一種高強度高韌性耐候鋼用氣體保護焊絲的製作方法

2024-02-19 05:41:15 1

本發明屬於焊接材料領域，尤其涉及焊接高強度且具有高韌性和高耐候性能要求的鋼種的氣體保護焊絲。

背景技術：

氣體保護焊接方法由於具有焊接成本低、節能、生產效率高、焊接工藝性好、便於實現自動化、焊縫質量好等優點而被廣泛應用於車輛船舶、鐵路橋梁、工程機械以及壓力容器等重要結構件的生產製造。近年來，隨著冶煉技術的不斷發展，以及控軋、控冷和微合金化元素的應用，鋼材的性能正向高強度、高韌性及高耐候性的方向發展，以降低材料消耗，減輕結構重量，提高結構性能、安全性及使用壽命。這些高強韌性耐候鋼的生產滿足了鐵路提速減重以及跨海大橋、軍工艦船、石油管線等要求的高耐候性、高強度及高韌性，但是鋼材性能提高的同時，將對其焊接性能提出更高的要求，鋼板焊接接頭必須具有與母材相當的強韌性及耐候性能，這就對焊接接頭，進而對焊接材料提出更高的要求。

現有的焊接材料中能夠保證焊縫金屬的抗拉強度達到550MPa，-40℃下標準衝擊功超過60J，且具有良好的韌性及耐候性的氣體保護焊絲並不多，《高強度高韌性高耐候氣保焊焊絲》(CN1593836)公開的焊絲，其基本化學成分組成為(重量比)：C:0.04-0.12；Si:0.40-0.80； Mn:1.40-2.0；P≤0.020；S≤0.015；Ni:0.40-1.0；Cr:0.20-0.50；Ti:0.06-0.20；Cu:0.30-0.50；B:0.002-0.0079；A1s≤0.02，餘量為Fe及其它不可避免的夾雜。其焊縫金屬具有較好的韌性，並具有一定的耐候性，但其只適用於強度高於700MPa鋼的焊接。

《一種600MPa級氣體保護焊絲》(CN101020279A)，公開的焊絲其基本化學成分組成為(重量比)：C：0.05-0.12；Si：0.40-0.80；Mn：1.60-2.10；Cr：0.15-0.50；Cu：0.10-0.40；Ti：0.08-0.15,S≤0.015；P≤0.020，餘為Fe及不可避免的雜質。其熔敷金屬的抗拉強度大於600MPa，且具有良好的韌性和塑性，但是其不具有耐候性。

《低合金高強鋼用高韌性氣體保護焊絲》(CN1358607A)，公開的焊絲其基本化學成分組成為(重量比)：C：0.05-0.12；Mn：1.20-2.00；Ni：0.60-1.60；Si：0.30-1.20；Cu：0.10-0.50；Cr：0.10-0.60；Ti：0.10-0.20；B：0.002-0.010；S≤0.10；P≤0.20，餘量為Fe及不可避免的雜質元素。具有一定的耐候性能，但是只適用於強度高於700MPa鋼的焊接。

《超低碳高強度氣體保護焊絲材料》(CN1413795A)，公開的焊絲其基本化學成分組成為(重量比)：C：0.01-0.05；Mn：1.00-3.00；Si：0.1-1.0；Ni：2.0-6.0；Mo：0.2-2.5；Ti：0.0l-0.08；B：0.0002-0.008；RE：0.0l-0.5；S≤；P≤0.01；餘量為Fe及其它不可避免的雜質。焊絲材料主要是為了實現施焊後焊縫處金屬冷裂紋的敏感性小、焊縫處金屬與母材性能結果相近的目的，但未能解決高級別耐候系列結構鋼種的相匹配的焊接材料耐大氣腐蝕的問題。

《一種用於高速列車轉向架的耐候氣體保護焊絲》(CN102441745A)，公開的焊絲其基本化學成分組成為(重量比)：C：0.02-0.08、Mn：0.80-1.20、Si：0.20-0.60、Ni：0.60-1.00、Cu：0.20-0.50、Cr≤0.20、Ti≤0.08、S≤0.015、P≤0.015，耐候氣體保護焊絲可採用真空感應爐冶煉生產，亦可採用電爐加爐外精煉方法冶煉生產，只要焊絲最終的化學成分能滿足以上

技術實現要素：
的要求即可；此外，焊絲的整個冶煉生產過程及加工過程與普通的氣體保護焊用焊絲沒有差異。是一種專門使用於CRH3動車組轉向架構架焊接的耐候氣體保護焊絲，解決現有技術中高速列車轉向架的耐候氣體保護焊絲一直依賴於進口，成本較高等問題，該焊絲具有一定的耐候性，但只適用於強度低於500MPa鋼的焊接。

發明內容

本發明的目的在於克服上述問題和不足而提供一種焊接性能穩定、飛濺小、無氣孔、焊縫處金屬抗拉強度超過550MPa，-40℃下標準衝擊功超過60J，適用於550MPa強度級別耐候系列結構鋼種焊接的高強度高韌性耐候鋼用氣體保護焊絲。

