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CN104718048A - 低锰气体保护药芯焊接焊条 - Google Patents

低锰气体保护药芯焊接焊条 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气体保护药芯焊接焊条，所述气体保护药芯焊接焊条包括含铁金属护套和在所述护套内的包封了芯成分的芯。以基于所述芯成分和所述护套的总重量的重量百分比计，所述芯成分和所述护套总共包括：0.25至1.50锰；0.02至0.12碳；0.003至0.02硼；0.2至1.5硅；0至0.3钼；钛、镁和铝中的至少一种，其中钛、镁和铝的总含量为0.2至2.5；3至12二氧化钛；至少一种电弧稳定剂，其中电弧稳定剂的总含量为0.05至1.0；不大于10的另外助焊剂系组分；其余为铁；以及附带杂质。

Description

低锰气体保护药芯焊接焊条
发明领域
本公开大体上涉及气体保护药芯(flux cored)电弧焊焊条，并且更具体地涉及具有低锰含量的气体保护药芯电弧焊焊条。
发明背景
美国焊接学会规范AWS A5.20/A5.20M和AWS A5.36/A5.36M、以及其它类似全球性的规范、管理着对设计用于焊接碳钢的药芯焊条的技术要求。对于被归类为E7XT-1C、E7XT-1M、E7XT-9C、E7XT-9M、E7XT-12C和E7XT-12M并包括基于二氧化钛(TiO2)的渣系的气体保护药芯碳钢焊条，AWS A5.20/A5.20M和AWS A5.36/A5.36M要求焊接金属中的合金含量不大于1.75％锰(对于E7XT-12类型为1.60％)、0.12％碳、0.90％硅、0.20％铬、0.50％镍、0.30％钼、0.08％钒和0.35％铜。虽然镍对焊接金属韧性和延展性特性是有益的，这些焊条类型中的最大容许的镍水平受到严格限制。因此，碳、锰、钼和硅水平通常被调整以优化焊接金属特性。
一般来说，带有基于二氧化钛的渣系的常规气体保护药芯焊接焊条包括显著水平的锰，并且还可包括小浓度的硼以实现期望焊接金属韧性、拉伸和延展性特性。包括基于二氧化钛的渣系的常规气体保护药芯焊接焊条的缺点是这些焊条包括的显著锰水平可能并不符合某些排放控制法规。例如，在美国环保局法规第40条第63节第XXXXXX分节(最近已经开始生效)下的金属制造有害空气污染物(MFHAP)要求限制某些焊接焊条的锰含量基于焊条总重量而小于1.0重量百分比。
本公开的目标在于提供一种带有基于二氧化钛的渣系的气体保护药芯焊条，所述气体保护药芯焊条包括相对低的锰含量并且产生包括相对低的锰水平的焊接烟尘，但会产生具有符合某些适用要求的机械特性的焊接沉积物(weld deposit)。
发明概述
本公开提供了一种气体保护药芯焊接焊条，所述气体保护药芯焊接焊条包括含铁金属护套和在所述护套内的芯。以基于芯和所述护套的总重量的重量百分比计，芯和护套总共包括：0.25至1.50锰；0.02至0.12碳；0.003至0.02硼；0.2至1.5硅；0至0.3钼；钛、镁和铝中的至少一种，其中钛、镁和铝的总含量为0.2至2.5；3至12二氧化钛；至少一种电弧稳定剂，其中电弧稳定剂的总含量为0.05至1.0；不大于10的另外助焊剂系组分；其余为铁；以及附带杂质。焊接焊条包括显著少于某些常规可商购的气体保护药芯焊接焊条的锰，然而可配置成提供类似于包括显著较高锰含量的常规焊条的拉伸以及其它特性。
在考虑以下本发明的某些非限制性实施方案的详细描述后，读者将会了解本发明的前述细节以及优点，以及其它细节以及优点。读者也可在做出和/或使用本发明内的实施方案时领会本发明的此类另外细节以及优点。
附图简述
举例来说，现将参考附图描述所公开的装置的具体实施方案，在附图中：
