土元素Re对夹杂物的球化作用减弱凝固速率加快对韧性的不利影响。

其中各成分作用如下：

SiO₂：可与CaF₂和BaF₂反应，气态的SiF₄，带走了熔池中的一部分热量，起到降温的作用，再与气相中的氢原子和水蒸气发生反应，生成HF气体，起到脱氢降温的作用。

TiO₂：一方面可以和SiO₂复合形成网格型熔渣，利于焊缝凝固过程中的散热，另一方面因为TiO₂的存在，会阻碍合金元素Ti的烧损。