一种金属粉型药芯焊丝的研发

一种金属粉型药芯焊丝的研发

王建刚

关键词：药芯焊丝金属型

前言

目前药芯焊丝的分类，根据类型和熔滴过渡形式可分为：钛型、碱性、自保护型和金属型药芯焊丝【1】。国内应用较广的主要为钛型药芯焊丝，以及少量的碱性和自保护型药芯焊丝，金属型药芯焊丝国内应用较少。而在欧美、日韩等发达国家和地区，金属型药芯焊丝凭借其飞溅和渣量少，熔敷效率高，熔敷速度快的优点已占药芯焊丝使用总量的20%以上【2】。随着焊接自动化的扩展，其使用量必将进一步增加。

1.金属型药芯焊丝的特点

1.1标准符合

AWSA5.36E70T15

1.2焊接工艺性能

金属型药芯焊丝的工艺性能特点为：（1）电弧稳定，飞溅少，熔滴过渡均匀，可轻易形成喷射过渡，同时由于飞溅量少极大地减轻了清理飞溅的作业量；（2）渣量少，焊后焊缝几乎无渣，不需要清除焊渣就能连续焊接。在厚板焊接中能大大降低工人劳动强度，提高工作效率。（3）熔敷速度快，熔敷效率高，由于粉芯含有大量铁合金，所以能大幅提高焊丝的熔化速度。其熔化速度明显高于实心焊丝和普通的药芯焊丝。（4）具有优良的短路过渡特征，可焊接平焊、横焊、立向上、立向下等多种位置。如外加脉冲电源，可实现薄板焊接。

2.药芯成分设计

根据金属粉型药芯焊丝的特点，我们设计如下的药芯成分：原材料的杂质含量会直接影响焊缝的杂质含量，因此要严格控制。S是钢中的有害元素，它和铁生成的FeS易与r-Fe形成低熔点共晶。在加热时，共晶体熔化，导致焊缝处高温破裂，也就是我们说的“热脆”，在焊接高温下，FeS与铁水可无限互溶；熔池凝固时，FeS与Fe或FeO形成低熔点共晶，可能导致焊缝的结晶裂纹。硫化物在焊缝中易造成偏析，硫化物杂质是延性撕裂的起源，它降低焊接结构的抗层状撕裂能力和脆性。硫还会提高钢材的回火脆性倾向。因此我们要控制S含量。

药粉中加入较多量的铁粉，铁粉中的氢损实际是指铁粉中的含氧量。氢损的值越高，氧含量也就越高，焊缝中产生的氧化物就越多。而氧化物多聚集在晶界，这将严重影响焊缝的低温冲击韧性和塑性。所以我们需要加入一定量的锰和硅来进行焊缝脱氧。

锰可以降低奥氏体向铁素体转变温度，促进AF形成。锰含量增加可以提高焊缝的低温冲击韧性，但太高时则相反。锰还能与硫形成MnS，降低焊缝的杂质含量。

镍作为孕育剂，细化晶粒、减小偏析、促进针状铁素体的形成，从而提高铁素体的韧性。镍还增加位错能，促进低温时螺旋位错交滑移，增加裂纹扩展消耗功，也使韧性提高。我们在药粉中少量添加，效果较佳。

加入部分铝，铝在熔池阶段生成AL2O3和ALN，这类夹杂物可以诱发针状铁素体的生成。这是由于夹杂物一般熔点较高，表面能大，和奥氏体之间存在着能量较高的表面。铁素体在其上行核，可以降低行核能垒；夹杂物和奥氏体基体间收缩程度不同，因此夹杂物周围有较大的应力，奥氏体中位错密度增加，可以促进针状铁素体的形成。铝还可以细化晶粒。

同时我们在配方中加入微量的Ti和B。Ti可细化晶粒，促进AF形成，细化组织。B可与N结合成BN，减低固熔N的质量分数。固熔B能抑制先共析铁素体的析出，细化晶粒。加入微量的Ti和B可以在不受后续焊道影响下保证焊缝金属结晶的本质细粒化，从而得到稳定的高韧性焊缝。

在粉芯中加入少量稀土元素。微量稀土元素能与熔池中的S、P反应，形成大直径复合夹杂物，浮到熔渣中，使焊缝金属得到净化。同时微量元素在钢中的溶解度比较小，一部分偏聚于晶界处，可以降低晶界能垒，使新相沿晶界析出困难，避免晶界出现粗大组织，净化晶界。

3.研制焊丝的性能

3.1我们对比几种焊丝的熔敷效率和熔敷速度如下表：

表1熔敷效率和熔敷速度对比

检测该金属粉型药芯焊丝熔敷金属扩散氢含量（水银法）：3.5ml/100g，证明该焊丝已达到焊接材料的超低氢水平，因而具有优良的抗裂性能；由于焊缝中脱氧剂较多，故该焊丝耐底漆性能和抗根部气孔性能优良，射线探伤合格率高。

4.结论

研制的金属粉型药芯焊丝符合相关标准要求，完全能满足造船、汽车、建筑等行业的高要求。如果能广泛推广使用，必将使我国焊接行业的自动化水平迈上一个新的台阶。

参考文献:

【1】田志凌，潘川，梁东图，药芯焊丝，冶金工业出版社

【2】李建海，陈邦固，新型金属芯药芯焊丝的开发和应用，焊接技术，2001.6