图1是绘出在使用75％Ar/25％CO2保护气体的气体保护电弧焊期间作为1/16英寸直径E71T-9M药芯焊接焊条中的锰浓度的函数的、焊接烟尘中的锰重量百分比的图。
图2是绘出在使用75％Ar/25％CO2保护气体的气体保护电弧焊时并且在使用1/16英寸直径E71T-9M药芯焊接焊条来形成沉积物时作为焊接焊条锰浓度的函数的、焊接沉积物中的锰重量百分比的图。
图3是绘出在使用75％Ar/25％CO2保护气体的气体保护电弧焊时并且在使用1/16英寸直径E71T-9M药芯焊接焊条来形成沉积物时作为焊接焊条锰浓度的函数的、焊接沉积物的屈服强度(YS)和极限抗拉强度(UTS)的图。
图4是绘出在使用75％Ar/25％CO2保护气体的气体保护电弧焊时并且在使用1/16英寸直径E71T-9M药芯焊接焊条来形成沉积物时作为焊接焊条锰含量的函数的、焊接沉积物的夏比v形缺口(CVN)冲击韧性(在-20°F下评估)的图。
图5是绘出在使用75％Ar/25％CO2保护气体的气体保护电弧焊时并且在使用1/16英寸直径E71T-9M药芯焊接焊条来形成沉积物时作为焊接焊条锰含量的函数的烟尘产生率(FGR)的图。
具体实施方式
在本说明书中描述了各种焊接焊条实施方案，以提供对本发明的全面理解。应当理解，本说明书中描述的各种实施方案为非限制性和非穷尽性的。因此，本发明不限于本说明书中公开的各种非限制性和非穷尽性实施方案的描述。在适当情况下，结合各种实施方案描述的特征和特性可与其它实施方案的特征和特性组合。这样的修改和变化意图被包括在本说明书的范围内。因此，可将权利要求书修正成表述本说明书中明确或固有地描述的、或以其它方式明确或固有地受本说明书支持的任何步骤、元件、限制、特征和/或特性。另外，申请人保留修正权利要求书以果断放弃对现有技术中存在的步骤、元件、限制、特征和/或特性(无论是否在本文中明确描述此类特征)的权利。因此，任何此类修正都应遵守35 U.S.C.§112第1段和35 U.S.C.§132(a)的要求。在本说明书中公开并描述的各种实施方案可包括如本文中不同地描述的元件、限制、特征和/或特性、由所述元件、限制、特征和/或特性构成、和/或基本由所述元件、限制、特征和/或特性构成。
本文中确定的任何专利、出版物或其它公开材料通过引用整体并入本说明书，除非另外指明，但这种并入的程度仅仅限于所并入的材料不与现有定义、陈述、或本说明书中明确阐明的其它公开材料冲突。因此，并且在必要时，如在本说明书中明确阐明的公开内容取代通过引用并入本文中的任何冲突材料。被认为是通过引用并入本说明书中的任何材料或其部分若与现有定义、陈述、或本文中阐明的其它公开材料冲突，则仅并入其不引起所并入的材料和现有公开材料之间冲突的材料。申请人保留修正本说明书以便明确表述通过引用并入本文中的任何主题或其部分的权利。
语法冠词“一个”、“一(a/an)”和“所述”(如果本说明书使用的话且在用于本说明书中时)意图包括“至少一个”或“一个或多个”，除非另外指明。因此，冠词在本说明书中用于指代所述冠词的语法对象的一个或一个以上、而非一个(即，指代“至少一个”)。举例来说，“一部件”表示一个或多个部件，并且因此可能的是，在所描述的实施方案的实施方式中构想并可采用或使用一个以上的部件。另外，使用单数名词包括复数形式，并且使用复数名词包括单数形式，除非使用的上下文另有要求。
本文所描述的各种实施方案涉及了包括基于二氧化钛的渣系和相对低的锰含量的气体保护药芯焊接焊条。本文所描述的药芯焊接焊条的实施方案中的相对低的锰含量产生包括低于某些常规气体保护药芯焊接焊条的锰水平的焊接烟尘。根据本公开的气体保护药芯焊接焊条的某些非限制性实施方案的锰含量符合关于合金元素含量的美国环保局法规第40条第63节第XXXXXX分节下的某些金属制造有害空气污染物(MFHAP)要求。具体来说，EPA第XXXXXX分节要求焊条合金含量(基于焊条总重量计)不大于1.0重量百分比的锰、0.1重量百分比的镍、0.1重量百分比的铬、0.1重量百分比的镉和0.1重量百分比的铅。
