阅读说明：本技术 一种适合陶瓷衬垫打底焊接的富氩气保护药芯焊丝及应用 (Argon-rich shielded flux-cored wire suitable for backing welding of ceramic liner and application ) 是由 吴光辉 刘飞 汪涛 刘�东 杨宗全 蔡俊 杨恒闯 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种适合陶瓷衬垫打底焊接的富氩气保护药芯焊丝及应用,该药芯焊丝包括钢带以及填充于钢带内的药芯,所述药芯包括按质量百分比计的如下组分：锆英砂15～30％,金红石30～40％,石英5～15％,硅锰合金20～25％,氟化物1～3％,铝粉1～3％,镁砂10～14％,余量为铁粉。该发明采用高熔点的镁砂和锆英砂可消耗大量的电弧热量,从而大幅降低熔深,减少陶瓷衬垫的熔化,同时该药芯焊丝以富氩气体保护,在陶瓷衬垫打底焊接时,焊缝中心不会出现裂纹,减少了返工维修工作,提高了焊接工作效率,且其熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度≥400MPa,抗拉强度≥490MPa,伸长率≥22％,-40℃条件下Akv≥47J。(The invention provides an argon-rich protection flux-cored wire suitable for backing welding of a ceramic liner and application thereof, wherein the flux-cored wire comprises a steel belt and a flux core filled in the steel belt, and the flux core comprises the following components in percentage by mass: 15-30% of zircon sand, 30-40% of rutile, 5-15% of quartz, 20-25% of silicon-manganese alloy, 1-3% of fluoride, 1-3% of aluminum powder, 10-14% of magnesia and the balance of iron powder. The invention adopts high melting point magnesite and zircon sand which can consume a large amount of arc heat, thereby greatly reducing the penetration depth and reducing the melting of the ceramic liner, and meanwhile, the flux-cored wire is protected by argon-rich gas, when the ceramic liner is bottomed and welded, no crack appears in the center of a welding line, the rework maintenance work is reduced, the welding work efficiency is improved, and the comprehensive properties of deposited metal and a welding joint are as follows: the yield strength is more than or equal to 400MPa, the tensile strength is more than or equal to 490MPa, the elongation is more than or equal to 22 percent, and Akv is more than or equal to 47J at the temperature of minus 40 ℃.)

一种适合陶瓷衬垫打底焊接的富氩气保护药芯焊丝及应用

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种适合陶瓷衬垫打底焊接的富氩气保护药芯焊丝及应用。

背景技术

药芯焊丝在国民经济建设中应用越来越广泛，富氩气保护药芯焊丝在焊接中具有飞溅小、烟尘低的特点，越来越受焊工喜欢。为了减少背面碳弧气刨清根并提高焊接效率，通常采用背面贴陶瓷衬垫打底单面焊一次成型工艺，但现有药芯焊丝采用该工艺焊接时焊缝中心常常出现纵向裂纹，使用富氩保护气药芯焊丝焊接时，焊接熔深大，更易熔化陶瓷衬垫，引起焊缝熔池出现大量铝硅酸盐等杂质，熔池凝固将产生严重偏析而导致焊缝更易出现纵向裂纹。

发明内容

本发明的目的是克服现有药芯焊丝采用陶瓷衬垫打底焊接时焊缝中心常常出现纵向裂纹的问题。

为此，本发明提供了一种适合陶瓷衬垫打底焊接的富氩气保护药芯焊丝，包括钢带以及填充于钢带内的药芯，所述药芯包括按质量百分比计的如下组分：锆英砂15～30％，金红石30～40％，石英5～15％，硅锰合金20～25％，氟化物1～3％，铝粉1～3％，镁砂10～14％，余量为铁粉。

进一步的，所述药芯的填充率为12～16％。

进一步的，所述锆英砂包括按质量百分比计的如下化学成分：二氧化锆大于65％，二氧化硅大于33％，余量为氧化铁或氧化亚铁。当二氧化锆含量低于65％，二氧化硅低于33％时，药芯焊丝焊缝表面易出现黄色残渣，并且焊渣脱离变差。

进一步的，所述金红石包括按质量百分比计的如下化学成分：二氧化钛大于85％，氧化铁或氧化亚铁小于0.5％，余量为二氧化硅。二氧化钛小于85％，将导致熔渣中TiO₂含量不足且二氧化硅含量超出涉及要求，导致全位置焊接工艺恶化，且增大焊缝酸性夹杂物数量，降低焊缝低温冲击韧性。