一種高強度高韌性耐候鋼用氣體保護焊絲，該焊絲的成分按重量百分比計如下：C：0.03％-0.11％；Mn：0.70％-1.50％；Si：0.25％-0.90％；Ni：0.55％-1.40％；Cu：0.15％-0.45％；Ti：0.05％-0.18％；S≤0.015％；P≤0.020％，餘量為鐵及不可避免的雜質。

構成上述的高強度高韌性耐候鋼用氣體保護焊絲的表面有鍍銅層，鍍銅層中Cu含量佔焊絲總重量的0.05％-0.25％。

本發明的實施是通過混合氣體(80％Ar+20％CO2)保護進行焊接。

本發明焊絲化學成分設計依據如下：

C：是保證焊縫強度的重要元素，但也是焊縫致脆元素，C含量過高會降低焊縫金屬的抗裂性能和衝擊韌性，所以要嚴格控制焊絲中的C含量，因此，在本發明中將C控制在0.03％-0.11％。

Si、Mn：在焊接時起脫氧與強化焊縫作用，Si、Mn通過脫氧反應形成氧化物夾雜或氧硫複合物夾雜，防止引起熱裂紋的鐵硫化物的形成，適當的Si、Mn含量可使焊絲具有優良的焊接工藝性能，因此，在本發明中將Si、Mn控制在Si：0.25％-0.90％，Mn：0.70％-1.50％。

Ni：焊絲中的Ni有利於提高焊縫金屬的低溫衝擊韌性，降低脆性轉變溫度，但Ni含量太高不僅會使焊縫與母材性能差別加大，也將增加焊絲成本，因此，在本發明中將Ni控制在0.55％-1.40％。

Cu：適量的Cu能提高焊縫強韌性及耐大氣腐蝕性能，Cu含量小於0.5％時，以固溶強化方式提高焊縫強度，並提高針狀鐵素體含量，當Cu含量大於0.5％時，以析出方式強化焊縫，但對焊縫韌性不利，因此，在本發明中將Cu控制在0.15％-0.45％。

Ti：焊縫中加入Ti可限制先共析鐵素體的轉變，而擴大針狀鐵素體轉變的區域，從而在焊縫中可穩定獲得大量的針狀鐵素體，焊絲中加入Ti還可以細化焊縫金屬組織，Ti與N具有極高的親和力，Ti與N結合成TiN質點，作為晶核，促使焊縫中針狀鐵素體的形成，另外鈦還能夠改善焊絲的焊接性能，因此，在本發明中，將Ti控制在Ti：0.05％-0.18％。

該氣體保護焊用高強度高韌性耐候焊絲，可採用真空感應爐冶煉生產，亦可採用電爐加爐外精煉方法冶煉生產，只要焊絲最終的化學成分能滿足以上發明內容的要求即可；此外，焊絲的整個冶煉生產過程及加工過程與普通的氣體保護焊用焊絲沒有差異。

本發明的有益效果在於：

1、本焊絲鋼冶煉工藝穩定、易於實施，鋼坯的軋制及焊絲拉撥、鍍銅等性能優良，滿足焊接高強度高韌性高耐候性工程機械、海洋艦船、石油管線、鐵路橋梁、高層建築以及高壓容器等系列鋼種的焊接技術要求。

2、本發明焊絲用於550MPa強度級別鋼種的焊接，採用富氬混合氣體(80％Ar+20％CO2)保護時，熔敷金屬屈服強度ReL≥450MPa，抗拉強度Rm≥550MPa，延伸率A≥25％，-40℃下標準衝擊功AKv≥60J。

3、焊絲具有優良的焊接工藝性能，焊接電弧穩定，飛濺小，無氣孔、成型美觀，適用於全位置焊接。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明作進一步的說明，但不夠成對本發明的任何限制。

本發明中，耐候氣體保護焊絲可採用真空感應爐冶煉生產，亦可採用電爐加爐外精煉方法冶煉生產，只要焊絲最終的化學成分能滿足以上發明內容的要求即可；焊絲的整個冶煉生產過程及加工過程與普通的氣體保護焊用焊絲相同。

本發明中，構成上述的高強度高韌性耐候鋼用氣體保護焊絲的表面有鍍銅層，鍍銅層中Cu含量佔焊絲總重量的0.05-0.25％。

本發明實施例和比較例焊絲的成分見表1。

表1本發明實施例和比較例焊絲的成分(wt％)

以上實施例和比較例的焊絲直徑均為1.2mm，採用80％Ar+20％CO2富氬混合氣體保護焊方法進行焊接試驗，焊接電流為240-280A，焊接電壓為27-29V，焊接速度為5.2-5.5mm/s，保護氣體流量為17-20L/min，焊接的層間溫度為120-250℃。焊後對熔敷金屬進行力學性能測試，本發明實施例和比較例焊絲熔敷金屬力學性能見表2。

表2實施例和比較例焊絲熔敷金屬力學性能

本發明高強度高韌性耐候鋼用氣體保護焊絲熔敷金屬的性能：屈服強度ReL≥450MPa，抗拉強度Rm≥550MPa，延伸率A≥25％，-40℃下標準衝擊功AKv≥60J。