[发明专利]用于大热输入气电立焊气体保护焊丝的药芯及气体保护焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊丝，尤其涉及一种药芯焊丝。

背景技术

目前，随着船舶制造、海洋工程、储罐及大载重桥梁行业的迅速发展，对高强度特厚钢板的需求日益增多。相应地，为了提高现场施工的焊接效率，同时降低施工成本，大热输入气电立焊技术在这些领域得到了越来越多的应用。气电立焊接技术可以根据不同的钢材壁厚及坡口型式和尺寸，通过焊接热输入单道来完成焊接。较之于多层多道焊接，采用气电立焊接技术可以大幅度地提高焊接施工的效率，并且大大地降低焊接施工的投入成本。

如上文所述，采用大热输入气电立焊接技术对于特厚钢板进行焊接时能够大幅度地提高效率，并大大地降低焊接成本，然而，当焊接热输入达到100kJ/cm以上时，焊缝金属与焊接热影响区峰值温度将升高，高温停留时间将延长，焊后冷却速度则变慢，由此会导致焊接接头组织与性能的恶化。焊接接头组织与性能的恶化主要包括：1)高温停留时间延长使得有益的合金元素烧损的程度升高，焊缝合金化作用减弱；2)高温停留时间延长增加了奥氏体晶粒长大的倾向，而奥氏体晶粒长大后不能在后续冷却过程得到有效地细化，这属于不可逆过程，晶粒粗化容易引起焊接接头的各种脆化；3)冷却速度变慢后，容易发生高温固态相变，并生成粗大的先共析块状铁素体或魏氏组织，从而使得对焊接接头塑性和韧性有利的低温固态相变发生的可能性降低。上述情况都将恶化焊接接头的组织和性能，尤其是会恶化焊接接头的塑性和韧性。

公开号为CN101396777A，公开日为2009年4月1日，名称为“气电立焊用药芯焊丝”的中国专利文献公开了一种气电立焊用药芯焊丝。该焊丝含有：C：0.03～0.07wt.％，Si：0.3～0.6wt.％，Mn：1.8～2.0wt.％，Ni：0.9～1.2wt.％，Mo：0.3～0.8wt.％，Ti：0.10～0.27wt.％，B：0.008～0.014wt.％，Mg：0.15～0.30wt.％，Al：≤0.05wt.％，P≤0.025wt.％，S≤0.025wt.％，熔渣生成剂：1.0～2.0wt.％，熔渣生成剂中的F：0.4～0.7wt.％。该中国专利文献所公开的技术方案是通过降低药芯焊丝熔渣含量来提高熔敷效率，并通过药粉内部的合金种类与成分设计以保证焊接工艺性能和接头力学性能，主要是对Cr、Mo与Ni等合金元素进行合理的配比。由于药芯焊丝中的合金含量较高，因此焊缝金属冷裂纹敏感指数Pcm值会达到0.22，高含量的Cr、Mo也增加了焊缝金属淬硬的倾向。此外，合金元素的各种析出物的阻碍位错运动也会造成焊接接头延伸率的下降。

公开号为102554519A，公开日为2012年7月11日，名称为“适合大线能量强迫成型的药芯焊丝及其制备和使用方法”的中国专利文献记载了一种适合大线能量强迫成型的高效药芯焊丝及其制备和使用方法。该药芯焊丝包括外包钢带和填充焊剂两部分，填充焊剂的组分(按质量百分比计)为C：0.03～0.06，Si：0.25～0.70，Mn：1.3～2.0，Ni：0.1～0.7，Mo：0.1～0.4，Ti：0.01～0.1，B：0.003～0.01，Mg：0.01～1.1，Al：≤0.1，造渣剂5～10，其余为Fe和不可避免的杂质；药芯焊丝内填充焊剂量占焊丝总质量的15～25％。

公开号为CN102554495B，公开日为2014年9月10日，名称为“高韧性电气焊自保护药芯焊丝”的中国专利文献公开了一种高韧性电气焊自保护药芯焊丝。由钢带和焊药构成，焊药包裹于钢带内，焊药占焊丝总重量的重量系数为0.2～0.3，按重量百分比计，钢带中：C：0.01～0.055％；Si：0.01～0.03％；Mn：0.10～0.30％；Al：0.005～0.060％；P：0.007～0.015％；S：0.007～0.015％；余量为Fe。按照焊药总重量计：氟化物：2.0～6.0％；氧化物：1.0～4.0％；碳酸盐：0.2～1.0％；Mn：1.0～4.0％；Si：0.2～1.2％；Ni：0.4～2.0％；Mo：0.1～1.0％；Cr：0.05～0.2％；V：0.05～0.2％；余量为Fe。

上述两种专利文献所公开的药芯焊丝采用了碱土氟化物和金红石造渣，轻金属离子具有稳弧作用，脱氧剂采用了金属粉(Al、Mg、Ti等)，同时添加适量的Ni、Mo等合金剂来保证最终焊接接头的性能。然而，在实际使用过程中，此类药芯焊丝的适用范围相对较窄。

由此，需要获得一种焊接热输入适用范围广且能与焊接的热输入实现优化匹配的焊丝，其不仅能够保证焊接时的焊接工艺性能，而且经焊接后的焊缝金属的各项力学性能良好。

发明内容