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YCJ62C-D2金属粉芯药芯焊丝研制

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-11-14   来源:/武汉铁锚焊接材料有限公司   作者: 包润新 程伟平
本文从合金配比、工艺性等方面介绍一种620 MPa级高强钢q460D配套用YCJ62C-D2金属粉芯药芯焊丝研制过程。焊丝合金系为C-Mn-Si-Mo,同时加入稀土元素及强脱氧剂;通过对比分析证明焊丝具有良好焊接工艺性能;同时焊丝具有良好抗裂性与较高的熔敷效率。
前    言
        金属粉芯药芯焊丝具有成本低、焊接工艺性良好、焊接效率高等特点,与实心焊丝及钛型渣系药芯焊丝比较,它的熔敷效率更高,减少了清理渣壳工序,因此近年来在船舶、桥梁、海洋平台等结构的焊接建造中广泛使用,已逐步取代实心焊丝。目前钢结构用钢强度级别日益提高,抗拉强度620MPa级高强度钢q460D已得到逐步推广。为满足该钢种对焊接材料强度、低温韧性、抗冷裂纹的要求,研制出与其相匹配的YCJ62C-D2金属粉芯药芯焊丝十分必要[1]。本文是参考GB/T17493-2008标准中E62C-D2的要求,结合我公司及市场应用情况,提出化学成分及力学指标的要求。
 
1    焊丝配方设计
        采用C-Mn-Si-Mo合金系来满足强度和韧性的匹配,指导思想是希望得到针状铁素体为主的焊缝组织,同时加入稀土元素及强脱氧剂,净化焊缝组织。采用C-Mn-Si-Mg联合脱氧的方式,可以有效降低焊缝中O、N含量。C可以细化熔滴,增加电弧挺度。从保证焊缝金属力学性能来看含量在0.03%~0.12%为好。大于0.12%时焊缝金属强度过高,低温冲击韧性大幅降低,烟尘和飞溅增大,裂纹敏感性增加,经过试验本合金体系中只有当C=0.03%~0.05%,强韧匹配最佳。

        Mn和Si是焊丝中常用的脱氧剂,还可以提高焊缝的抗拉强度,但对韧性的影响比较复杂。Mn、Si含量过多或过少,韧性均下降。经过试验本合金体系中只有当Mn=1.0%~1.65%,Si=0.3% ~0.50%,冲击吸收功最高。Mg与其他强氧化物形成元素Al、Ca相比,可以不规律的分散复杂氧化物,但含量过高,会因形成大粗糙氧化物而造成韧性下降。Mo主要作用是提高强度,含量过多会造成强度增加同时大大降低低温韧性,为兼顾强度和韧性,Mo在焊缝金属化学成分范围为0.40%~0.55%[2]。

        加入以Na、K为主稳弧剂提高电弧稳定性,为保证金属粉芯药芯焊丝的低渣性,稳弧剂和造渣剂的加入量要控制在7%以下。选用富氩气体(80%Ar+20%CO2)作为保护气体,增加合金过渡系数。
 
2    YCJ62C-D2药芯焊丝力学性能
2.1    焊接规范
        焊丝规格直径Ф1.2mm,采用q460D钢板,板厚20mm,直流反接,焊接电压27V,焊接电流240A,道间温度140~160℃。在焊接过程中采用不摆动反烧的焊接手法(主要是减少母材对焊缝金属化学成分的影响),进行多层多道焊接。

2.2    YCJ62C-D2药芯焊丝力学性能
        熔敷金属化学成分、力学性能、对接接头力学性能如表1、表2、表3所示。


 
 
3    焊接工艺性能试验
3.1    试验条件及方法
        选取焊丝为YCJ62C-D2和同类型国外某样品1,焊丝直径均为Ф1.2mm,在q460D钢板上利用携带焊枪的自动行走小车进行自动焊接。电焊机采用时代公司产NB-500气保焊机。采用富氩气体(80%Ar+20%CO2)作为保护气体,预设送丝速度85dm/min,预设电压为24.5V,焊接速度26cm/min,气体流量均为20L/min,干伸长为18mm。采用直流反接极性,用HA-XII-4E型汉诺威分析仪测试焊接电弧物理指数,焊接采样时间每次分别10s。

3.2    试验结果及分析
        熔滴过渡周期特征信息可以用熔滴短路周期变异系数ε(Tc)来表示。熔滴短路周期变异系数越小,表明熔滴过渡越均匀,熔滴尺寸越均匀,焊接过程越稳定。因此熔滴短路周期变异系数ε(Tc)可以作为评价药芯焊丝工艺性的判据。由表4可以发现,YCJ62C-D2焊丝ε(Tc)值低于样品焊丝,说明熔滴过渡稳定,工艺性良好[3]。
        表4为上述焊接参数下两种药芯焊丝电弧物理指数测试结果。YCJ62C-D2焊丝过渡周期变异系数较小,在该焊接参数下熔滴过渡稳定,工艺性最好。
        采用汉诺威分析仪对两种焊丝进行测试,图1~图2是其电弧电压和焊接电流波形图。
        由电弧电压、焊接电流波形图看出,YCJ62C -D2焊丝在该参数下波形均匀,说明其熔滴过渡稳定,工艺性较好。

3.3    熔敷率和熔敷速率对比
        在实际焊接生产过程中,焊接效率主要体现在焊接材料的熔敷率和熔敷速率。为了比较YCJ62C-D2焊丝熔敷率和熔敷速率,本实验在焊接参数为28V∕260A,保护气体采用富氩气体(80%Ar+20%CO2)。结果如表5。
        由表5可以发现,YCJ62C-D2在富氩保护气体下具有较高的熔敷率和熔敷速率,可有效的提高焊接生产效率,节约焊接成本。

3.4    斜Y型坡口焊接裂纹实验
        采用YCJ62C-D2焊丝和q460D钢板进行斜Y 型坡口焊接裂纹实验。实验按照GB4675.1-89规定执行。焊接工艺参数见表6。实验结果:在环境温度45℃、环境相对湿度85%的情况下,表面裂纹率、断面裂纹率均为零。

3.5    熔敷金属扩散氢(水银法)检测
        实验条件:焊接电压26V、焊接电流250A、环境温度29℃、环境湿度47%、保护气体为富氩。扩散氢结果见表7。由表7可知,扩散氢含量均值3.3ml/100g,检测结果小于5.0ml/100g,达到了超低氢水平,有利的保证了焊丝的抗冷裂纹性能。
 

 
4    结束语
        武汉铁锚焊接材料股份有限公司研制的YCJ 62C-D2金属粉芯药芯焊丝各项性能指标优良,满足GB/T17493-2008标准中E62C-D2要求,能够应用于相应强度等级钢的焊接。YCJ62C-D2金属粉芯药芯焊丝具有以下特点:
4.1    YCJ62C-D2金属粉芯药芯焊丝具有良好的综合力学性能,低温冲击韧性良好。
4.2    YCJ62C-D2金属粉芯药芯焊丝工艺优良,具备较高的熔敷率和熔敷速率,焊丝扩散氢达到超低氢水平,抗裂性优良。
4.3    YCJ62C-D2金属粉芯药芯焊丝可以适用于620MPa级高强钢q460D的焊接。
 
 
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