虽然已知的是锰增强了某些焊接金属特性，但还考虑到了从电弧焊工艺排放的焊接烟尘中的有害组分，如果所吸入的高于某些健康和安全组织所建立的水平的话。减少常规气体保护药芯焊条中的锰含量可以减少焊接烟尘中的锰含量。例如，图1示出在使用75％Ar/25％CO2保护气体的气体保护电弧焊期间作为1/16英寸直径E71T-9M药芯焊接焊条中的焊条锰浓度的函数的、焊接烟尘中的锰重量百分比。然而，减少药芯焊接焊条中的锰含量还会减少焊接金属中的锰含量，并继而减少焊接金属韧性、拉伸和延展性特性。图2示出在使用75％Ar/25％CO2保护气体的气体保护电弧焊期间使用1/16英寸直径E71T-9M药芯焊接焊条形成沉积物时作为焊接焊条锰含量的函数的、焊接沉积物中的锰重量百分比。将从图2看出，焊接沉积物锰含量随着焊接焊条中的锰的水平的增加而增加。图3示出在使用75％Ar/25％CO2保护气体的气体保护电弧焊期间使用1/16英寸直径E71T-9M药芯焊接焊条来形成沉积物时作为焊接焊条锰含量的函数的、焊接沉积物的屈服强度(YS)和极限抗拉强度(UTS)之间的关系。在图3中，焊接沉积物的YS和UTS两者随焊条锰含量的减少而降低。图4示出在使用75％Ar/25％CO2保护气体的气体保护电弧焊期间使用1/16英寸直径E71T-9M药芯焊接焊条来形成沉积物时作为焊接焊条锰含量的函数的、焊接沉积物的夏比v形缺口(CVN)冲击韧性(在-20°F下评估)之间的关系。在图4中，焊接沉积物的CVN冲击韧性随焊条锰含量的降低而降低。
因此，焊接焊条设计必须解决竞争问题(competing concern)，并且减少药芯焊接焊条中的锰含量来解决焊接烟尘锰水平可削弱焊接沉积物的机械特性。先前，并不存在符合EPA第XXXXXX分节1.0％锰最大值和0.1％镍最大值要求同时还满足了AWS A5.20/A5.20M分类E7XT-1C、E7XT-1M、E7XT-9C、E7XT-9M、E7XT-12C和E7XT-12M的焊接金属韧性、拉伸和延展性特性的可商购的气体保护药芯焊接焊条。
根据本公开的气体保护药芯焊接焊条的某些非限制性实施方案包括低于可商购的气体保护药芯焊接焊条的锰水平，并且由此产生包括减少高达约90％的锰的焊接烟尘。然而，根据本公开的焊接焊条实施方案仍满足AWS A5.20/A5.20M和AWS A5.36/A5.36M中规定的焊接金属韧性、拉伸和延展性特性。根据本公开的气体保护药芯焊接焊条包括含铁金属护套和用含铁金属护套包封的芯成分。以基于护套和芯成分的总重量的重量百分比计，气体保护药芯焊条具有以下组分：0.25至1.50锰；0.02至0.12碳；0.003至0.02硼；0.2至1.5硅；0至0.3钼；钛、镁和铝中的至少一种，其中钛、镁和铝的组合含量为0.2至2.5；其余为铁；以及附带杂质。优化碳、硼、硅、钼及钛、镁和/或铝含量的组合可以允许焊接焊条的锰含量相对于可商购的气体保护药芯焊接焊条大幅减少，同时维持可接受的焊接金属韧性、拉伸和延展性特性。护套包封助焊剂和可能其它成分的颗粒状混合物。
除非本文另外表明，否则本文所提供的根据本公开的药芯焊接焊条的各种成分的浓度是基于焊接焊条的含铁护套和芯成分的组合重量以重量百分比计算的。
根据本公开的气体保护药芯焊条可以使用制造此类焊条的任何常规方法来制造。在制造根据本公开的焊接焊条的一个非限制性方法中，将一卷含铁钢板切成条。条通过将这些条形成为具有大体U形横截面的通道的辊。在同一操作中，形成的条被填充有测得量的颗粒状芯成分。随后，U形条通过封闭滚筒，从而将条形成包封芯成分的管道。随后，管道被轧制、碾压或型锻成小于所形成的管道的原始直径的期望尺寸，从而提供最终焊接焊条。最终焊条可焙烧以移除残余润滑剂和水分，或在非焙烧情况下使用，这取决于制造焊条所采用的还原过程(reduction process)。考虑本描述后，用于制造根据本公开的焊接焊条的其它方法对普通技术人员而言将会明显。
