專(zhuān)利名稱(chēng)：氣體保護(hù)焊用管狀焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于管狀焊絲的發(fā)明，具體說(shuō)是關(guān)于填充以氧化鈦為基的焊劑，以二氧化碳或氬氣和二氧化碳?xì)獾幕旌蠚怏w作為保護(hù)氣體使用的氣體保護(hù)焊用的管狀焊絲的發(fā)明。
特別是對(duì)沖擊值要求嚴(yán)格的船級(jí)標(biāo)準(zhǔn)III級(jí)(III級(jí)-20℃時(shí)大于55J)、鋁鎮(zhèn)靜鋼等的低溫用鋼(-40℃～50℃時(shí)大于28J)焊接金屬存在問(wèn)題，難以應(yīng)用。
因此采用填充堿性焊劑使焊接金屬低溫沖擊值得到一定程度的滿(mǎn)足，但產(chǎn)生操作性方面全方位焊接不穩(wěn)定、生成的焊接飛濺和焊接煙塵(Fume)增加等問(wèn)題。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的特征為氣體保護(hù)焊用的管狀焊絲是在用低碳鋼的軟鋼做外皮(Sheath)，在中間填充以氧化鈦系為基的焊劑，上述焊劑含有焊絲總重的4.0～8.0％的TiO2、1.0～3.0％的Mn、0.1～1.0％的Si、0.002～0.02％的B、0.2～0.45％的Mg、0.15～0.3％的Al。
其中希望上述的Mg含量為上述Al的1.45倍以上、1.55倍以下。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明[

