本發(fā)明涉及焊接材料領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)度耐候鋼用金屬粉芯型無縫藥芯焊絲。
背景技術(shù)：
耐候鋼最大的特點(diǎn)為具有防腐作用的Cu、P、Cr、Ni等合金元素，且含量不是很高。由于這種鋼耐大氣腐蝕性能遠(yuǎn)高于普通碳鋼，因而在國(guó)外廣泛應(yīng)用于集裝箱、橋梁、汽車、鐵路車輛和建筑等制造行業(yè)，屈服強(qiáng)度超過450MPa的Q450NQR1、Q500NQR1高強(qiáng)耐候鋼廣泛應(yīng)用于鐵路車輛制造。高強(qiáng)度耐候鋼除了有高強(qiáng)韌性的要求，還要求有高的焊接效率和耐候性能，相應(yīng)地，其配套焊接材料在強(qiáng)度、塑韌性、耐候性及可焊性等方面也應(yīng)有較高性能，達(dá)到與母材相匹配的目的，熔敷金屬要具有較高的低溫韌性要求：-40℃沖擊大于60J。目前耐候鋼焊接主要使用實(shí)心焊絲，而金屬粉芯無縫藥芯焊絲除了具有實(shí)心焊絲的所有優(yōu)點(diǎn)外，另外還具有焊接工藝性好，電弧穩(wěn)定、無飛濺的特點(diǎn)。金屬粉芯型藥芯焊絲具有熔敷效率高，多層多道焊不用清渣，大大提高工作效率?，F(xiàn)有的焊接材料中能夠保證焊縫金屬的屈服強(qiáng)度達(dá)到500MPa，且具有良好的韌性、塑性及耐候性的金屬粉芯藥芯焊絲并不多。
專利申請(qǐng)?zhí)枺?01510606269.9、公開號(hào)CN 105081609A 公開了一種耐候鋼用高強(qiáng)高韌性全位置焊氣保護(hù)藥芯焊絲，采用的是有縫鈦型渣系非金屬粉芯藥芯焊絲。專利申請(qǐng)?zhí)?01010138808.8、公開號(hào)CN101804529A公開了一種50公斤級(jí)全位置焊耐火耐候鋼藥芯焊絲，其實(shí)施例給出的熔敷金屬?zèng)_擊功為常溫，沒有-40℃的沖擊功給出說明。國(guó)外專利檢索：Flux cored wire for gas shielded arc welding of high strength steel 公開號(hào) US 2011073570 A1 該專利公開了一種熔渣型高強(qiáng)鋼用藥芯焊絲；Meta cored wire for gas shielded arc welding having excellent zinc primer resistant performance and low temperature impact toughness 公開號(hào)：US 6476356 B2該專利公開了一種用于鍍鋅鋼板的金屬粉芯型藥芯焊絲。
經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中未見有相關(guān)的用于采用Ar-CO2混合氣體保護(hù)，屈服強(qiáng)度為500MPa的高強(qiáng)度耐候鋼焊接用的金屬粉芯型無縫藥芯焊絲。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度耐候鋼焊接用的金屬粉芯型無縫藥芯焊絲，該焊絲適應(yīng)于采用Ar-CO2混合氣體保護(hù)焊接，其熔敷金屬屈服強(qiáng)度可達(dá)到500MPa以上，且-40℃沖擊功大于60J。
