CN108296667A

CN108296667A - 一种用于水下焊接的药芯焊丝以及制备方法

Info

Publication number: CN108296667A
Application number: CN201810147271.8A
Authority: CN
Inventors: 解宏伟; 盖新清
Original assignee: Qingdao Runqian Hi-Tech Co Ltd
Current assignee: Qingdao Runqian Hi-Tech Co Ltd
Priority date: 2018-02-12
Filing date: 2018-02-12
Publication date: 2018-07-20
Anticipated expiration: 2038-02-12
Also published as: CN108296667B

Abstract

本发明公开了一种用于水下焊接的药芯焊丝以及制备方法，药芯焊丝由外皮和药芯组成，其特征在于：外皮为低碳钢，药芯由氧化物、碳酸盐、氟化物、金属粉末组成；氧化物为氧化钙、氧化镁、氧化钛、氧化铁、氧化硅的混合物；氟化物为氟化钙、氟化锂、氟化钡的混合物；碳酸盐为碳酸钙、碳酸镁、碳酸镁的混合物；金属粉末为硅、铝、钛、镁、镍、铁、锰、硼的混合物。药芯焊丝使水下湿法焊接具有电弧稳定，飞溅少，熔渣剥离性优，焊缝成型性好，焊缝组织的性能优良的特点。

Description

一种用于水下焊接的药芯焊丝以及制备方法

技术领域

本发明属于焊丝技术领域，具体涉及一种用于水下湿法焊接的药芯焊丝。

背景技术

水下焊接在海洋工程的建设中起着重要的作用。随着我国海上钻井平台、海底石油管线、跨海大桥等各种现代海洋工程建设的发展，对于高质量高效率的水下焊接技术的需求越来越迫切。

水下焊接技术一般可分为干法、湿法及局部湿法焊接。其中湿法焊接是指焊接材料直接与水相接触，在水中引弧并维持电弧在不断产生的气泡中燃烧的焊接技术，以其成本低廉、操作方便、操作效率高等优点，成为水下焊接技术的研究热点，具备广阔的发展前景。

根据焊接材料的不同，水下湿法焊接可以分为焊条电弧焊、实心焊丝焊接和药芯焊丝焊接。焊条电弧焊和实心焊丝焊，在焊接时需要频繁更换焊条，导致焊接效率很低，且接头质量难以保证。药芯焊丝焊接可以根据药芯的药粉比例使得焊丝的适用范围增加。

药芯焊丝中的药芯能起到稳弧的作用，改善操作性能和保护作用，添加合金元素可以改善接头性能，目前的湿法焊接使用的药芯焊丝的成分主要是造渣型和金属型，造渣型又分为钛渣型和钙渣型及两者的混合型，金属型具有低渣性，工艺性能优良、熔敷效率高。

当进行湿法水下焊接时，由于水的存在造成可见度差、氢含量高容易使焊缝产生气孔、压力大导致焊接电弧不稳定、焊后冷却速度过快易导致焊接裂纹等问题。药粉制备是水下药芯焊丝制作过程中最重要的环节，影响电弧稳定性和最终的焊接质量。

专利201310061500.1提出一种自保护药芯焊丝，改善了焊缝形貌和减少焊缝的氢氧聚集，但是目前没有提出同时解决焊缝裂纹、焊接飞溅和熔渣剥离性能的技术方案。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种工作性能稳定的用于水下湿法焊接的药芯焊丝，最终实现优化焊缝组织及其性能。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种用于水下焊接的药芯焊丝，由外皮和药芯组成。药芯重量占焊丝总重量的10-20％，其余为外皮。

优选的，所述外皮为低碳钢带。

进一步优选的，所述低碳钢钢带中硫、磷含量占焊丝质量百分比低于0.04％。

进一步优选的，所述低碳钢外皮上不存在成为吸湿性原因的狭缝状间隙。

优选的，所述药芯由氧化物、碳酸盐、氟化物、金属粉末及不可避免的杂质组成。各组成组分占药芯焊丝的质量百分比为：氧化物8-25％，氟化物1-7％，碳酸盐1-9％，金属粉末5-15％。

进一步优选的，所述氧化物为氧化钙、氧化镁、氧化钛、氧化铁、氧化硅一种或多种混合物。各氧化物占药芯焊丝质量百分比为：CaO 0-5％，MgO 0-5％，TiO₂ 2-10％，Fe₂O₃2-10％，SiO₂ 0-3％。

进一步优选的，所述氟化物为氟化钙、氟化锂、氟化钡一种或多种混合物。各氟化物占丝质量百分比为：CaF₂ 0.1-3％，LiF 0-2％，BaF₂ 0.1-2％。

进一步优选的，所述碳酸盐为碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡一种或多种混合物。各碳酸盐占丝质量百分比为：CaCO₃ 0.5-3％，MgCO₃ 0-3％，BaCO₃ 0.5-3％。

