CN102773629B

CN102773629B - 一种焊接性能优良的co2气体保护焊丝

Info

Publication number: CN102773629B
Application number: CN201210234846.2A
Authority: CN
Inventors: 黄治军; 李立军; 胡家国; 钟如涛; 方要治
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2032-07-09
Also published as: CN102773629A

Abstract

一种焊接性能优良的CO₂气体保护焊丝，其组分及重量百分比含量为：C：0.05～0.12%，Si：0.70～1.10%，Mn：1.60～1.90%，P≤0.020%，S：0.04～0.59%，Ti：0.10～0.20%，Als：0.02～0.05%，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明不仅焊丝钢冶炼工艺、轧制和拉拔工艺稳定可靠，更主要是单道焊缝成形平展，宽高比达到5.5及以上，焊缝表面波纹细小，成形良好，飞溅小，并特别适用于对缝成形有高要求的工件焊接，其具有较好的应用前景。

Description

一种焊接性能优良的CO2气体保护焊丝

技术领域

本发明涉及一种金属焊接用的焊丝，具体属于一种焊接性能优良的CO₂气体保护焊丝。

背景技术

CO₂气保焊成本低、效率高，在普通结构的焊接中得到广泛应用。但它的主要缺点是焊接工艺性能不好，除焊接飞溅大外，还容易出现焊缝成形不良的情况，即焊缝表面波纹大，焊缝宽高比较小，在焊趾处存在较高的应力集中，甚至形成焊趾缺陷。目前常用的CO₂焊丝为H08Mn2Si及AWS ER70S-6，甚至ER70S-G，都不同程度地存在这样的问题。

以上问题虽然一直存在，经过业界的努力也有一定的改进，但由于现代焊接结构及金属制品对焊缝质量的要求越来越高，对焊缝成形等焊接工艺性能提出了更高的要求。在常用的焊接工艺条件下，现在的焊丝焊缝的宽高比已经达到了4.0以上，但在薄板焊接、快速气保焊等场合，这样的宽高比仍然不够，难以得到合格的焊缝，且焊接飞溅的改进还有很大的潜力。

在我国，对焊缝力学性能的研究较多，大部分的专利都以提高焊缝强度和韧性为主要目标，而对诸如焊缝宽高比、焊接飞溅等工艺性能的研究较少。[袁玉兰，王惜宝，朱冬妹等，活化CO₂气体保护焊的研究.焊管.2006(1).-35-39]详细研究了自制的活性焊丝对CO₂气体保护焊的影响。其使用活性剂可以使焊接飞溅率大大降低，焊缝熔深增加，熔宽增大，深宽比增加，熔滴以细颗粒过渡。活性剂的加入在降低了混合气体有效电离电压的同时显著增加了CO₂电弧的导电能力，使电弧能量密度增加，从而使中等电流下的熔滴过渡方式由大颗粒过渡转变成细颗粒过渡；焊缝成型的变化是电弧收缩与表面张力变化双重作用的结果。但是该方法也只能使焊缝的宽高比达到约4.15，且表面涂敷活性剂的方法不方便也不稳定。

CO₂气保焊接时，CO₂气体将会和焊丝中的脱氧元素Si、Mn及其它活性合金元素发生强烈的氧化反应，形成Mn、Si、Ti、Al等的氧化物，这些氧化物将从焊缝熔融金属中逸出，在焊缝表面形成一层薄薄的焊渣。这样焊缝熔融金属的化学成分及焊渣成分将会直接影响熔融金属的流动性，从而影响焊缝的成形。熔融金属流动性较好时，焊缝宽高比较大，焊缝成形较好。焊接飞溅是在熔滴过渡时在电弧反压及化学反应等因素的作用下发生的。在一定的含量范围内，随着钢中活性组分氧、硫含量的增加，焊缝铁水流动性增加，焊缝表面变得更为平滑，焊缝宽高比增加。因此通过改变焊丝的化学成分是提高焊丝焊接工艺性能的途径之一。

发明内容

本发明要解决现有的气体保护焊丝焊接工艺性能不好，存在焊接飞溅大、焊缝成形差的问题，提供一种单道焊缝成形平展，宽高比达到5.5及以上，焊缝表面波纹细小，成形良好，飞溅小，并适用于对缝成形有高要求的工件焊接的CO₂气体保护焊丝。

实现上述目的的措施：

一种焊接性能优良的CO₂气体保护焊丝，其组分及重量百分比含量为：C：0.05～0.12%，Si：0.70～1.10%，Mn：1.60～1.90%，P≤0.020%，S：0.04～0.059%，Ti：0.10～0.20%，Als：0.02～0.05%，其余为Fe及不可避免的杂质。

优选的：C：0.05～0.10%；最优选的：C：0.05～0.08%。

优选的：S：0.046～0.059%。

本发明中各组分及主要工艺的作用及控制的理由：

C：对焊缝金属具有强化作用，但在CO₂气保焊中，易与CO₂气体作用生成CO气体，在熔融金属中聚集后爆炸形成飞溅。综合考虑，范围为0.05~0.12%较佳。

Si：在CO₂气保焊中具有较强的脱氧作用，还能增加焊缝强度，是CO₂气体保护焊中不可缺少的合金元素。但焊缝中Si含量太高时会影响焊缝的韧性。焊丝中Si的重量百分比含量0.70~1.10%。

Mn：是焊缝强韧化的有效元素，同时也是脱氧元素，能防止引起热裂纹的铁硫化物的形成。焊丝中Mn含量为1.60~1.90%。

Ti：是较活泼元素，在与CO₂气体作用后形成的Ti化物能改变熔滴金属表面活性，从而促进熔滴的有效过渡，减少飞溅。Ti还有利于在焊缝中形成微细的Ti化合物，细化焊缝晶粒。其含量为0.10~0.20%。

