本發明專利技術公開了一種能夠使不銹鋼焊接接頭焊趾處產生壓縮應力的藥芯焊絲，由藥芯和鋼帶構成，藥芯按照重量百分比包括金屬鎳粉50％～65％，金屬錳粉2％～5％，金屬鉬粉4％～6％，稀土硅粉1％～3％，余量為鐵粉，還可添加金屬鈦粉4％～7％，金屬鈮粉2％～5％；鋼帶采用SPCC冷軋低碳鋼鋼材。本發明專利技術選用低相變點藥芯焊絲熔修技術改善焊接接頭焊趾處的疲勞性能，通過在焊趾處產生壓縮應力，提高焊縫的疲勞性能，延長疲勞壽命，與傳統的TIG熔修對操作人員的高水平技術要求和局部機械加工法的巨大工作量相比，對操作人員的技術水平要求降低，同時避免焊后加工的附加工序，提高生產效率。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種藥芯焊絲，具體地說，是涉及對不銹鋼焊接接頭焊趾疲勞性能進 行改善的藥芯焊絲。
技術介紹
相比于其它連接技術，焊接技術在工程生產中應用最為廣泛，焊接結構隨焊接技 術的發展而產生，從20世紀20年代開始得到了越來越廣泛的應用。據統計，我國焊接結構 用鋼占鋼產量的50%左右，在工業發達國家這一比例更高。然而焊接結構經常發生斷裂事 故，大量統計資料表明，工程結構失效有80%以上是由疲勞引起的，對于承受循環載荷的焊 接構件有90%以上的失效是由于疲勞破壞。因此，規范規定設計承載交變載荷焊接結構時， 以焊接接頭的疲勞性能作為整體結構的疲勞性能，而不是母材的疲勞性能。應力集中和焊 后殘余拉伸應力對焊接接頭的疲勞強度有較大的影響，造成整體結構的過早失效。因此消 除焊接接頭應力集中，改善焊后應力狀態，可提高焊接接頭疲勞強度，具有極大的經濟和社 會效益。焊趾部位是焊接接頭的薄弱環節，因為焊趾處既存在幾何形狀突變產生的應力集 中，也會由于焊接過程中熱收縮作用產生較大的殘余拉伸應力，致使很多承載疲勞載荷的 不銹鋼結構件在未達到標準壽命時，焊趾處出現疲勞裂紋而失效。不銹鋼普遍應用于耐酸 抗腐的重要結構中，一旦發生過早失效，會造成重大的損失。目前工程中應用最為廣泛的改善焊趾性能的方法是TIG熔修法和局部機械加工 法，這兩種方法都有一定的局限性。TIG熔修的作用是改善焊趾處的過渡半徑，消除應力集 中，但要求操作工有一定的操作水平，操作工的水平差異對性能的改善程度有明顯影響；并 且這種方法依靠熔池液態金屬的流動和鋪展來改善焊趾部位的過渡半徑，因此只適合于平 焊和平角焊位置的焊縫，對仰焊、立焊和橫焊等位置無法實施操作。局部機械加工法使焊縫 表面應力集中大大減少，但這種機械加工的成本很高，需要很大的工作量，同時也延長了工 時，增加了生產成本。因此，針對不銹鋼焊接接頭焊趾處的力學性能，需要更加有效和經濟 的改善方法。中國專利號為ZL01130810. 9的“用于提高焊接接頭疲勞強度的焊條”以及中國專 利號為ZL200510013182. 7的“提高焊接接頭疲勞性能的藥芯焊絲”可用于低碳、低合金鋼 焊接接頭疲勞強度的提高，其機理是使用所專利技術焊接材料改善焊接接頭的應力狀態，在焊 縫處產生壓縮應力。但對于不銹鋼的單層焊接，特別是針對焊趾處的熔修處理，考慮到母材 合金元素的過渡對焊縫合金成分的影響，上述專利技術不具有適用性。
技術實現思路
本專利技術要解決的是現有技術中改善焊接接頭焊趾處應力狀態的焊接材料不適用 于不銹鋼母材的技術問題，提供一種能夠使不銹鋼焊接接頭焊趾處產生壓縮應力的藥芯焊 絲，擴大低相變焊接材料的應用范圍，使得低相變焊接材料可用于對不銹鋼焊接接頭焊趾處進行應力狀態的改善，從而提高不銹鋼焊接接頭焊趾處的疲勞性能。為了解決上述技術問題，本專利技術通過以下的技術方案予以實現一種能夠使不銹鋼焊接接頭焊趾處產生壓縮應力的藥芯焊絲，由藥芯和鋼帶構 成，所述藥芯按照重量百分比包括下列組分金屬鎳粉50% 65%，金屬錳粉2% 5%，金 屬鉬粉4% 6%，稀土硅粉 3%，余量為鐵粉；所述鋼帶采用碳素鋼鋼材。所述藥芯按照重量百分比由下列組分組成金屬鎳粉50% 65%%，金屬錳粉 2% 5%，金屬鉬粉4% 6%，稀土硅 3%，金屬鈦粉4% 7%，金屬鈮粉2% 5%， 余量為鐵粉。所述鋼帶采用SPCC冷軋低碳鋼鋼材。本專利技術的有益效果是與傳統的TIG熔修對操作人員的高水平技術要求和局部機械加工法的巨大工作 量相比，本專利技術選用低相變點藥芯焊絲熔修技術改善焊接接頭焊趾處的疲勞性能，對操作 人員的技術水平要求降低，同時避免焊后加工的附加工序，提高生產效率。