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        690MPa級金屬粉芯型無縫藥芯焊絲的研制

        2015-12-27 07:35:12張曉馮兆龍郭純曾志偉
        金屬加工(熱加工) 2015年6期
        關(guān)鍵詞:力學(xué)性能焊縫

        張曉 馮兆龍 郭純 曾志偉

        隨著技術(shù)不斷進步,目前在低溫條件服役的焊縫金屬要求具有良好的低溫沖擊韌性,屈服強度>690MPa的鋼種已在相應(yīng)工程中應(yīng)用,這就要求配套的藥芯焊絲需要滿足與之相應(yīng)的強度及韌性。金屬粉芯藥芯焊絲近年來獲得了較大發(fā)展,但對于高強鋼焊接而言,采用普通的有縫藥芯焊絲抗吸潮能力差,擴散氫很難控制在H3(3mL/100g)以下,給生產(chǎn)過程帶來一定困難。因此我公司組織開發(fā)了屈服強度690MPa級金屬粉芯型無縫藥芯焊絲。

        1. 生產(chǎn)流程

        傳統(tǒng)的藥芯焊絲一般為有縫的,鋼帶通過預(yù)成形、加粉、合口及減徑等,從而成為最終的產(chǎn)品。我單位自主研發(fā)的無縫藥芯焊絲采用在線填粉焊合的方式加工制造,通過焊合使焊絲成為一個完整的填充藥粉的無縫管,然后退火拉絲,整個制造過程自動化程度高,生產(chǎn)穩(wěn)定效率高,主要生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

        無縫藥芯焊絲特殊的制造工藝使得它與有縫藥芯焊絲對比,具有以下優(yōu)點:① 抗吸潮性能好,即使長期存放在潮濕環(huán)境下,使用前也無需烘干。②擴散氫含量<3mL/100g。③焊絲表面鍍銅層提高了焊絲的導(dǎo)電性。④形狀均勻、剛性好,送絲穩(wěn)定,可用于雙絲焊送絲。⑤無縫藥芯焊絲送絲過程中不產(chǎn)生扭曲,適用于機器人焊接。

        圖 1 無縫藥芯焊絲生產(chǎn)工藝流程

        2. 超低的擴散氫含量

        我公司SRSF690M無縫藥芯焊絲在正常放置半年后,測試的熔敷金屬擴散氫含量如表1所示。擴散氫測試采用氣相色譜法,環(huán)境溫度和濕度:20℃×60%RH,焊接電源為DC反接,焊接電流240A,電弧電壓27V,保護氣體為80%Ar+20%CO2。

        表 1

        3. 改善焊接電弧穩(wěn)定性

        金屬粉芯藥芯焊絲兼具藥芯焊絲和實芯焊絲的優(yōu)點,熔敷效率高,同時焊縫表面無掛渣、飛濺小。通過調(diào)整配方中穩(wěn)弧造渣材料,改善焊接工藝性。焊絲在配方設(shè)計過程中優(yōu)化了Na2O、K2O、LiF及Na2SiF等易電離穩(wěn)弧物質(zhì)在配方中的比例,使得焊絲在較為寬泛的電流電壓范圍內(nèi)能達到噴射過渡狀態(tài),實現(xiàn)基本無飛濺焊接,大大降低了焊后打磨需求。

        金屬粉芯無縫藥芯焊絲熔滴過渡基本為小顆粒噴射過渡。

        4. 改善熔敷金屬沖擊吸收能量

        由于氧對焊縫組織性能有較大影響,所以一般藥芯焊絲配方通常填加Al、Mg、Ti及稀土等強脫氧元素,但過渡的脫氧會惡化焊接工藝性。無縫藥芯焊絲的優(yōu)勢是可以添加CaSi等強還原元素,達到獨特的脫氧效果,在保證工藝性的同時,提高焊縫的沖擊吸收能量。

        本文通過調(diào)整CaSi在焊材配方中的比例,獲得兩種不同含氧量的熔敷金屬組織(見圖2)。由圖2可看出:低含氧量焊絲熔敷金屬組織以粒狀貝氏體為主,同時存在少量的針狀和塊狀鐵素體,無規(guī)則分布于粒狀貝氏體之間(見圖2a)。粒狀貝氏體組織較粗,鐵素體基體呈塊狀,尺寸較大,M-A島呈顆粒狀,彌散分布于鐵素體基體上。高含氧量焊絲熔敷金屬組織以針狀鐵素體為主,針狀鐵素體尺寸較細小,呈短棒狀,尺寸各異,長度大多在10μm以下,寬度在1μm左右。針狀鐵素體之間相互交錯,取向隨機,相鄰鐵素體呈大角度晶界(見圖2b)。針狀鐵素體之間分布著一些粒狀貝氏體,由于被局限于狹小空間生長,粒狀貝氏體尺寸較為細小,呈塊狀。

        不同氧含量的熔敷金屬組織都主要由針狀鐵素體和貝氏體組成,組織之間的差異主要表現(xiàn)為針狀鐵素體和貝氏體在不同氧含量的熔敷金屬中所占比例不同,和不同組織之間針狀鐵素體的尺寸、長寬比以及貝氏體的基體形態(tài)和碳化物分布不同。

        5. 焊絲力學(xué)性能測試

        為考察所研制金屬粉芯型無縫藥芯焊絲的力學(xué)性能,選用SRSF690M 作為試驗焊絲,板材為屈服強度>690MPa的TMCP 鋼板,厚度為20mm 。焊接參數(shù)如表2所示,熔敷金屬化學(xué)成分及力學(xué)性能如表3、表4所示。對接接頭力學(xué)性能如表5所示

        表2 焊接參數(shù)

        表3 熔敷金屬化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)) (%)

        表4 熔敷金屬力學(xué)性能測試

        表5 對接接頭力學(xué)性能測試

        圖2 不同含量氧的熔敷金屬組織

        6. 結(jié)語

        我公司所研制的金屬粉芯型無縫藥芯焊絲SRSF690M(E110CK4—H4),經(jīng)檢測,力學(xué)性能穩(wěn)定,工藝性能優(yōu)良,滿足設(shè)計指標要求,具有良好的綜合性能。

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