S：在一般情况下S被认为是是有害元素，但S却有利于提高熔滴或熔融金属表面活性，使熔融金属易于展开，从而非常有利于焊缝得到较大的宽高比。S虽然会增加焊缝热裂纹倾向，但是，焊缝热裂纹往往易产生于窄而高的单道焊缝，在焊缝凝固时，低熔点的S化物聚焦于焊缝的中心而产生热裂纹。而当焊缝为宽而低时，焊缝中不易形成热裂纹。因此，只要将S控制在合适的范围内，其作用可以得到充分利用。综合考虑，S含量为0.04~0.059%。

Als：如果要求焊缝具有较高韧性，Als的含量应予控制。但是本技术的实验证明，焊接飞溅随Als含量的增加而降低。综合考虑，Als含量为0.02~0.05%。

本发明与现有技术相比，不仅焊丝钢冶炼工艺、轧制和拉拔工艺稳定可靠，更主要是单道焊缝成形平展，宽高比达到5.5及以上，焊缝表面波纹细小，成形良好，飞溅小，并特别适用于对缝成形有高要求的工件焊接，其具有较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明利用小线能量焊接的焊缝状态图

图2为现有技术利用小线能量焊接的焊缝状态图

图3为本发明利用大线能量焊接的焊缝状态图

图4为现有技术利用大线能量焊接的焊缝状态图

图5为本发明利用小线能量焊接的表面质量图

图6为现有技术利用小线能量焊接的表面质量图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的成分取值列表；

表2为焊接试验工艺参数；

表3为本发明各实施例及对比例的焊接现象列表；

表4为本发明各实施例及对比例焊丝熔敷金属拉伸性能、硫化物及焊缝组织列表。

本发明各实施例按照以下常规步骤生产：

其步骤：

若采用真空冶炼，按照常规冶炼工艺进行，即将主要合金硅铁及锰铁进行配比，抽真空通电加热化钢，加Al预脱氧，在精炼期加入钛铁。冶炼的典型成分如表1所示。将钢锭轧制成Ф5.5mm盘条。若采用转炉冶炼，采用Si铁和Mn及铝脱氧，炉后加Si-Mn、低碳Mn-Fe（或金属Mn-Fe）等。加入罐内的铁合金必须干净、干燥。在精炼时（Ar站）按根据成分要求加入钛铁及铝锭，并进一步调整成分。控制N 的含量，对冶炼工艺无其它特殊要求，连铸成200×200(mm)方坯，并将方坯轧制成Ф5.5mm盘条。本技术实施例采用的是50kg真空炉冶炼，但并不仅限于真空炉。

将方坯轧制成Ф5.5mm盘条。经剥壳、酸洗、拉拔至Ф1.2的丝，表面化学镀铜后经压模制成焊丝。采用试验焊丝进行CO2焊接工艺试验，在10mm厚平板上进行堆焊。

表1 本发明各实施例及对比例的成分取值列表

编号	C	Si	Mn	P	S	Ti	Als
								1	0.07	0.91	1.78	0.015	0.059	0.13	0.031
2	0.05	1.09	1.60	0.010	0.041	0.10	0.039
								3	0.12	0.72	1.88	0.010	0.046	0.17	0.020
4	0.10	0.98	1.70	0.010	0.046	0.17	0.020
								5	0.063	0.83	1.76	0.013	0.048	0.12	0.025
6	0.086	0.94	1.65	0.012	0.055	0.14	0.030
								7	0.098	0.75	1.87	0.012	0.043	0.16	0.035
8	0.11	0.97	1.63	0.011	0.057	0.15	0.026
								对比1	0.08	0.85	1.76	0.011	0.010	0.13	0.010
对比2	0.09	0.90	1.87	0.011	0.015	/	0.005

表2 焊接试验工艺参数

	电流(A)	电压(V)	焊速(cm/min)
				工艺1	260	27	28
工艺2	340	32	32

表3 CO2焊后外观描述

表4 本发明各实施例及对比例的理化性能检验结果列表

从各附表及附图可以看出，本发明焊丝焊接工艺性能改进十分明显，焊缝具有较大的宽高比，且焊接飞溅较少。焊缝抗拉强度达到520~550MPa，延伸率也较高。焊丝虽然含有较高的S，但焊缝中的硫化物夹杂仍为0级，金相组织为针状铁素体+先共析铁素体。这就是说，本技术在焊接工艺性能获得明显提高的同时，其它性能仍与现有焊丝相当，因而整体性能明显提高。

从图1~6还可以看出，本发明的焊丝与对比焊丝相比较，其特点在于除了宽而平展外，焊缝的熔深也比较浅。同等焊缝面积上浪费在母材上的能量减少，也会减少母材的应形与应力，节约能源、材料及人力成本，焊接质量提高。

本发明焊丝所用合金体系合理，盘条冶炼、轧制及焊丝拉拔工艺容易实现。批量生产时可采用转炉或电炉炼钢、方坯连铸、线材轧制厂轧制盘圆，然后在焊丝生产厂制造出所需规格的镀铜焊丝。

Claims

1.一种焊接性能优良的CO₂气体保护焊丝，其组分及重量百分比含量为：C：0.05～0.12%，Si：0.91～0.98%，Mn：1.70～1.90%，P≤0.020%，S：0.055～0.059%，Ti：0.16～0.20%，Als：0.026～0.031%，其余为Fe及不可避免的杂质。