使用本專利技術的低 相變點藥芯焊絲對不銹鋼焊趾進行熔修，一方面可以保持與TIG熔修相類似的效果，改善 焊縫焊趾處的過渡，增大過渡半徑降低應力集中，另一方面還可以在焊趾處產生壓縮應力， 壓縮應力的產生可以提高焊縫的疲勞性能，起到延長疲勞壽命的作用。附圖說明圖1是本專利技術的藥芯焊絲和普通藥芯焊絲焊縫金屬的冷卻膨脹曲線對比圖；圖2是本專利技術藥芯焊絲的橫截面示意圖。圖中1 藥芯，2 鋼帶。具體實施例方式鋼鐵材料從高溫到室溫的冷卻過程中，會發生體積的熱收縮。同時伴有一系列的 組織轉變，此組織相變伴隨有體積膨脹。室溫下的焊接殘余應力由焊接熱收縮應力和相變 應力共同決定的，對于低碳鋼、中碳鋼和低合金元素材料，組織轉變在較高的溫度下進行， 此時材料處于塑性狀態，因而體積膨脹不會改變焊接殘余應力。對于高合金材料，比如奧氏 體不銹鋼，由于材料從高溫到低溫的冷卻過程中并不發生相變，所以通常選用與奧氏體不 銹鋼相匹配的焊接材料進行焊接時，焊接的殘余應力主要由焊接熱收縮決定，最終焊縫表 面得到殘余拉伸應力。但對于一定合金成分的鋼鐵材料，組織轉變開始和結束均在較低溫 度，此時材料處于彈塑性或彈性狀態，因此相變體積膨脹，可減少殘余拉伸應力，以致出現 對焊縫性能有益的殘余壓縮應力。本專利技術和普通藥芯焊絲的焊縫金屬冷卻曲線如圖1所示。虛線是普通藥芯焊絲熔 敷金屬的冷卻膨脹曲線，從圖1虛線可以看出，普通低碳鋼藥芯焊絲相變溫度較高，普通不 銹鋼藥芯焊絲未發生相變，最終焊縫表面得到的都是殘余拉伸應力。實線為能夠使能夠使 不銹鋼焊接接頭焊趾處產生壓縮應力的低相變點藥芯焊絲。從圖1中的實線可以看出，在 相變開始溫度Ms點，曲線出現轉折點，此時奧氏體開始向馬氏體轉變，奧氏體量逐漸減少， 馬氏體量逐漸增大，隨著溫度繼續降低，馬氏體相變所產生的膨脹應變越加明顯。當相變轉 變結束溫度在室溫附近時，焊縫金屬不再發生熱收縮，從而使得焊縫金屬獲得殘余壓應力。依據以上原理分析和相關實驗的基礎上，研究出適合不銹鋼使用的改善焊趾應力 狀態的藥芯焊絲。如圖2所示，藥芯焊絲的藥芯1采用多種元素合金化，通過藥芯過渡合金 元素，以Cr-Ni-Mn-Si合金系作為藥芯焊絲的基礎合金系統，以Ti、Nb等合金元素的添加改 善焊縫金屬的力學性能。藥芯焊絲的鋼帶2最好采用SPCC冷軋低碳鋼優質鋼材，尺寸在厚 0. 8 1. 2mm,寬12 15mm的范圍內。藥芯1和鋼帶2均要控制碳含量，以保證焊縫中得 到低碳板條馬氏體組織，焊絲直徑為1. 2 2. 0mm，用于填絲的非熔化極TIG焊接方法。下述各實施例藥芯焊絲使用通用的藥芯焊絲制造方法在藥芯焊絲制造裝置上制 造而成，直徑均為01. 6mm。鋼帶2均采用SPCC冷軋低碳鋼鋼材，其主要成分含量為CO. 05%, SiO. 01%, MnO. 25%, S、P含量在0. 025%以下；鋼帶2尺寸選用厚1mm，寬14mm。實施例采用的研究方法是在304L不銹鋼材料表面焊接一層本專利技術藥芯焊絲，用 得到的焊縫模擬本專利技術藥芯焊絲在304L不銹鋼焊縫焊趾處熔修所得到的熔修焊縫，并對 其成分和殘余應力進行測量。焊接時選擇填絲的非熔化極TIG焊接方法，并選用直流正接 的電源極性接法。304L不銹鋼母材主要成分范圍(％ )見下表1 表 1CSiMnSPCrNiMo0. 0320. 3511. 580. 00160. 04018. 268. 200. 108實施例1實施例藥芯組分及重量百分比含量(％ )以及鋼帶尺寸見下表2表2金屬錳粉稀土硅粉金屬鎳粉金屬鉬粉本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種能夠使不銹鋼焊接接頭焊趾處產生壓縮應力的藥芯焊絲，由藥芯和鋼帶構成，其特征在于，所述藥芯按照重量百分比包括下列組分：金屬鎳粉５０％～６５％，金屬錳粉２％～５％，金屬鉬粉４％～６％，稀土硅粉１％～３％，余量為鐵粉；所述鋼帶采用碳素鋼鋼材。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐連勇，趙森，荊洪陽，韓永典，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：12
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