圖1]為表示用于本發(fā)明實(shí)施例和對(duì)比例進(jìn)行操作性試驗(yàn)使用的仰焊試樣的軸向視圖。
為表示用于本發(fā)明實(shí)施例和對(duì)比例進(jìn)行焊接部位高溫裂紋試驗(yàn)使用的試樣的平面圖。
為圖2a沿A-A線(xiàn)的斷面圖。
《符號(hào)說(shuō)明》1母材2、4焊道3試驗(yàn)板材5約束臺(tái)6襯墊陶瓷材料D焊接方向在本發(fā)明中，在軟鋼做的外皮中填充的焊劑分別由具有電弧穩(wěn)定劑、熔渣形成劑、脫氧劑、合金添加劑等功能的材料配制而成。
其中考慮到熔渣包敷性能和流動(dòng)性能，作為氧化物的TiO2成分含量(以下為重量％)占焊絲總重的4.0～8.0％。
此外把作為脫氧劑的Fe-Mn、Me-Mn、其他的Mn的鐵合金等加入焊劑中，把它們換算成Mn含量占焊絲總重為1.0～3.0％的范圍。
從脫氧功能和熔渣的粘度考慮，要添加Fe-Si、Fe-Si-B等，其比例為換算成Si含量占焊絲總重為0.1～1.0％的范圍，B含量占焊絲總重為0.002～0.02％，熔渣包敷性能和流動(dòng)性能穩(wěn)定，可以穩(wěn)定地全方位焊接，而且也能提高低溫沖擊值。
為了改善電弧穩(wěn)定性和焊道形狀添加Mg和Al，通過(guò)使Mg含量相對(duì)于Al含量的比(Mg/Al)滿(mǎn)足(1)式，可以提高電弧穩(wěn)定性和會(huì)聚能力，使上述焊劑的各功能進(jìn)一步提高，可以容易地進(jìn)行全方位焊接，特別是能提高低溫沖擊韌性。
1.45≤Mg/Al≤1.55 (1)式另一方面作為使用的原料可以添加Mg-Al、Me-Mg、Fe-Al、Me-Al等。
下面對(duì)本發(fā)明的焊劑中數(shù)值限定的原因做詳細(xì)說(shuō)明。
氧化鈦系焊劑的主要成分TiO2是非常重要的成分，起到熔渣形成劑功能和電弧穩(wěn)定劑功能，作為熔渣形成劑具有非常好的包敷性和剝離性。
可是上述TiO2低于4.0％時(shí)得不到良好的焊道外觀(guān)和形狀，電弧包敷性差，電弧穩(wěn)定性惡化，產(chǎn)生焊接飛濺的量增加。超過(guò)8.0％的話(huà)擔(dān)心生成過(guò)多熔渣，熔渣層變厚，非金屬夾雜物在熔池中上浮過(guò)程中殘留下來(lái)，混入熔渣。
作為提供TiO2的原料礦石可以使用金紅石型粗礦石(rutile sand)和還原的鈦鐵礦，或氧化鈦、白鈦石(leucoxene)等。
作為脫氧劑添加的Mn主要起到脫氧劑的作用，同時(shí)減少焊接金屬的氧含量還起到提高低溫韌性的附加作用。
可是上述Mn低于1.0％時(shí)，脫氧能力不足，所以電弧不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生氣孔。此外超過(guò)3.0％的話(huà)，強(qiáng)度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，容易產(chǎn)生高溫裂紋。
因此Mn含量占焊絲總重為1.0～3.0％比較合適，原料可以使用Fe-Mn、Me-Mn、Si-Mn等。
作為脫氧劑添加的Si減少焊接金屬內(nèi)的氧，變成SiO2形式的熔渣，流動(dòng)性和包敷性都好，而且調(diào)整熔渣的粘度后使仰焊更容易。
可是低于0.1％時(shí)，其作用不充分，脫氧能力差，會(huì)產(chǎn)生因生成氣孔造成的焊接缺陷，由于熔渣的包敷性和粘度不夠，造成仰焊時(shí)使用性能差。超過(guò)1.0％的情況下，焊接金屬內(nèi)Si含量增加，促進(jìn)形成σ相，產(chǎn)生低溫韌性惡化的相反的效果，所以必須予以注意。此外由于產(chǎn)生焊接飛濺和產(chǎn)生焊接煙塵的量增加，希望限定在占焊絲總重的1.0％以下，原料有Fe-Si、Fe-Si-Mn等。
B起到使焊接金屬組織細(xì)化，提高低溫韌性的作用，超過(guò)限定范圍的話(huà)，使金屬快速硬化，產(chǎn)生高溫裂紋，所以需要特別關(guān)注其使用量。
因此上述B的限定范圍最好在占焊絲總重的0.002～0.02％。
Mg具有電弧穩(wěn)定劑和強(qiáng)脫氧劑的功能，在電弧中通過(guò)瞬時(shí)氧化反應(yīng)變成MgO，MgO使熔渣的凝固點(diǎn)上升，所以仰焊時(shí)可以得到焊滴不下垂的焊接的外觀(guān)。
可是低于0.2％時(shí)其效果很小，超過(guò)0.45％時(shí)產(chǎn)生焊接飛濺的量增加，熔渣形成弱，再加上焊道形狀?lèi)夯?，所以把其含量限定在占焊絲總重的0.2～0.45％。
Al具有脫氧劑的功能，利用Fe-Mn、Fe-Si的復(fù)合作用有助于熔渣的形成，防止熔融金屬下垂。
可是超過(guò)0.3％的情況下，焊道的形狀?lèi)夯?，電弧的感覺(jué)也硬，低溫韌性降低，其添加量最好為0.15～0.3％。
上述Mg和Al添加的比例Mg/Al大于1.45、小于1.55的話(huà)，本發(fā)明的主要特征之一的全方位焊接性能提高，仰焊可以更方便。由于電弧穩(wěn)定使焊接效率提高，用鋁鎮(zhèn)靜鋼能夠得到適用于-40℃水平的低溫韌性值在50J以上。
可以說(shuō)利用Mg和Al這種適當(dāng)?shù)慕M合能夠使其他脫氧劑的功能提高，同時(shí)可以調(diào)整熔渣的熔點(diǎn)，使全方位的適應(yīng)性好?？墒窃诒景l(fā)明要求的范圍以外的情況下，即使其他的成分滿(mǎn)足焊劑組成比例，其效果也要減少一半。
下面用本發(fā)明的實(shí)施例和對(duì)比例詳細(xì)進(jìn)行比較和說(shuō)明。(實(shí)施例)在軟鋼外皮的內(nèi)部填充的焊劑成分和組成比例在本發(fā)明設(shè)計(jì)的限定范圍內(nèi)的焊絲為實(shí)施例，至少有一種以上的焊劑在設(shè)計(jì)限定范圍以外的焊絲作為對(duì)比例，制作了試樣。
表1中表示實(shí)施例和對(duì)比例焊劑的組成比例。
制造填充率為15％、直徑1.2mm的試樣，并進(jìn)行評(píng)價(jià)。
然后用制造的焊絲按表2所示的焊接條件進(jìn)行試樣焊接，確定了焊接時(shí)電弧的穩(wěn)定性、焊接飛濺生成量、熔渣的剝離性和焊接煙塵生成量。


表[2]

仰焊如圖1所示的T形試樣進(jìn)行連續(xù)的焊道多層堆積，焊接時(shí)熔融金屬下垂程度和焊接后焊道下垂等用肉眼觀(guān)察，其結(jié)果示于表3(圖中符號(hào)1為母材、2為焊道、D為焊接方向)。
表[3]

