学文网0前言
药芯焊丝在不锈钢焊接中得到广泛应用。厚板不锈钢焊接的情况很少，实际应用大部分都是薄板。薄板焊接一般需要采用小直径焊丝。当焊接2 mm厚的薄板时，通常采用 0.8 mm的焊丝，80～150 A的电流，可以获得良好的焊接性能。这时如果用1.2 mm的焊丝效果是比较差的。而生产小直径药芯焊丝是比较困难的，需要将丝拉拔后进行退火处理，与1.2 mm和1.6 mm的药芯焊丝相比，其生产成本更高。本专利是开发一种不锈钢药芯焊丝，可用于不锈钢薄板焊接，且直径可大于1.2 mm，具有优良的可操作性。
本发明药粉组分（占整个焊丝比例）如下：TiO2为5.5%～10.0%，SiO2为1.5%～3.0%，Al2O3为0.5%～1.5%，氟化物（以F-量计算）为0.1%～0.15%。药粉占整个焊丝成分的25%～45%，造渣成分占整个焊丝成分的8%～14%。ZrO2限制在0.1%以下。
本发明药芯焊丝在小电流和常规电流时都具有优良的焊接工艺性。
本发明的另一个特点是效率高，其焊芯直径可大于1.2 mm。此外，为进一步提高焊丝工艺性能，最好将药粉比例控制在30%～40%，造渣成分控制在9%～12%。
当焊接不超过3 mm的不锈钢薄板时，采用1.2 mm的焊丝，焊接电流不能小于120 A。在电流过小的情况下，会出现飞溅大，焊道成形不良的现象。经过试验发现，增大药粉比例，减小外皮厚度时，相应增加了电流密度，可以改善1.2 mm焊丝在小电流时的工艺性。但是这样做带来另外一个问题，这种焊丝与没有减薄外皮厚度的焊丝相比，单位长度的电阻增加了，这样会使焊缝金属量增加，这明显提高了熔敷速度（焊缝金属g/min）。熔敷率提高会增大焊缝金属的热收缩，
即使电流不大，也会增大母材的变形量。
进一步试验表明，在药粉比例高的焊丝中，提高药粉中造渣成分的比例，可以调整熔敷速度到合适水平。通常情况下，熔渣过量易造成焊接缺陷，如夹渣，所以必须将药粉中造渣成分调整到合适比例。脱渣性和再起弧性能也很重要。试验表明，即使药粉比例很高，对于特定的药粉成分，也可以获得焊接过程稳定，焊道成形、脱渣和再起弧性能优良的焊丝。
1焊药成分说明
11TiO2为5.5%～10.0%
TiO2是主要的造渣成分，可以改善熔渣的流动性、覆盖性和脱渣能力，也能够增加导电性，从而改善再引弧性。为了实现这些作用，要求TiO2不能少于5.5%。另一方面，当TiO2超过10%时，会增大渣的粘度，易造成夹渣缺陷。TiO2可以金红石，钛白粉等形式加入。合理的TiO2加入量范围是5.5%～8.0%。
12SiO2为1.5%～3.0%
加入SiO2可以改善小电流时的熔滴过渡，改善焊道成形。其加入量大于1.5%时才能起到作用。但加入量大于3.0%时，会引起脱渣困难。SiO2可以以石英或长石的形式加入。
13Al2O3为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还有调节熔渣粘度的作用。当加入量大于1.5%时，会增大熔渣粘度，易造成夹渣，另外会使脱渣困难。Al2O3可以以氧化铝，或复合物，如长石的形式加入。
14氟化物（以F-含量计）为0.1%～0.15%
当加入量大于0.1%时，氟化物可改善抗气孔性。另外，可以促进熔滴过渡和改善低电流时的电弧稳定性。当F-加入量大于0.15%时，会产生很大的烟尘和飞溅。氟化物的加入形式可以是氟化钾、氟化钠、氟硅酸钾的形式，也可以有机物的形式加入，如四氟乙烯。无论以哪种形式加入，其加入量都应限制在前面提到的范围内。
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。但是根据现有研究发现，在渣系中加入ZrO2，会使渣壳变硬，引起脱渣困难。另外，当断弧时，坚硬的渣壳会牢牢覆盖在焊丝顶端，使再起弧变得困难。所以ZrO2应限制在0.1%以下。