进一步优选的，所述金属粉末为硅、铝、钛、镁、镍、铁、锰、硼一种或多种混合物。各金属粉末占丝质量百分比为：Si 0-1％，Al 0.1-2％，Ti 0-5％，Mg 0.1-2％，Ni 0.1-2％，Mn0.1-5％，Fe 0.1-10％，B 0-5％。

药芯焊丝的使用温度-10-35℃。

各组分的作用机制：

氧化物和氟化物形成焊渣，焊渣构成焊缝的基本组分，焊渣覆盖也可以有效缓和熔敷金属的冷却速率，提高焊缝的韧性和抗拉强度、减少裂纹；合金元素改善焊缝的性能，使电弧稳定，飞溅少，脱渣容易；氟化物提高焊接的稳定性；碳酸盐具有保护作用。

氟化物的作用：焊丝中添加氟化物可以利用氟与氢发生反应生成HF来减少焊缝中H的含量，防止氢致裂纹的发生。氟化锂可以有效地降低焊缝中的N含量。氟化钙、氟化钡都是很好的造渣剂、造气剂。但氟化钡比氟化钙的蒸汽压小，可以使飞溅和烟尘减少；氟化钡可以支持很短的电弧，一方面更容易控制熔池，另一方面又减少了焊接时熔滴吸收氮和氢的机会，使焊丝更适应水下环境。本申请利用氟化钙、氟化锂、氟化钡的混合协同作用，进一步强化氟化物造渣和稀渣的作用，稳定电弧的同时，提高其冶金去氢能力。

合金元素的作用：通过改善接头的力学性能，可以减少水下焊接时的断弧时间，提高熔敷金属的强度和韧性。加入合金元素钛、硅、镁、硼，均具有强脱氧作用，是对焊接金属的低氧化有效的元素。高温下还可以与氮生成氮化钛、氮化硼等，抑制氮元素进入焊缝，进而减少氮元素的危害作用。同时氮化钛、氮化硼的熔点高，可作为熔池金属凝结时的结晶中心起到细化晶粒的效果，减少裂纹。Ti-B，Al-B联合作用，提高了淬透性，降低了晶界能，增大了晶界的结合强度。

碳酸盐：碳酸盐分解为氧化物和二氧化碳，二氧化碳气体对焊接过程形成保护的作用。

碳酸钡的作用：在造渣、造气、稳定电弧、调整熔渣物理性能、改善脱渣性和压涂性能方面都有一定的改善作用。使渣系得到熔点适中，又具有一定张力和粘度的熔渣，可使焊道的焊缝顺畅，具有抑制在焊接接头部发生应力集中的效果。起到减少裂纹、稳定电弧的作用。

一种用于水下焊接的药芯焊丝的制备方法：

1、将不同比例的药芯组分用磨粉机磨碎，过筛机后，将各组分混合均匀得到药芯组合物；

2、将低碳钢钢带轧成U形；

3、将步骤1)得到的药芯组合物加入步骤2)得到的U形槽内；

4、将步骤3)得到的U形槽合口。

5、将步骤4)得到的装有药芯的钢带轧辊成药芯焊丝。

优选的，步骤1)中的筛机的目数为60-80目。

优选的，药芯焊丝的直径为1.0-2.0mm。

药芯制备方法的作用机制：

药芯成分混合均匀，并且粒度为60-80目，药粉的颗粒度在一定范围内可以使氧化物更好的发挥作用。当颗粒度较细小时，药粉的致密度较大，在焊接的过程中能更好的发挥作用，同时使焊接的接头具有更好的均匀性，颗粒度在一定的范围内，可以避免更细小的药粉飞溅。

在拉拔工艺中在药芯焊丝表面涂敷一层分子级别厚度的全氟聚醚润滑油，以达到顺利送丝的目的。

本发明的有益效果：

1)本申请制备的药芯焊丝进行水下焊接时，电弧稳定、飞溅小，焊接性能优良、焊缝成形美观。

2)本申请制备的药芯具有减少焊缝裂纹、焊接飞溅少和熔渣剥离性能好的特点

3)本发明制备方法有利于水下焊接过程的进行，简单、高效、实用性强，易于推广。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为实施例1的焊芯的焊接面示意图

图2为对比例2的焊芯的焊接面示意图

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例1

一种用于水下湿法焊接的药芯焊丝，该药芯焊丝药芯成分按占焊丝重量百分比为：氧化钙1.0％，氧化镁1.0％，氧化钛7.5％，氧化铁4.0％，氧化硅0.4％，氟化钙0.5％，氟化锂0.2％，氟化钡1.5％，碳酸钙1.8％，碳酸镁0.8％，碳酸钡0.8％，锰1.0％，镍0.7％，铝0.4％，铁4.0％，硅0.4％，钛0.6％，镁0.4％，硼0.2％。

实施例2

一种用于水下湿法焊接的药芯焊丝，该药芯焊丝药芯成分按占焊丝重量百分比为：氧化钙1.0％，氧化镁1.0％，氧化钛7.0％，氧化铁5.2％，氧化硅0.4％，氟化钙1.5％，氟化锂0.6％，碳酸钙1.8％，碳酸镁0.8％，锰1.8％，镍1.2％，铝0.4％，铁4.0％，硅0.4％，钛0.6％，镁0.4％，硼0.2％。