注◎非常好 ○良好 △一般 ×不好*在焊接首層或焊口多發(fā)焊道破裂焊接部位性能的評(píng)價(jià)是按船級(jí)社的規(guī)定制作焊接金屬力學(xué)物理性能試驗(yàn)的試樣，表4表示用于制作試樣的焊接條件。
焊接部位的高溫裂紋試驗(yàn)用與力學(xué)物理試驗(yàn)用的板材相同的鋼種，制作成圖2a和圖2b所示的試樣，根部間隔6mm，在250A/31V條件下以每分鐘24cm的焊接速度進(jìn)行焊接，然后去除熔渣，用液浸法確定了是否有裂紋(圖中符號(hào)3為試驗(yàn)板材、4為焊道、5為約束臺(tái)、6為襯墊的陶瓷材料、D為焊接方向)。
拉伸試驗(yàn)、低溫沖擊試驗(yàn)和高溫裂紋試驗(yàn)的結(jié)果示于表5。



如上述表1所示，焊劑結(jié)構(gòu)中化學(xué)成分組成比例在本發(fā)明要求的限定范圍內(nèi)的實(shí)施例1至實(shí)施例8的焊絲，具有優(yōu)良的焊接操作性能，同時(shí)在仰焊時(shí)也不會(huì)有熔融金屬的下垂和焊滴的下垂，能夠得到非常好的外觀(guān)。
此外抗拉強(qiáng)度滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)，-40℃低溫沖擊韌性也得到滿(mǎn)足美國(guó)焊接協(xié)會(huì)(AWS)規(guī)定的值。
而在高溫裂紋試驗(yàn)中，也得到在焊接金屬的焊道上不產(chǎn)生裂紋的良好的結(jié)果。
可是在本發(fā)明的焊劑結(jié)構(gòu)和組成比例中，一種以上偏離到焊劑限定范圍以外的對(duì)比例表現(xiàn)出使用上操作性差，力學(xué)物理性能中的沖擊值達(dá)不到要求。
特別是在對(duì)比例9中作為脫氧劑的Mn不足，以及Mg/Al的比在要求的限定范圍以外的情況下，由于脫氧能力不足造成的氣泡產(chǎn)生頻率增加和電弧的穩(wěn)定性差，而由于仰焊時(shí)產(chǎn)生焊滴的下垂，造成焊接效率降低。
對(duì)比例10的情況是操作性大體良好，不能滿(mǎn)足低溫沖擊要求的水平，焊道的形狀也表現(xiàn)為稍有不齊的狀態(tài)。
對(duì)比例11的情況是TiO2和Mg/Al比在限定范圍以外的情況，由于熔渣不足造成包敷性惡化，熔融熔渣的粘度不足造成仰焊時(shí)焊滴下垂。
對(duì)比例12至對(duì)比例15是Mg/Al比超過(guò)要求的限定范圍的情況，焊接煙塵生成量增加，出現(xiàn)焊道偏，再加上帶來(lái)與本發(fā)明追求的焊接性能相反的效果，特別是對(duì)比例15和對(duì)比例16的情況，由于超過(guò)B的含量帶來(lái)產(chǎn)生的焊道裂紋增加的結(jié)果。
像上述說(shuō)明的那樣，采用本發(fā)明的氣體保護(hù)焊用管狀焊絲具有全方位焊接操作性良好，同時(shí)得到低溫韌性好的焊接金屬的效果。
此外由于有良好的焊道形狀和電弧的穩(wěn)定性，而且焊接飛濺生成量最少，所以具有焊接效率非常高的效果。
權(quán)利要求
1.氣體保護(hù)焊用管狀焊絲的特征為用低碳鋼的軟鋼做外皮，在中間填充以氧化鈦系為基的焊劑，上述焊劑含有焊絲總重的4.0～8.0％的TiO2、1.0～3.0％的Mn、0.1～1.0％的Si、0.002～0.02％的B、0.2～0.45％的Mg、0.15～0.3％的Al。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)焊用管狀焊絲，其特征為上述的Mg含量為上述Al的1.45倍以上、1.55倍以下。
全文摘要
提供一種使用上操作性和低溫沖擊值優(yōu)良的氣體保護(hù)焊用的管狀焊絲。氣體保護(hù)焊用的管狀焊絲是在用低碳鋼的軟鋼做外皮(Sheath),在中間填充以氧化鈦系為基的焊劑,上述焊劑含有焊絲總重的4.0～8.0%的TiO
文檔編號(hào)B23K35/368GK1380160SQ0210605
公開(kāi)日2002年11月20日 申請(qǐng)日期2002年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月9日
發(fā)明者金宗元 申請(qǐng)人:基斯韋爾株式會(huì)社