一種工程機械高速焊用金屬粉芯藥芯焊絲及其焊接方法與流程

2023-05-03 18:10:51 2

本發明屬於焊接材料
技術領域：
，具體涉及一種工程機械高速焊用金屬粉芯藥芯焊絲及其焊接方法。
背景技術：
：金屬粉芯藥芯焊絲具有焊接效率高，焊接工藝好，焊縫成型美觀，焊後熔渣少可連續施焊等特點，熔敷速度可達15.5kg/h。在工程機械行業為了降低設備自重、減少能耗往往採取提高結構強度的措施，目前q500、q550級別鋼板在工程機械焊接中得到大量應用。工程機械製造中因焊接質量及效率的要求，機器人高速自動焊得到越來越多的應用，對配套焊接材料也提出較高要求，尤其需要具有焊接過程電弧穩定、焊縫成型良好、焊後幾乎無熔渣等可以減少焊後清理工作的焊絲。然而當前工程機械行業使用的大部分為高強鋼配套實心焊絲，存在焊接飛濺大、提高焊接電壓焊後熔渣偏多的現象，焊後清理熔渣、飛濺等工作量較大，增加製造周期和成本。由於金屬粉芯藥芯焊絲的藥芯中大部分為鐵合金，市面上現有金屬粉芯藥芯焊絲都是採用在藥芯組分中加入少量的k、na、ti等元素來增加電弧穩定性和減少焊接飛濺的，這類產品雖然因電弧穩定性優於實心焊絲，降低焊接過程中的飛濺，但是由於ti元素的存在，焊道容易變黑、成型不良和焊後熔渣量比實心焊絲要多，同樣增加焊後清理工作。目前在工程機械行業特別是機器人自動焊要求焊後無需清理熔渣即可連續施焊，上述的金屬粉芯藥芯焊絲明顯不適用於工程機械行業的焊後無清渣機器人自動焊接。技術實現要素：本發明的目的是提供一種工程機械高速焊用金屬粉芯藥芯焊絲，使得其焊接後無熔渣，且焊接工藝性能優良。本發明的技術方案是提供了一種工程機械高速焊用金屬粉芯藥芯焊絲，包括鋼帶外皮和包裹在鋼帶外皮內的金屬粉芯，所述金屬粉芯各成分及其在金屬粉芯中所佔的質量百分比含量為：鎳粉11～13％；矽鐵3～4％；鋁鐵1.0～2.0％；矽錳合金12～14％；碳化矽1.5～2.5％；硼鐵4～6％；鈦酸鉀0.3～0.75％；鉬鐵4.5～5.5％；餘量為鐵粉及不可避免的雜質。進一步的，所述金屬粉芯質量佔藥芯焊絲總質量的12.5～13.5％。進一步的，所述鋁鐵中的鋁質量百分比為50～55％；鋁鐵粒度為80～150目。進一步的，所述碳化矽的純度大於99％，且碳化矽的粒度為180～220目。進一步的，所述鈦酸鉀中鉀質量百分比為25～30％，且鈦酸鉀粒度為80～100目。進一步的，所述鉬鐵中的鉬質量百分比為55～60％；鉬鐵粒度為80～120目。進一步的，所述鐵粉中的鐵質量百分比大於99％；鐵粉粒度為150～200目。進一步的，所述金屬粉芯中si元素質量含量為0.3～0.8％，mn元素質量含量為1.0～1.5％，且mn/si質量比為2～3。進一步的，所述鋼帶外皮採用1.0mm厚、14mm寬的spcc鋼帶。另外，本發明還提供了上述工程機械高速焊用金屬粉芯藥芯焊絲的焊接方法，焊接條件為：保護氣體為75～85％ar+15～25％co2的混合氣；焊接電流280～320a；焊接電壓27～28v；焊接速度360～420mm/min。本發明工程機械高速焊用金屬粉芯藥芯焊絲的設計原理如下：本發明採取c-al-si-mn聯合脫氧方式，c、al、si、mn來源於碳化矽、鋁鐵、矽鐵、矽錳合金，其原理為：c、al、si、mn與o元素的親和力大於fe，優先與o發生反應，減少焊縫含氧量提高性能及fe的氧化燒損，增加熔敷效率，同時高溫下細顆粒碳化矽中的c與o結合生成co2進入大氣中，能夠有效減少焊後熔渣生成量；al脫氧能力大於si、mn，有al的存在可減少si、mn的燒損，同時保護b元素不被氧化，促進針狀鐵素體形核，從而確保焊縫金屬具有優良的力學性能。本發明工程機械高速焊用金屬粉芯藥芯焊絲中金屬粉芯各成分的作用如下：鎳粉中含有大量的ni，作為合金劑使用，焊接過程中幾乎全部過渡到焊縫中，焊縫中適量的ni可降低脆性轉變溫度，保證低溫下具有良好的低溫韌性。