不銹鋼藥芯焊絲

0前言

藥芯焊絲在不銹鋼焊接中得到廣泛應用。厚板不銹鋼焊接的情況很少，實際應用大部分都是薄板。薄板焊接一般需要采用小直徑焊絲。當焊接2 mm厚的薄板時，通常采用 0.8 mm的焊絲，80～150 A的電流，可以獲得良好的焊接性能。這時如果用1.2 mm的焊絲效果是比較差的。而生產小直徑藥芯焊絲是比較困難的，需要將絲拉拔后進行退火處理，與1.2 mm和1.6 mm的藥芯焊絲相比，其生產成本更高。本專利是開發一種不銹鋼藥芯焊絲，可用于不銹鋼薄板焊接，且直徑可大于1.2 mm，具有優良的可操作性。

本發明藥粉組分（占整個焊絲比例）如下：TiO2為5.5%～10.0%，SiO2為1.5%～3.0%，Al2O3為0.5%～1.5%，氟化物（以F-量計算）為0.1%～0.15%。藥粉占整個焊絲成分的25%～45%，造渣成分占整個焊絲成分的8%～14%。ZrO2限制在0.1%以下。

本發明藥芯焊絲在小電流和常規電流時都具有優良的焊接工藝性。

本發明的另一個特點是效率高，其焊芯直徑可大于1.2 mm。此外，為進一步提高焊絲工藝性能，最好將藥粉比例控制在30%～40%，造渣成分控制在9%～12%。

當焊接不超過3 mm的不銹鋼薄板時，采用1.2 mm的焊絲，焊接電流不能小于120 A。在電流過小的情況下，會出現飛濺大，焊道成形不良的現象。經過試驗發現，增大藥粉比例，減小外皮厚度時，相應增加了電流密度，可以改善1.2 mm焊絲在小電流時的工藝性。但是這樣做帶來另外一個問題，這種焊絲與沒有減薄外皮厚度的焊絲相比，單位長度的電阻增加了，這樣會使焊縫金屬量增加，這明顯提高了熔敷速度（焊縫金屬g/min）。熔敷率提高會增大焊縫金屬的熱收縮，

即使電流不大，也會增大母材的變形量。

進一步試驗表明，在藥粉比例高的焊絲中，提高藥粉中造渣成分的比例，可以調整熔敷速度到合適水平。通常情況下，熔渣過量易造成焊接缺陷，如夾渣，所以必須將藥粉中造渣成分調整到合適比例。脫渣性和再起弧性能也很重要。試驗表明，即使藥粉比例很高，對于特定的藥粉成分，也可以獲得焊接過程穩定，焊道成形、脫渣和再起弧性能優良的焊絲。

1焊藥成分說明

11TiO2為5.5%～10.0%

TiO2是主要的造渣成分，可以改善熔渣的流動性、覆蓋性和脫渣能力，也能夠增加導電性，從而改善再引弧性。為了實現這些作用，要求TiO2不能少于5.5%。另一方面，當TiO2超過10%時，會增大渣的粘度，易造成夾渣缺陷。TiO2可以金紅石，鈦白粉等形式加入。合理的TiO2加入量范圍是5.5%～8.0%。

12SiO2為1.5%～3.0%

加入SiO2可以改善小電流時的熔滴過渡，改善焊道成形。其加入量大于1.5%時才能起到作用。但加入量大于3.0%時，會引起脫渣困難。SiO2可以以石英或長石的形式加入。

13Al2O3為0.5%～1.5%

Al2O3也是主要的造渣成分，并且可以改善焊道成形。Al2O3還有調節熔渣粘度的作用。當加入量大于1.5%時，會增大熔渣粘度，易造成夾渣，另外會使脫渣困難。Al2O3可以以氧化鋁，或復合物，如長石的形式加入。

14氟化物（以F-含量計）為0.1%～0.15%

當加入量大于0.1%時，氟化物可改善抗氣孔性。另外，可以促進熔滴過渡和改善低電流時的電弧穩定性。當F-加入量大于0.15%時，會產生很大的煙塵和飛濺。氟化物的加入形式可以是氟化鉀、氟化鈉、氟硅酸鉀的形式，也可以有機物的形式加入，如四氟乙烯。無論以哪種形式加入，其加入量都應限制在前面提到的范圍內。

15ZrO2≤0.1%

ZrO2可以增大熔渣的粘度，改善焊道的成形，防止淌渣，提高全位置焊性能。但是根據現有研究發現，在渣系中加入ZrO2，會使渣殼變硬，引起脫渣困難。另外，當斷弧時，堅硬的渣殼會牢牢覆蓋在焊絲頂端，使再起弧變得困難。所以ZrO2應限制在0.1%以下。