本發(fā)明的一種高強(qiáng)度耐候鋼用金屬粉芯型無縫藥芯焊絲，其熔敷金屬化學(xué)成分應(yīng)滿足：按質(zhì)量百分比計(jì)，C≤0.10%，Si：0.2～0.70%，Cr：0.1～0.5%，Mn：0.8～1.6%，Cu：0.1～0.5%，Ni：0.3～1.0%，P≤0.015%，S≤0.015%，F(xiàn)e：94～97.6%，其它雜質(zhì)元素≤0.050%。
本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵是控制藥芯焊絲中藥芯粉中各成分的比例：
一種高強(qiáng)度耐候鋼用金屬粉芯型無縫藥芯焊絲，由碳鋼外皮與藥芯粉組成，按質(zhì)量百分比計(jì)，藥芯粉由以下組分混合而成：石墨：0.5～1%，硅鐵合金：2～8%，錳鐵合金：8～20%，鎳粉：2～10%，鉻粉：2～10%，銅粉：2～6% ，鎂粉：0.5～2%，鐵粉：40～70%，穩(wěn)弧劑：0.5～2%。
所述穩(wěn)弧劑為Na2O、K2O、NaF、K2SiF6、K2ZrF6、Na3AlF6、K3AlF6中的任一種或多種。
所述硅鐵合金中硅的質(zhì)量百分含量為45%，錳鐵合金中錳的質(zhì)量百分含量為80%。
碳：碳是固溶強(qiáng)化保證熔敷金屬?gòu)?qiáng)度的重要元素，同時(shí)一定的碳含量能夠降低焊絲短路過渡的飛濺，碳的加入形式可以是石墨、各種鐵合金等。碳含量小于0.5%不能保證強(qiáng)度，碳含量大于1%一方面會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度過高，C含量過高會(huì)降低焊縫金屬的抗裂性能和沖擊韌性，另一方面會(huì)惡化焊接工藝性，所以要嚴(yán)格控制焊絲中的碳，藥芯組分中碳含量控制在C：0.5～1%。
硅：硅是重要的脫氧元素，同時(shí)也是強(qiáng)化元素，一定量的硅對(duì)于提高強(qiáng)度和韌性具有重要作用，但是過量的硅會(huì)導(dǎo)致焊縫中滲硅嚴(yán)重，惡化低溫韌性，同時(shí)也會(huì)造成焊縫熔渣過多，在多層多道焊中容易出現(xiàn)夾渣的缺陷。因此熔敷金屬硅含量控制0.2～0.70%之間。硅的加入形式可以是硅鐵、硅錳合金等，藥芯組分中硅鐵加入量為2～8%。
錳：錳是重要的脫氧元素，同時(shí)也是強(qiáng)化元素，一定量的錳對(duì)于提高強(qiáng)度和韌性具有重要作用，但是過量的錳會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度過高，惡化低溫韌性，因此熔敷金屬錳含量控制在0.8～1.6%之間，藥芯組分中錳鐵加入量為8 ～20%，錳的加入形式可以是錳鐵、金屬錳、硅錳合金等。
鎳：鎳不僅能夠提高焊縫金屬?gòu)?qiáng)度同時(shí)也是提高韌性的重要元素。如果熔敷金屬鎳含量小于0.3%，那么就達(dá)不到效果，但是鎳含量大于1.0%，那么強(qiáng)度會(huì)過高，韌性下降，同時(shí)容易出現(xiàn)熱裂紋，藥芯組分中鎳的加入量為2 ～10%。
鉻：鉻是一種重要的析出沉淀強(qiáng)化元素，易于與碳結(jié)合在晶界析出碳鉻化合物，提高焊縫強(qiáng)度，同時(shí)在表面形成一種氧化膜，提高耐腐蝕能力。但是過高的鉻會(huì)惡化低溫沖擊韌性。因此熔敷金屬鉻含量限制0.1～0.5%之間，藥芯組分中鉻粉加入量為2～10%。鉻的加入形式可以是金屬鉻、低碳鉻鐵等。
鐵粉：鐵粉具有調(diào)節(jié)填充率和改善焊接電弧穩(wěn)定性的作用，但是過量的鐵粉會(huì)產(chǎn)生大量飛濺。因此鐵粉量控制在40～70%之間。