进一步的，所述硅锰合金包括按质量百分比计的如下化学成分：Si≥22％，Mn≥63％，余量为铁或不可避免的杂质。当Mn低于63％，导致焊缝Mn含量不足，冲击韧性变差；Si低于22％将导致脱氧不足，焊缝冲击韧性下降。

进一步的，所述氟化物为氟化钠、氟化锂、氟硅酸钾、氟硅酸钠的一种或几种混合物。

进一步的，所述钢带采用SPCC钢带。

另外，本发明还提供了上述适合陶瓷衬垫打底焊接的富氩气保护药芯焊丝的应用，采用Ar80％+CO₂20％的富氩气体作保护气进行焊接。

本发明的设计原理如下：

锆英砂主要提供ZrO₂，提高药芯焊丝熔渣熔点，改善熔渣脱离性能；

金红石主要提供TiO₂，改善药芯焊丝全位置焊接工艺性能，同时可以稳定焊接电弧；

石英主要作为SiO2来源，调节熔渣，作为造渣剂；

硅锰合金主要提供Mn、Si成分来源，并参与脱氧；

氟化物主要提供氟元素，考虑到氟有恶化电弧的作用，因而采用含锂钾钠等元素的氟化物或其混合物；

铝粉作为强脱氧脱氮剂，可以降低焊缝中氧氮含量；

镁砂主要成分是MgO，可以提高熔渣碱度，并净化焊缝熔池，特别是陶瓷衬垫焊接时，可以与衬垫熔化生成的酸性氧化物生成复合物，净化焊缝，降低焊缝偏析；

铁粉调节药粉总量，并能改善药粉导电性能。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种富氩气保护药芯焊丝采用高熔点的镁砂和锆英砂可消耗大量的电弧热量，从而大幅降低熔深，减少陶瓷衬垫的熔化，同时镁砂为碱性氧化物，可与酸性氧化物生成球状复合物，进一步净化焊缝熔池，降低铝硅酸盐夹渣物导致的成分偏析的风险，并提高低温冲击韧性，而且镁砂的使用可减少强脱氧剂及锆英砂用量，从而降低焊缝钛含量，降低熔池表面张力，提高熔池熔液流动性，弱化成分偏析，并降低焊缝强度。

(2)本发明提供的这种富氩气保护药芯焊丝以富氩气体保护，在陶瓷衬垫打底焊接时，焊缝中心不会出现裂纹，减少了返工维修工作，提高了焊接工作效率，而且其熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥490MPa，伸长率≥22％，-40℃条件下的Akv≥47J。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种适合陶瓷衬垫打底焊接的富氩气保护药芯焊丝，包括钢带以及填充于钢带内的药芯，所述药芯包括按质量百分比计的如下组分：锆英砂15～30％，金红石30～40％，石英5～15％，硅锰合金20～25％，氟化物1～3％，铝粉1～3％，镁砂10～14％，余量为铁粉。

其中，钢带采用SPCC钢带，药芯的填充率为12～16％，上述富氩气保护药芯焊丝采用常规药芯焊丝制造工艺制备而成。所述锆英砂包括按质量百分比计的如下化学成分：二氧化锆大于65％，二氧化硅大于33％，余量为氧化铁或氧化亚铁；所述金红石包括按质量百分比计的如下化学成分：二氧化钛大于85％，氧化铁或氧化亚铁小于0.5％，余量为二氧化硅；所述硅锰合金包括按质量百分比计的如下化学成分：Si≥22％，Mn≥63％，余量为铁或不可避免的杂质；所述氟化物为氟化钠、氟化锂、氟硅酸钾、氟硅酸钠的一种或几种混合物。

下面通过具体实施例来说明本发明适合陶瓷衬垫打底焊接的富氩气保护药芯焊丝的组成及性能；实施例1～5以及对比例(不含锆英砂和镁砂)的药芯成分及其占药芯总质量的百分比含量(％)如表1所示。

表1：药芯焊丝配方(质量百分比％)

采用上述实施例及对比例所制备的药芯焊丝进行熔敷金属力学性能与陶瓷衬垫打底焊焊缝渗透检测结果，检测结果如表2所示。

表2：熔敷金属力学性能与陶瓷衬垫打底焊焊缝渗透检测裂纹率

从表1及表2所示实施例与其对比例可以得出：本发明的药芯焊丝熔敷金属和焊接接头综合性能：屈服强度≥400MPa；抗拉强度≥490MPa；伸长率≥22％；-40℃条件下，Akv≥47J，适合富氩气保护陶瓷衬垫打底焊工艺。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。