[发明专利]一种基于组织均匀化机制的大热输入气电立焊气体保护药芯焊丝

说明书

一种基于组织均匀化机制的大热输入气电立焊气体保护药芯焊丝，包括药芯焊丝外皮及药粉，其中，药芯焊丝外皮采用冷轧薄钢带；药粉占药芯焊丝总质量的15～25％，其成分质量百分比为：钛白粉或金红石中的一种或两种：1～3％，长石：2～6％，水玻璃：1～4％，氧化锂：1～4％，低碳锰铁：4～10％，硅铁：4～8％，铝粉：1～5％，钼铁：2～5％，镍粉：2～6％，稀土硅：4～8％，硼粉：0.05～0.1％，其余为还原铁粉。本发明可应用于中厚钢板100kJ/cm以上大热输入气电立焊接，满足690MPa及以下钢级结构钢中厚板大热输入气电立焊接，最大焊接热输入可以达到300kJ/cm。

技术领域

本发明涉及气体保护药芯焊丝，特别涉及一种基于组织均匀化机制的大热输入气电立焊气体保护药芯焊丝，可应用于100kJ/cm以上大热输入气电立焊接。

背景技术

气电立焊是基于熔化极气体保护焊接的一种特殊的立向上焊接技术，一般采用CO₂气体保护，采用水冷铜滑块或滑板与焊接坡口形成空腔，熔融焊接金属填充空腔后冷却成型。随着当前大型制造业对各种钢结构需求的不断发展，对钢结构焊接质量与效率的要求也越来越高。对于常用钢结构的中厚钢板，通过适当的焊接坡口设计以及焊接工艺参数优化，利用气电立焊可以实现单道焊接一次成型，大大提高了现场施工焊接效率，降低了施工成本。

虽然大热输入气电立焊接在工业应用中具有诸多优势，但其固有的高焊接热输入特点为焊接接头性能带来了很多不利影响。高焊接热输入对焊接热影响区的不利影响可以通过钢材制造过程中成分设计以及控轧控冷轧制技术降到最低，但对焊缝金属的不利影响仍然存在，主要表现在以下几个方面：

第一、大热输入焊接导致的高温停留时间延长使有益合金元素大量烧损，焊缝合金化作用减弱；

第二、高温停留时间延长增加了原始柱状晶粒长大倾向，这种不可逆过程在后续冷却过程中是不能得到有效细化的，晶粒粗化容易引起焊接接头的各种脆化；

第三、冷却速度降低后，容易发生高温固态相变，并生成晶粒粗大的的先共析块状铁素体或魏氏组织。这些因素都将恶化接头性能，特别是塑性和韧性。鉴于此，有必要开发适合于中厚钢板高效大热输入气电立焊接的焊接材料，从熔池冶金反应以及控制后续焊缝金属固态相变的角度出发，改善焊缝金属综合力学性能特别是低温冲击韧性。气体保护药芯焊丝在大热输入气电立焊接中得到了比较广泛的应用。

当前针对大热输入气电立焊药芯焊丝如中国专利申请号201110418387.9、201010596115.3、201010602466.0等公开了几种适于大热输入气电立焊接的气体保护药芯焊丝，大多采用了添加碱土金属氟化物和氧化物辅以适量的金红石造渣，轻金属离子具有稳弧作用，脱氧剂应用了金属粉(Al、Mg、Ti等)，同时添加适量的Ni、Mo等合金剂保证接头性能。然而，其药粉成分体系存在以下问题：

1)添加的碱土金属氟化物(CaF₂)和氧化物(CaO)导致药芯焊丝熔渣碱度升高，从而使熔池铺展性降低，焊缝外观成型难以得到保证；

2)采用了传统的外加合金元素进行焊缝金属合金化的思路，一方面在大热输入焊接过程中阻碍奥氏体晶粒长大，另一方面形成能够促进晶粒内部非均质形核的核心，达到细化晶粒的目的；