鎂粉：用于焊接電弧中脫氧，藥芯組分中鎂粉量小于0.5%時(shí)，脫氧不足；鎂粉量大于2%時(shí)惡化焊接工藝性。
銅：銅具有析出沉淀強(qiáng)化作用，但是過量的銅容易加大產(chǎn)生液化裂紋傾向。因此銅含量要小于6%。銅的加入形式可以是金屬銅，也可以通過在焊絲表面鍍銅加入。適量的Cu 能提高焊縫強(qiáng)韌性及耐大氣腐蝕性能，熔敷金屬Cu 含量小于0.5％時(shí)，以固溶強(qiáng)化方式提高焊縫強(qiáng)度，并提高針狀鐵素體含量，當(dāng)Cu 含量大于0.5％時(shí)，以析出方式強(qiáng)化焊縫，但對(duì)焊縫韌性不利，藥芯組分中銅粉含量控制在2~6%之間。
穩(wěn)弧劑：Na2O、K2O、K2ZrF6、K3AlF6等具有穩(wěn)弧作用，改善焊接工藝性，提高形成噴射過渡的焊接工藝范圍，因此填加量要不高于1.0%，如果填加過量，則會(huì)導(dǎo)致脫渣困難。其中氟化物的含量不能超過0.10%，否則會(huì)產(chǎn)生大量飛濺。
本發(fā)明的一種金屬粉芯型無縫藥芯焊絲具有如下特點(diǎn)：
采用80%Ar+20%CO2氣體保護(hù)時(shí)，其熔敷金屬力學(xué)性能為：Rp0.2 ≥ 500MPa，Rm ≥ 600MPa，A ≥ 22％，-40℃下AKv ≥ 60J，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到要求。其熔敷金屬屈服強(qiáng)度可達(dá)到500MPa以上，具有較高的強(qiáng)度；-40℃沖擊功平均值達(dá)到90J以上，具有較好的低溫沖擊韌性。
具有良好的焊接工藝性，焊接時(shí)電弧穩(wěn)定，飛濺小，無氣孔，易于形成噴射過渡，操作容易，焊縫成型好，渣少；在80%Ar+20%CO2氣體保護(hù)條件下，電弧穩(wěn)定，焊絲熔化均勻，焊縫成型好；大規(guī)范條件下焊接工藝性良好。
藥芯焊絲表面可以鍍銅，提高導(dǎo)電能力和防銹能力，送絲穩(wěn)定。
周期間浸加速腐蝕試驗(yàn)相對(duì)腐蝕率≤10%。
具體實(shí)施方式
下面列舉三個(gè)具體實(shí)施例，本發(fā)明的藥芯焊絲由碳鋼外皮和藥芯粉組成，其中藥芯粉占焊絲總質(zhì)量的15%。各實(shí)施例藥芯粉的原料配比見表1。
表1 各實(shí)施例藥芯粉的組成（質(zhì)量百分比%）
對(duì)采用上述三個(gè)實(shí)施例的藥芯粉制得的三種藥芯焊絲進(jìn)行熔敷金屬力學(xué)性能試驗(yàn)，試板坡口、尺寸、取樣方法與位置均按照中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17493-1998《低合金鋼藥芯焊絲》進(jìn)行，采用的保護(hù)氣體和焊接規(guī)范如下所述：保護(hù)氣體采用80%Ar+20%CO2，接入直流反接式電源進(jìn)行焊接操作，實(shí)施例1、2、3焊接電流280A～320A，焊接電壓28～32V。焊接速度45cm/min，150℃的道間溫度，按照TB/T2375-938《鐵路用耐候鋼周期浸潤(rùn)腐蝕試驗(yàn)方法》對(duì)焊接熔敷金屬相對(duì)Q45NQR1鋼板的相對(duì)腐蝕速率進(jìn)行測(cè)定。各實(shí)施例所制得焊絲熔敷金屬的化學(xué)成分、性能見表2~4。
表2 熔敷金屬化學(xué)成分
表3熔敷金屬力學(xué)性能
表4周期浸潤(rùn)腐蝕試驗(yàn)結(jié)果