在制造后，根据本公开的气体保护药芯焊条可被用于药芯电弧焊(FCAW)工艺，其中保护气体选自例如氩气、二氧化碳、氧气、其它惰性气体以及以上气体中的两种或多种的混合物。并入有合适电源、送丝(焊条)器、喷射器以及用于供应保护气体的系统的任何FCAW设备和工艺可被用来使用根据本公开的气体保护药芯焊接焊条焊接材料。
根据本公开的一个方面，一种气体保护药芯焊接焊条包括包封了颗粒状芯成分的含铁护套。以重量百分比计，气体保护药芯焊接焊条包括：0.25至1.50锰；0.02至0.12碳；0.003至0.02硼；0.2至1.5硅；0至0.3钼；钛、镁和铝中的至少一种，其中钛、镁和铝的总含量为0.2至2.5；其余为铁；以及附带杂质。芯成分包括了助焊剂系，以重量百分比计，所述助焊剂系包括：3至12二氧化钛；0.05至1.0电弧稳定剂；以及少于10％的其它助焊剂成分。电弧稳定剂可为例如但不限于氧化钠、氧化钾和/或药芯焊接焊条中使用的其它已知电孤稳定剂的一种或多种化合物。其它助焊剂成分可以是例如但不限于二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锰、氧化锆和含氟化合物中的一种或多种。
根据本公开的气体保护药芯焊接焊条的助焊剂系是基于二氧化钛。在本文中，焊条中的TiO2含量可在3至12重量百分比的范围内，并且在某些实施方案中在7.0至11.0重量百分比的范围内。TiO2可以纯金红石形式呈现，但也可以适合作为气体保护药芯焊接焊条的助焊剂成分的其它形式呈现。TiO2的其它合适形式的非限制性实例(在本文中也被称为“TiO2”)包括碱金属钛酸盐、锐钛矿和白钛石。助焊剂系的TiO2组分有助于提供在焊接期间、尤其是在除了水平且平坦的位置外的适当位置进行焊接期间支撑熔融金属所必要的渣粘度和熔点。TiO2还有助于在焊接期间熔滴从焊条末端跨越至焊接金属时稳定电弧。
根据本公开的气体保护药芯焊接焊条的助焊剂系包括钠(Na)的一种或多种化合物和/或其它电弧稳定化合物。一种或多种电弧稳定化合物的总重量在0.05至1.0重量百分比的范围内，并且在某些实施方案中在0.10至0.60重量百分比的范围内，被表达为Na2O。助焊剂系的电弧稳定组分用作电弧稳定剂并在焊接期间减少飞溅产生。电弧稳定组分可包括Na、钾(K)和锂(Li)的一种或多种合适的化合物，而且可由本领域已知的其它合适电弧稳定剂构成、或包括所述其它合适电弧稳定剂。合适电弧稳定剂的实例包括氧化钠和氧化钾的化合物。
根据本公开的气体保护药芯焊接焊条的助焊剂系的其它可能组分可以包括例如二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锰、氧化锆和含氟化合物中的一种或多种，这些其它可能组分有助于控制渣的粘度和/或熔点、提高焊缝流动性和形状、有助于减少焊接金属扩散氢水平和/或提高其它焊接性能特性。基于护套和芯成分的总重量，这些其它组分的总浓度不应超过10重量百分比。在一个实施方案中，基于护套和芯成分的总重量，助焊剂系的其它组分包括0.10至0.80重量百分比的二氧化硅。
根据本公开的药芯焊接焊条的含铁金属护套和芯成分包括意图改进焊接金属的特性的一种或多种合金成分。例如，但不限于，合金成分可为或可包括锰、碳、硼、硅、钼、钛、镁和铝中的一种或多种。这些合金元素可在元素合金化成含铁金属条材时以含铁金属条来呈现，和/或可呈现为呈例如纯金属形式的芯成分的组分和/或可呈现为一种或多种铁合金的一部分。在任何情况下，合金成分以可容易并入到焊接金属中作为合金元素的形式来呈现。
