一种还原钛型钛酸型药芯焊丝及其焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，尤其涉及一种还原钛型钛酸型药芯焊丝及其焊接方法。

背景技术

药芯焊丝具有良好的焊接工艺性能，应用越来越广泛，其应用技术也越来越成熟，应用领域也在不断扩张，从造船行业逐步扩张到技术要求更加严苛的桥梁和海洋工程领域，并扩张到机械制造、建筑等行业。钛酸型药芯焊丝的应用愈发广泛，金红石作为钛酸型药芯焊丝渣系的主要成分，其添加量较高，而我国缺乏金红石这种矿产资源，导致钛酸型药芯焊丝的产能低、成本高。我国具有丰富的钛铁矿资源，通过工艺处理得到还原钛，可作为药芯焊丝的药粉原料，因此成本较低廉。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种还原钛型钛酸型药芯焊丝，包括碳钢外皮及填充于所述碳钢外皮的药芯，所述药芯包括按药芯总质量百分比计的如下组分：还原钛51～55％、金红石6～8％、长石5～8％、氟化钠2～3％、硅铁2～4％、Mn 15～19％、镁铝合金4～6％、B 0.025～0.045％，余量为Fe及不可避免的杂质。

进一步地，所述还原钛包括按还原钛总质量百分比计的如下组分：TiO

进一步地，所述还原钛和金红石中的TiO

进一步地，所述碳钢外皮占药芯焊丝总质量85～86％，药芯占药芯焊丝总质量14～15％。

进一步地，所述碳钢外皮占药芯焊丝总质量85.5～86％，药芯占药芯焊丝总质量14～14.5％。

进一步地，所述药芯包括按药芯总质量百分比计的如下组分：还原钛51％、金红石8％、长石8％、氟化钠2.2％、硅铁4％、Mn 15.5％、镁铝合金6％、B0.025％，余量为Fe及不可避免的杂质。

进一步地，所述药芯包括按药芯总质量百分比计的如下组分：还原钛55％、金红石6％、长石6.5％、氟化钠2.5％、硅铁3％、Mn 17％、镁铝合金4％、B0.030％，余量为Fe及不可避免的杂质。

进一步地，所述药芯包括按药芯总质量百分比计的如下组分：还原钛52％、金红石8％、长石8％、氟化钠2.7％、硅铁2％、Mn 18％、镁铝合金5％、B 0.045％，余量为Fe及不可避免的杂质。

进一步地，所述药芯包括按药芯总质量百分比计的如下组分：还原钛54％、金红石6.5％、长石5％、氟化钠2.8％、硅铁3％、Mn 18％、镁铝合金4.5％、B 0.035％，余量为Fe及不可避免的杂质。

另外，本发明还提供了如上还原钛型钛酸型药芯焊丝的焊接方法，以CO

本发明提供的还原钛型钛酸型药芯焊丝中药芯成分的设计原则如下：

还原钛及金红石，还原钛和金红石的主要成分为TiO

还原钛中的FeO可直接作为造渣剂，但因FeO降低了熔渣的表面张力，使其流动性较大，为了提高熔渣表面张力，将增加脱氧剂如Mn、Mg或Al(镁铝合金)。

硅铁是主要脱氧剂，硅铁中Si含量为40～60％，药芯中含有一定量的Si能降低焊缝金属的氧含量，提高低温冲击韧性，调节铁水的流动性；硅铁加入量低于2％时会导致脱氧不足，焊缝金属强度和低温冲击韧性不能满足要求，加入量超过4％时会提高铁水流动性，因还原钛中FeO也会提高铁水流动性，因此需控制硅铁占所述药芯粉料总重量的百分比为2～4％。

Mn，Mn是主要脱氧剂，降低焊缝金属的含氧量，同时还可推迟奥氏体的转变温度，有助于焊缝生成纹理结构，提高低温冲击韧性；当Mn加入量低于15％时会导致脱氧不足，当加入量超过19％时会使焊缝强度过高；因此，本发明中控制Mn占所述药芯粉料总重量的百分比为15～19％。

