一种碱性药芯焊丝的研制

一种碱性药芯焊丝的研制

王建刚

身份证：51030219771012XXXX

摘要：药芯焊丝因其高效、高质正被越来越多的使用，但要真正放广范围使用，必须拥有性能覆盖广泛的多品种。目前生产工艺和配方比较成熟的产品只有钛型药芯焊丝，这种药芯焊丝虽然有良好的操作工艺性，较好的力学性能，但由于受酸性渣本身性质决定，焊缝洁净程度、力学性能达不到碱性渣的水平，且通常的有缝药芯焊丝粉芯吸潮后又不能象焊条那样烘焙，致使焊缝金属扩散氢含量偏高，影响焊缝抗裂性的提高，尤其当钢结构强度级别越高、板越厚时，对焊缝强韧性、抗裂性要求越高，钛型药芯焊丝就难以胜任了。从冲击韧性和扩散氢角度考虑，碱性药芯焊丝是最好的选择。碱性药芯焊丝的研究及在实践中的应用具有广阔的前景。

关键词：药芯焊丝碱性

一、技术指标

标准化符合GB/T10045

产品型号E500T-5

规格Φ1.2

1、化学成分

2、机械性能

表1熔敷金属化学成分（%）

二、配方研制

1、渣系设计

钛型药芯焊丝有两方面缺点：(1)熔渣碱度较低，脱硫、磷去杂质能力较差；为保证焊接工艺而不宜过量脱氧，这都致使焊缝洁净度不高，影响了力学性能的提高。(2)普通的有缝药芯焊丝对扩散氢来源控制较差，加上钛型熔渣透气性差，不利于降低扩散氢含量，影响了其抗裂性。

碱性渣系却能较好的克服以上缺点，所以碱性的渣系也应基本围绕碱度和扩散氢这两点来设计。

提高熔渣碱度可以减少向焊缝的渗钛和硅，增强脱硫、磷和脱氧能力，从而提高焊缝的洁净度和力学性能。根据在焊条研制中的经验知道：即使配方具有相近的化学成分、强度等级，只是熔渣碱度不同，其焊缝的冲击韧性将随碱度的提高，明显上升。根据碱度公式

首先考虑在配方中添加大量的碱性氧化物，如CaO、MgO等，配方的碱度达到了2-3。试验表明其焊缝的力学性能优良，低温冲击韧性-30℃达到120J。但其焊缝的抗裂性却不尽如人意，不预热时不能保证裂纹率为零；我们又测量焊缝的扩散氢，发现扩散氢含量竟比钛型药芯焊丝的还略高一点。经过大量试验发现裂纹率和扩散氢含量与碱性氧化物的添加量有关，碱性氧化物越多，裂纹率与扩散氢含量越高。这是因为碱性氧化物含大量结晶水的原故，即使经过高温烘焙仍会大量吸潮，成为焊缝中氢的主要来源。为此我们经过大量试验，最终在配方里添加了一种吸潮性较低的碱性氧化物，取得较理想的效果。其吸潮性对比如图1。

该碱性氧化物A因价格较高，在配方中无法大量使用，只能为调整熔渣粘度少量添加。

我们在配方中采用适量氟化物作为造渣剂。一方面可以保证高碱度，净化焊缝，另一方面可降低扩散氢量。其降低扩散氢量主要有三个途径：①反应生成HF去氢；②熔滴反应阶段，氟化物包裹在熔滴表面，减少金属与氢等气体原子接触；③NaF，CaF，A1F、MgF等多种氟化物在反应的不同温度段蒸发造气（见图2），降低了氢的分压。

不同氟化物发生作用的途径不同，因而配方中是多种氟化物混合。但由于大量氟化物会破坏电弧稳定性、降低液态熔渣粘度，致使焊丝操作工艺性变差，因此要在去氢、造渣能力与焊接工艺之间找到一个较为满意的加入量。

另外，在配方中加入适量的SiO2，主要起调节熔渣粘度和熔滴表面张力的作用；并在反应SiO2+2CaF2=2CaO+SiF4，SiF4+3H=SiF+3HF中发挥作用，促进氟化物去氢。

图1

图2

2、合金系统设计

该研制的药芯焊丝属于50公斤级，故配方中主要采用Mn、Si联合脱氧并保证焊缝金属的力学性能。并加入适量的Ni和Mo，整个药芯焊丝的合金系为：Mn—Si—Ni—Mo。Mn的加入可以提高熔敷金属的强度，提高韧性，同时还有细化晶粒的作用。Si的加入可以提高强度，带来的副面作用是降低韧性，使晶粒粗大。Ni的加入可以提高强度，显著地提高韧性。Mo的加入提高强度，并有利于提高塑性。

三、焊接工艺性能

研制出的碱性药芯焊丝具有较好的焊接工艺性能。

表3焊接工艺性能

注：1、焊机:松下KRⅡ500，2、焊丝规格：Φ1.2mm。

四、理化性能

该碱性药芯焊丝的熔敷金属理化性能符合GB/T10045国标要求，达到当初的设计要求。

表4熔敷金属化学成分（%）

五、扩散氢含量

按国标GB／T3965的规定，用甘油法进行试验，熔敷金属扩散氢含量平均为3.3ml/100g，达到低氢水平。

六、焊缝抗裂性

按GB4675.1—84进行斜Y形坡口焊接冷裂纹试验，试板不预热，裂纹率为O。可见所研制焊丝具有优异的抗裂性。

七、结论

（1）合理的渣系设计，研制的碱性药芯焊丝具有较好的焊接工艺性能。

（2．合理的合金系统设计，研制的碱性药芯焊丝具有优良的理化性能。

（3）配方中添加适量的碱性氧化物和氟化物，焊缝金属能获得较理想的扩散氢含量和优异的抗裂性。