16藥粉比例為25%～45%（占整個焊絲比例）

目前的研究認為藥粉的比例應該控制在25%～45%。對于1.2 mm的焊絲，當藥粉比例低于25%時，相應的外皮需要加厚，這會降低電流密度，惡化在小電流時的工藝性。當藥粉比例大于45%時，外皮變薄，電流密度過大，熔敷率提高，不適于薄板焊接。另外，外皮太薄時會降低焊絲強度，影響送絲穩定性。更推薦的藥粉比例是30%～40%。

17造渣成分比例為8%～14%

造渣成分包括TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、ZrO2和所有Fe的氧化物，不包括氟化物、Bi2O3和堿金屬氧化物，因為這些成分易汽化，很難在渣殼中存在。

在焊絲中，藥粉比例越高，造渣成分越要限制，這是為了調節焊縫金屬量。當造渣成分低于8%時，焊縫金屬量大大增加，會增大母材變形量。并且，熔渣量下降時，會使焊道表面覆蓋不勻，惡化成形和脫渣。當造渣成分超過14%時，熔渣量過大，易引起夾渣缺陷。且太厚的渣殼也會使脫渣變得困難。推薦的造渣成分的范圍是9%～12%。

此外，為了改善脫渣性能，也可以加入Bi2O3和S。Si、Ti、Al、Mn等可作為脫氧元素被加入。Ni、Cr、Mo、Nb、C、N、Fe可作為調節焊縫成分的元素被加入。

2具體試驗方案

表1，表2列出了試驗藥芯焊絲中藥粉的成分，藥粉比例和造渣成分比例。表3是試驗藥芯焊絲所用不銹鋼帶的成分。表中空白部分表示所對應成分沒有加入。試驗焊絲直徑均為1.2 mm。

表4三種焊接條件的焊絲性能焊接條件焊接電流I/A焊接電壓U/V評價指標A10022工藝性

再起弧性B15026工藝性

X射線檢測C20030工藝性

送絲穩定性在A焊接條件下，進行T形接頭角焊縫試驗，試板厚度為2 mm，在水平位置施焊，考察工藝性能。另外，進行再起弧性能試驗，試驗方法如下：電弧熄滅后，焊絲頂端不進行清理，保持30 s后再引弧，看能否順利起弧。重復20次，記錄成功起弧的次數。

在B焊接條件下，在水平位置進行對接接頭焊接，多層焊，按JIS Z3106做X射線檢測。

在C焊接條件下，在不銹鋼平板上進行堆焊，考察工藝性和送絲穩定性。連續焊接15 min，通過是否發生斷弧來判斷送絲穩定性。

以上試驗所用試板與焊絲屬同類型不銹鋼。

焊絲1～14是在前面規定范圍內的試驗配方，試驗結果顯示其在小電流情況下具有良好的焊接工藝性、再起弧能力和低夾雜物水平。15號焊絲的TiO2低于5.5%，電弧穩定性、再起弧能力、脫渣性都比較差。16號焊絲的TiO2超過10%，熔渣粘度增大，出現了夾雜物，X射線探傷顯示了這一點。17號焊絲的SiO2低于1.5%，電弧的穩定性和集中度都比較差。18號焊絲的SiO2超過3.0%，脫渣變差。19號焊絲的Al2O3低于0.5%，焊道與母材的熔合不好，另外焊絲的ZrO2超過0.1%，再起弧性非常差。20號焊絲的Al2O3超過1.5%，熔渣粘度大，有夾雜物。21號焊絲的F-低于0.1%，電弧穩定性差，且在小電流時有夾雜物。22號焊絲的F-超過0.15%，飛濺量非常大。23號焊絲的ZrO2超過0.1%，再起弧性和脫渣性都差。24號焊絲的藥粉比例低于25%，電弧不穩且低電流時飛濺大。25號焊絲的藥粉比例超過45%，送絲穩定性差，且母材變形量大。26號焊絲的造渣成分低于8%，脫渣和焊道成形差，并且焊縫金屬多，使得母材變形量大。27號焊絲的造渣成分多于14%，脫渣困難，且出現大量夾雜物。

3本專利要點

（1）藥芯焊絲以不銹鋼帶為外皮，里面填充藥粉。藥粉成分如下（占整個焊絲比例）：TiO2為5.5%～10.0%，SiO2為1.5%～3.0%，Al2O3為0.5%～1.5%，氟化物（以F-含量計）為0.1%～0.15%，藥粉比例為30%～45%，造渣成分為8%～14%。

（2）ZrO2限制在0.1%（占整個焊絲比例）以內。

（3）焊絲直徑1.2mm。

（4）藥粉比例最好為30%～40%。

（5）藥粉中造渣成分比例最好為9%～12%（占整個焊絲比例）。