[发明专利]一种用于结构连接的金属粉芯焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接材料，尤其涉及一种用于结构连接的金属粉芯焊丝及其制备方法。

背景技术

随着焊接结构向大型化、高参数化方向的发展，中厚度以上的焊接结构件数量剧增。目前采用的焊接工艺一般是埋弧焊、气体保护焊、焊条电弧焊、气电立焊等。开发高效化的焊接材料和焊接工艺是提高焊接生产率、降低成本、提高焊接质量的重要途径。药芯焊丝以成分调整方便、适合于气体保护焊、埋弧焊、气电立焊等多种焊接方法、熔敷效率高、易于自动焊而成为目前最有发展前途的焊接材料。

药芯焊丝由薄壁钢管和其内部填充的混合粉末构成。药芯焊丝的制造工艺涉及各种粉末的混合，以及随后将混合粉末填加到具有一定形状的金属外皮中，随后拉拔到最终尺寸及卷绕。

药芯中合金或金属粉末的组成、配比、均匀性以及填充率对药芯焊丝的工艺性能、使用性能等有重要影响。药芯焊丝，特别是金属粉芯焊丝(亦称金属芯药芯焊丝、金属型药芯焊丝)所用药粉以混合均匀的纯金属和合金粉末为主。2001年《焊接技术》杂志第3期刊登的论文“新型金属芯药芯焊丝的开发和应用”指出，金属芯药芯焊丝是近年来国际发展的新趋势，目前日本和美国已把少渣型金属芯药芯焊丝作为研究和开发的重点之一。金属芯药芯焊丝是相对于熔渣型药芯焊丝而言的，它的药芯大部分是金属粉(铁粉、脱氧剂)，药粉中金属粉不小于80％～90％，而金属粉中铁粉占1/2以上，只有少量的稳弧剂和造渣剂。之所以被评价为“代替实芯焊丝的焊材”，是因为它既有渣量少的实芯焊丝的长处，又兼备高熔敷速度、低飞溅型药芯焊丝的长处，而且氢含量可以很容易地限制在很低的水平，使抗裂性能得到提高。金属芯药芯焊丝与实芯焊丝或普通的药芯焊丝相比，生产率提高，焊缝质量好，填充金属的费用低，减少了清理费用。1997年《焊接技术》杂志第6期刊登的论文“高效的金属型药芯焊丝SQJ50MX”介绍了一种金属型药芯焊丝，该焊丝的药芯中加入大量铁粉，大幅度提高焊丝的熔敷效率；加入纯金属和合金粉末进行脱氧、合金化；加入少量稳弧剂，起减少飞溅、改善焊缝成型的作用。公开号CN101041213A的发明专利“一种用于高强钢焊接的金属粉芯焊丝”，其药粉是纯金属粉末、合金粉末和稳弧剂混合而成的。

结构连接用的金属粉芯焊丝，为了保证熔敷金属的强度、韧塑性等力学性能指标，需要在药芯中加入脱氧、合金剂，与铁粉的加入量相比，其所占比例较小。采用目前通用的机械混粉工艺，脱氧、合金剂、铁粉等由于比重存在差异，混粉时比重大的容易沉积到下面，从而影响到药粉的均匀性，最终将影响药芯焊丝的质量和稳定性。目前国内外药芯焊丝的核心部分—药芯是有关矿物和金属微粒的机械混合体，其致命弱点是药芯的化学成分均匀性差，吸潮性大，严重影响焊接过程的稳定性、熔滴过渡的均匀性和焊接接头的质量(见1998年第1期《金属学报》“非晶态药芯焊丝药芯材料”)。

钢铁企业在生产板材过程中，由于定尺的需要大约产生钢产量5％左右的板头和板边，钢材用户也会产生一定量的边角料。这些板头、板边目前多作为废钢处理了，有的回炉、有的用于小部件制造，回炉造成合金元素的大量烧损，没有充分发挥其成分、性能稳定，杂质含量少的优越性。

随着钢铁冶金企业冶炼技术和装备水平的提高，高洁净、高强度、高韧性板材的产量日益增加，这类板材生产过程中产生的板头、板边杂质(S、P、N、O等)含量较低，有益的合金元素含量较多且稳定，符合焊接材料用钢的要求。如DB590钢的化学成分(质量百分比)为：C 0.067％、Si 0.305％、Mn 1.439％、P 0.019％、S 0.008％、Nb 0.041％、Cu 0.108％、Ti 0.021％、B 0.0010％；X70钢的化学成分(质量百分比)为：C 0.06％、Si 0.25％、Mn 1.46％、P 0.012％、S 0.003％、Mo 0.22％、Ni 0.20％、Cu 0.22％(DB590钢和X70钢内容详见专利CN1152767C)。