16药粉比例为25%～45%（占整个焊丝比例）
目前的研究认为药粉的比例应该控制在25%～45%。对于1.2 mm的焊丝，当药粉比例低于25%时，相应的外皮需要加厚，这会降低电流密度，恶化在小电流时的工艺性。当药粉比例大于45%时，外皮变薄，电流密度过大，熔敷率提高，不适于薄板焊接。另外，外皮太薄时会降低焊丝强度，影响送丝稳定性。更推荐的药粉比例是30%～40%。
17造渣成分比例为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和碱金属氧化物，因为这些成分易汽化，很难在渣壳中存在。
在焊丝中，药粉比例越高，造渣成分越要限制，这是为了调节焊缝金属量。当造渣成分低于8%时，焊缝金属量大大增加，会增大母材变形量。并且，熔渣量下降时，会使焊道表面覆盖不匀，恶化成形和脱渣。当造渣成分超过14%时，熔渣量过大，易引起夹渣缺陷。且太厚的渣壳也会使脱渣变得困难。推荐的造渣成分的范围是9%～12%。
此外，为了改善脱渣性能，也可以加入Bi2O3和S。Si、Ti、Al、Mn等可作为脱氧元素被加入。Ni、Cr、Mo、Nb、C、N、Fe可作为调节焊缝成分的元素被加入。
2具体试验方案
表1，表2列出了试验药芯焊丝中药粉的成分，药粉比例和造渣成分比例。表3是试验药芯焊丝所用不锈钢带的成分。表中空白部分表示所对应成分没有加入。试验焊丝直径均为1.2 mm。
表4三种焊接条件的焊丝性能焊接条件焊接电流I/A焊接电压U/V评价指标A10022工艺性
再起弧性B15026工艺性
X射线检测C20030工艺性
送丝稳定性在A焊接条件下，进行T形接头角焊缝试验，试板厚度为2 mm，在水平位置施焊，考察工艺性能。另外，进行再起弧性能试验，试验方法如下：电弧熄灭后，焊丝顶端不进行清理，保持30 s后再引弧，看能否顺利起弧。重复20次，记录成功起弧的次数。
在B焊接条件下，在水平位置进行对接接头焊接，多层焊，按JIS Z3106做X射线检测。
在C焊接条件下，在不锈钢平板上进行堆焊，考察工艺性和送丝稳定性。连续焊接15 min，通过是否发生断弧来判断送丝稳定性。
以上试验所用试板与焊丝属同类型不锈钢。
焊丝1～14是在前面规定范围内的试验配方，试验结果显示其在小电流情况下具有良好的焊接工艺性、再起弧能力和低夹杂物水平。15号焊丝的TiO2低于5.5%，电弧稳定性、再起弧能力、脱渣性都比较差。16号焊丝的TiO2超过10%，熔渣粘度增大，出现了夹杂物，X射线探伤显示了这一点。17号焊丝的SiO2低于1.5%，电弧的稳定性和集中度都比较差。18号焊丝的SiO2超过3.0%，脱渣变差。19号焊丝的Al2O3低于0.5%，焊道与母材的熔合不好，另外焊丝的ZrO2超过0.1%，再起弧性非常差。20号焊丝的Al2O3超过1.5%，熔渣粘度大，有夹杂物。21号焊丝的F-低于0.1%，电弧稳定性差，且在小电流时有夹杂物。22号焊丝的F-超过0.15%，飞溅量非常大。23号焊丝的ZrO2超过0.1%，再起弧性和脱渣性都差。24号焊丝的药粉比例低于25%，电弧不稳且低电流时飞溅大。25号焊丝的药粉比例超过45%，送丝稳定性差，且母材变形量大。26号焊丝的造渣成分低于8%，脱渣和焊道成形差，并且焊缝金属多，使得母材变形量大。27号焊丝的造渣成分多于14%，脱渣困难，且出现大量夹杂物。
3本专利要点
（1）药芯焊丝以不锈钢带为外皮，里面填充药粉。药粉成分如下（占整个焊丝比例）：TiO2为5.5%～10.0%，SiO2为1.5%～3.0%，Al2O3为0.5%～1.5%，氟化物（以F-含量计）为0.1%～0.15%，药粉比例为30%～45%，造渣成分为8%～14%。
（2）ZrO2限制在0.1%（占整个焊丝比例）以内。
（3）焊丝直径1.2mm。
（4）药粉比例最好为30%～40%。
（5）药粉中造渣成分比例最好为9%～12%（占整个焊丝比例）。