锰可以0.25至1.50重量百分比的浓度呈现在根据本公开的药芯焊接焊条中。锰包括在焊条中以增加焊接金属韧性、拉伸和延展性特性。锰还可用于在凝固期间帮助焊池脱氧，并且由此有助于抑制焊接金属多孔缺陷。在根据本公开的药芯焊接焊条的某些非限制性实施方案中，锰呈现为处于0.50至1.25重量百分比的范围，并且在某些实施方案中呈现为处于0.50至1.0重量百分比的范围。0.25至1.50重量百分比的锰范围低于某些常规可商购的气体保护药芯焊条的锰含量，并且焊条的减少的锰含量可使焊接烟尘中呈现的锰减少多达约90％。同样，根据本公开的包括不超过1.0重量百分比的锰的焊接焊条实施方案满足在美国环保局法规第40条第63节第XXXXXX分节下的金属制造有害空气污染物(MFHAP)要求下的限制。
碳可以0.02至0.12重量百分比的范围呈现在根据本公开的药芯焊接焊条中，并且在某些实施方案中呈现为处于0.03至0.10重量百分比的范围。碳可改进焊接金属韧性、拉伸和延展性特性，并且在根据本公开的焊条中，用作用于改进那些特性的锰的部分取代物。碳还可用于在凝固期间使得焊池脱氧以有助于防止焊接金属多孔缺陷。
硼可以0.003至0.02重量百分比的范围呈现在根据本公开的药芯焊接焊条中，并且在某些实施方案中呈现为处于0.005至0.015重量百分比的范围。硼可有助于使焊接金属韧性特性增加，并且在根据本公开的焊条中，用作有助于那方面的锰的部分取代物。
硅可以0.2至1.5重量百分比的范围呈现在根据本公开的药芯焊接焊条中，并且在某些实施方案中呈现为处于0.3至1.0重量百分比的范围。硅可以在凝固期间使得焊池脱氧以有助于防止焊接金属多孔缺陷。硅还可以影响焊缝的流动性并在凝固期间增加渣的粘度以及对焊接金属的支撑。
钼可以高达0.3％的浓度呈现在根据本公开的药芯焊接焊条中。钼可有助于使焊接金属拉伸特性增加。在本文的某些焊接焊条实施方案中，不包括钼。
钛、镁和铝中的一种或多种可以不同于可呈现在焊条的助焊剂中的此类材料的量的量呈现在根据本公开的药芯焊接焊条中，包括呈现在焊条的芯和护套这两者或任一者中。钛、镁和铝的总浓度为0.2至2.5重量百分比。在根据本公开的焊接焊条的某些非限制性实施方案中，钛和镁的总含量在0.3至2.0重量百分比的范围内。某些其它非限制性实施方案包括在0.4至1.0重量百分比的范围内的镁。在其它实施方案中，镁呈现为处于0.2至1.0重量百分比的范围内，并且钛添加物处于0.2至1.5重量百分比的范围内。钛、镁和/或铝添加物可充当脱氧剂，并且可以改进焊接金属韧性、拉伸和延展性特性，并且钛、镁和铝中的一种或多种可添加到根据本公开的焊条作为锰的部分取代物。
AWS A5.20和AWS A5.36/A5.36M分类E7XT-1C、E7XT-1M、E7XT-9C、E7XT-9M、E7XT-12C和E7XT-12M的、包括基于二氧化钛的渣系的常规气体保护药芯焊条利用显著浓度的锰，并且还可使用小浓度的硼来实现可接受的焊接金属韧性、拉伸和延展性特性。然而，这些常规焊条在焊接工艺期间还产生了包括显著水平的锰的焊接烟尘。这些AWS A5.20和AWS A5.36/A5.36M分类内的可商购的气体保护药芯焊接焊条都不符合美国环保局第40条第63节第XXXXXX分节下的金属制造有害空气污染物(MFHAP)要求。