镁铝合金，镁铝合金是强脱氧剂，提高冲击韧性；加入量少于4％时提高低温冲击韧性能力及脱氧能力不足，大于6％时由于脱氧产物含有镁的氧化物使熔渣的熔点上升导致凝固速度加快，不利于焊缝气体的排除，也会造成立焊成形变差，因此，本发明中控制镁铝合金占药芯粉料总重量的百分比为4～6％。当添加量在4～6％之间时，脱氧产物氧化镁及氧化铝均有利于立焊成型。

B：极低含量的B元素即可大大推迟先共析铁素体和珠光体在奥氏体中的形成，细化晶粒，提高低温冲击韧性；B元素加入量少于0.025％，效果不明显，B元素加入量超过0.045％，硼化物易偏析，对低温冲击韧性不利；因此，本发明中控制B占所述药芯粉料总重量的百分比为0.025～0.045％。

氟化钠是去氢剂，降低焊缝扩散氢含量；加入量少于2％时去氢能力不足，焊缝易产生气孔压坑；加入量超过3％时焊接飞溅和烟尘增大，影响焊接工艺性能；因此，本发明中控制氟化钠占药芯粉料总重量的百分比为2～3％。

Fe即铁粉，能改善电弧状态，调节铁水熔点和粘度，余量加入。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)本发明提供的还原钛型钛酸型药芯焊丝，具有成本低廉，原材料易得的优势，实现药芯焊丝产能自主可控；

2)本发明提供的还原钛型钛酸型药芯焊丝，通过对药芯组分的调整，力学性能及工艺性能优良，其熔敷金属抗拉强度大于490MPa，延伸率大于22％；在-20℃具有优异的低温冲击韧性，均值可高达90J，扩散氢含量低于10ml/100g，具有优良的抗裂性能；

3)本发明提供的还原钛型钛酸型药芯焊丝，满足焊接操作工艺性能要求，适用于全位置焊接，焊接工艺性能优良，焊缝成形美观。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种还原钛型钛酸型药芯焊丝，包括碳钢外皮及填充于所述碳钢外皮的药芯，所述药芯包括按药芯总质量百分比计的如下组分：还原钛51～55％、金红石6～8％、长石5～8％、氟化钠2～3％、硅铁2～4％、Mn15～19％、镁铝合金4～6％、B 0.025～0.045％，余量为Fe及不可避免的杂质。药芯采用现有药芯生产设备及生产方法制备，碳钢外皮为碳钢钢带，可采用常规的碳钢钢带。

优选的，所述碳钢外皮占药芯焊丝总质量85.5～86％，药芯占药芯焊丝总质量14～14.5％。

通过具体实施例对本发明作进一步的说明：

实施例1-5为5种不同配方的药芯粉料，其中药芯粉料占药芯焊丝总质量的14.0～14.5％。表1为药芯粉料的组分及含量，表2为药芯焊丝熔敷金属化学成分，表3为熔敷金属力学性能。

表1各实施例药芯粉料的组成(质量百分比％)

采用上述5个实施例的药芯粉料制备药芯焊丝，药芯焊丝的制备方法与现有技术相同，并对药芯焊丝进行熔敷金属理化性能试验，试板坡口、尺寸、取样方法与位置均按照标准进行。在焊接过程中，以CO

对各实施例所制备的药芯焊丝的扩散氢测试(水银法)，扩散氢含量均小于10ml/100g，具有优良的抗裂性能。

对各实施例所制备的药芯焊丝进行抗裂性试验，试件厚度20mm，焊接单层且静置48小时后，焊缝表面、端面及根部均无裂纹。

各实施例所制备的药芯焊丝的熔敷金属化学成分测试，结果如表2所示；各实施例所制备的药芯焊丝的熔敷金属力学性能测试，结果如表3所示。

表2熔敷金属化学成分(质量百分比％)

表3熔敷金属力学性能

综上所述，本发明提供的还原钛型钛酸型药芯焊丝的熔敷金属的化学成分、力学性能及扩氢含量均能满足焊接材料的设计要求。

本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神和范围。尽管已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为此实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。