矽鐵採用75#矽鐵，矽錳合金採用6322矽錳合金；矽鐵、矽錳合金、碳化矽作為脫氧劑，同時具有合金劑作用，適量的si元素(0.3～0.8％)、mn元素(1.0～1.5％)能夠保證藥芯焊絲熔敷金屬強度和低溫韌性，而合適的mn/si比(2～3)能夠保證良好的焊縫成型，因反應過程中放熱加速焊絲融化，提高融化效率，同時可降低熔滴表面張力，減小飛濺，焊縫中含有適量的si還可降低焊縫屈強比。鉬鐵作為合金劑使用，可提高焊縫強度，鉬鐵中的鉬質量百分比為55～60％，焊接過程中幾乎全部過渡到焊縫中，焊縫中少量的鉬存在可使晶粒細化，過量時焊縫強度急劇提高。鋁鐵作為脫氧劑，可減少si、mn合金劑的燒損，有效增加熔敷效率，鋁鐵中的鋁質量百分比為50～55％，用al替代ti時既可保護b元素不被氧化達到細化晶粒的作用，又能保證焊縫的光亮；鋁鐵含量低於1.0％時上述效果不明顯，鋁鐵含量低於2.5％時鐵水流動性差焊縫成型不美觀；鋁鐵為鐵合金，其粒度80～150目之間，流動性好，發塵量少，對焊接技工的健康更有利。碳化矽中含有近30％的c，作為合金劑和脫氧劑使用，當碳化矽粒度180～220目之間時，焊接過程中特別是大規範焊接時，較細粒度的碳化矽有利於c能夠優先與o反應生成co2進入大氣中，有效減少焊後熔渣量，與石墨相比具有良好的耐吸潮性；碳化矽含量低於1.5％時上述效果不明顯，碳化矽含量低於2.5％時熔敷金屬強度過高，低溫韌性變差；另外，選用碳化矽的純度大於99％，高純度碳化矽可以確保c和si的比例穩定。鈦酸鉀作為穩弧劑，含有25～30％鉀，鉀具有較低的電離勢，確保焊接過程具有優良的電弧工藝性，無飛濺產生，減少焊後清理工作。同時k的電弧顏色為純白色，較na、ti等元素黃色的電弧易於觀察熔池及焊道；鈦酸鉀含量低於0.3％時上述效果不明顯，酸鉀含量高於0.75％時電弧發散、吹力過大，容易形成咬邊等缺陷；同時鈦酸鉀為造渣劑，松裝比較金屬粉料輕，故將其粒度控制在80～100目，其流動性更好。鐵粉，鐵粉中的鐵質量百分比大於99％，藥芯組分餘量加入大量的鐵粉有利於提高焊接效率，同時將鐵粉的粒度控制在150～200目，有利於藥芯組分混合時粉料均勻性控制。與現有技術相比，本發明的有益效果：(1)本發明提供的這種工程機械高速焊用金屬粉芯藥芯焊絲具有優良的焊接工藝性，熔敷金屬和焊接接頭綜合性能：屈服強度rp0.2≥550mpa；抗拉強度rm為670～770mpa；伸長率a≥22％；-60℃條件下kv2≥50j。(2)本發明提供的這種工程機械高速焊用金屬粉芯藥芯焊絲焊接過程中採用75～80％的ar和20～25％的co2混合氣體保護焊接，ar比例越高電弧越穩定、焊後熔渣量越少。(3)本發明提供的這種工程機械高速焊用金屬粉芯藥芯焊絲在機器人自動焊接過程中電弧工藝優良，幾乎無飛濺和極少的焊後熔渣量，減少焊後清理工作，有效降低生產周期和節約生產成本。具體實施方式下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。實施例工程機械高速焊用金屬粉芯藥芯焊絲採用常規藥芯焊絲製造工藝製得，鋼帶外皮採用1.0mm×14mm的低硫、磷含量的spcc鋼帶，其化學成分如表1所示，金屬粉芯的配方如表2所示，表1：spcc鋼帶化學成分(％)csimnsp0.0290.0110.240.00790.0085表2：金屬粉芯藥芯焊絲配方(質量百分比％)採用上述對應實施例金屬粉芯藥芯焊絲配合混合氣體(75～85％ar+15～25％co2)保護進行焊接，焊接條件：焊接電流280～320a；焊接電壓27～28v；焊接速度360～420mm/min。對應實施例金屬粉芯藥芯焊絲熔敷金屬化學成分、力學性能及熔渣佔焊材質量百分比如表3所示。表3：由表3可知，本發明本發明的金屬粉芯藥芯焊絲使用75～80％的ar和20～25％的co2保護氣體焊接，其熔敷金屬和焊接接頭綜合性能：屈服強度≥550mpa；抗拉強度為670～770mpa；伸長率≥22％；-60℃條件下，kv2≥50j；電弧穩定且焊後具有極少的熔渣。以上例舉僅僅是對本發明的舉例說明，並不構成對本發明的保護範圍的限制，凡是與本發明相同或相似的設計均屬於本發明的保護範圍之內。當前第1頁12