实施例3

一种用于水下湿法焊接的药芯焊丝，该药芯焊丝药芯成分按占焊丝重量百分比为：氧化钙1.0％，氧化镁1.0％，氧化钛8.0％，氧化铁4.2％，氧化硅0.4％，氟化钙0.7％，氟化锂0.3％，氟化钡1.1％，碳酸钙1.8％，碳酸镁0.8％，碳酸钡0.8％，锰1.0％，镍0.8％，铁5.0％，硅0.4％，钛0.6％。

实施例4

1、将药芯的各组分用磨粉机磨碎，过60目筛机后，将各组分混合均匀得药芯组合物20g。

2、将低碳钢钢带80g轧成U形。

3、将步骤1)得到的药芯组合物加入步骤2)得到的U形槽内。

4、将步骤3)得到的U形槽合口。

5、将步骤4)得到的装有药芯的钢带轧辊成药芯焊丝。

对比例1

与实施例1的区别为不含有氧化硅、碳酸钡、镁和硼。

表1

对比例2

与实施例1的区别为不含有氧化硅、碳酸钡、钛、硼。

由对比例1和实施例1的对比可知本申请制备的药芯具有熔渣剥离性能好的特点；对比例2中出现了细微的裂纹，由对比例2和实施例2的对比可知本申请制备的药芯具有减少裂纹的作用。本申请的药芯各组分协调作用，氧化物与碳酸盐一起形成熔渣覆盖焊缝，添加碳酸盐、氟化物和金属元素等都具有提高焊缝性能的作用，熔渣与添加的碳酸盐、金属元素等一起配合具有改善裂纹问题的作用，同时提高了熔渣剥离性能。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种用于水下焊接的药芯焊丝，其特征在于，由外皮和药芯组成，药芯重量占焊丝总重量的10-20％，其余为外皮；药芯由氧化物、碳酸盐、氟化物、金属粉末组成；各组成组分占药芯焊丝的质量为：氧化物8-25％，氟化物1-7％，碳酸盐1-9％，金属粉末5-15％。

2.根据权利要求1所述的一种用于水下焊接的药芯焊丝，其特征在于：所述外皮为低碳钢带；

优选的，所述低碳钢钢带硫、磷含量占焊丝质量百分比低于0.04％；

优选的，所述低碳钢外皮上不存在成为吸湿性原因的狭缝状间隙。

3.根据权利要求1所述的一种用于水下焊接的药芯焊丝，其特征在于：所述氧化物为氧化钙、氧化镁、氧化钛、氧化铁、氧化硅一种或多种混合物；各氧化物占药芯焊丝质量为：CaO0-5％，MgO 0-5％，TiO₂ 2-10％，Fe₂O₃ 2-10％，SiO₂ 0-3％。

4.根据权利要求1所述的一种用于水下焊接的药芯焊丝，其特征在于：所述氟化物为氟化钙、氟化锂、氟化钡一种或多种混合物；各氟化物占丝质量百分比为：CaF₂ 0.1-3％，LiF0-2％，BaF₂ 0.1-2％。

5.根据权利要求1所述的一种用于水下焊接的药芯焊丝，其特征在于：所述碳酸盐为碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡一种或多种混合物；各碳酸盐占丝质量百分比为：CaCO₃ 0.5-3％，MgCO₃ 0-3％，BaCO₃ 0.5-3％。

6.根据权利要求1所述的一种用于水下焊接的药芯焊丝，其特征在于：所述金属粉末为硅、铝、钛、镁、镍、铁、锰、硼一种或多种混合物。

7.根据权利要求6所述的一种用于水下焊接的药芯焊丝，其特征在于：所述各金属粉末占丝质量百分比为：Si 0-1％，Al 0.1-2％，Ti 0-5％，Mg 0.1-2％，Ni 0.1-2％，Mn 0.1-5％，Fe 0.1-10％，B 0-5％。

8.一种用于水下焊接的药芯焊丝的制备方法，其特征在于：具体步骤为：

1)将不同比例的药芯组分用磨粉机磨碎，过筛机后，将各组分混合均匀得到药芯组合物；

2)将低碳钢钢带轧成U形；

3)将步骤1)得到的药芯组合物加入步骤2)得到的U形槽内；

4)将步骤3)得到的U形槽合口；

5)将步骤4)得到的装有药芯的钢带轧辊成药芯焊丝；

优选的，所述药芯焊丝表面涂敷一层分子级别厚度的全氟聚醚润滑油。

9.根据权利要求8所述的一种用于水下焊接的药芯焊丝的制备方法，其特征在于：步骤1)中的筛机的目数为60-80目。

10.根据权利要求8所述的一种用于水下焊接的药芯焊丝的制备方法，其特征在于：步骤2)中药芯焊丝的直径为1.0-2.0mm。