如上论述，图1示出在焊条锰含量与在使用焊条的气体保护电弧焊期间产生的焊接烟尘中的锰含量之间的关系。焊接烟尘测试使用AWS F1：2：2006“用于测量焊接及相关工艺中的烟尘产生率和总烟尘排放量的实验室方法(Laboratory Method for Measuring FumeGeneration Rates and Total Fume Emission of Welding and AlliedProcesses)”中限定的过程进行，该文献的整个公开内容并入本文。所使用的平均电流和电压分别为300A和28V。将从图1看出，在焊条锰含量从约2.2重量百分比的常规水平减少并且所有其它主要变量保持恒定时，焊接烟尘的锰含量显著降低。当焊条锰含量从典型2.25重量百分比水平减少至0.25重量百分比时，烟尘锰含量的减少高达90％。
如上论述，图2示出在焊条锰含量与在使用焊条的气体保护电弧焊期间焊接沉积物中的锰含量之间的关系。这些测试使用AWSA5.20/A5.20M过程进行，其中平均电流和电压分别为315A和28V。焊接金属锰水平随焊条中的锰含量降低而降低。在所有其它主要变量保持恒定时，焊条的锰含量减少将会使得焊接金属锰含量也减少，从而削弱焊接金属因锰的存在而增强的那些有用机械特性和其它特性。
如上论述，图3示出在焊条锰含量与焊接金属沉积物的屈服特性和拉伸特性之间的关系。这些测试使用AWS A5.20/A5.20M过程进行，其中平均电流和电压分别为315A和28V。锰通常增加屈服特性和拉伸特性，所有其它变量保持恒定，并且发现，随着锰含量从至少约2.2重量百分比的常规水平减少至小于1.5重量百分比的水平，YS和UTS两者发生显著减少。
如上论述，图4示出在焊条锰含量与使用焊条形成的焊接金属沉积物的CVN韧性特性之间的关系。测试使用AWS A5.20/A5.20M过程进行，其中平均电流和电压分别为315A和28V。锰通常会提高焊接金属韧性特性，并且图4示出CVN韧性在焊条锰含量从常规水平减少、所有其它变量保持恒定时显著削弱。
图5示出在气体保护电弧焊期间的烟尘产生率(FGR)与焊条的锰含量之间的关系。图5指示焊条锰含量从至少约2.2重量百分比的常规水平减少并且所有其它主要变量保持恒定时对FGR无主要影响。
在本公开的范围内的低锰焊接焊条的以下实例示出：在使焊条锰含量从2.0至2.5重量百分比的典型范围显著减少至0.25至1.50重量百分比的范围时，示例性焊条未呈现焊接金属拉伸和CVN韧性特性的如将预期到的任何显著减少。所有测试结果使用AWSA5.20/A5.20M过程获得，不同之处在于，测试10个CVN样本而非正常5个样本，并对这些样本求平均值，以便示出对焊条结果的比较。在一些情况下，测试重复进行，并且平均结果在附图和表中示出。AWSA5.20机械特性要求根据气体保护药芯焊条分类而略微地变化。E71T-9M FCAW焊条类型用于证明使用75％Ar/25％CO2保护气体的本发明。CVN韧性测试在-20°F下进行，在所述CVN韧性测试时，可接受的AWS A5.20结果的最大值要求为20ft-lbs。所要求的屈服强度最小值为58ksi，并且极限抗拉强度所要求的范围为70至95ksi。
如图3和图4所示，在常规药芯焊条中的锰减少时，拉伸特性(屈服强度和极限抗拉强度)和CVN冲击韧性基本减小。为了确定用于包括1.25重量百分比的低锰含量的气体保护药芯焊接焊条的碳和硼添加物的影响，对常规焊条(“STD”)和三个实验焊条进行评估。数据在表1中示出。
表1
实验焊条#1相对于常规焊条而包括了增加的碳和减少的锰。对焊条#1的测试结果显示，比起包括处于常规范围内的锰含量的常规焊条，CVN韧性减少59％。碳从焊条#1中的0.036重量百分比增加至实验焊条#2中的0.072重量百分比使得CVN韧性增加两倍以上，同时保持1.25重量百分比的低锰含量。在实验焊条#3中，碳含量增加至0.072重量百分比，并且硼含量从0.0072重量百分比增加至0.0144重量百分比。这些修改进一步使CVN韧性比起焊条#2增加12％。低锰焊条#2和#3的CVN韧性基本等同包括2.15重量百分比锰的常规焊条的CVN韧性。增加焊条#3中碳含量和硼含量两者也使YS和UTS增加至近似常规焊条的那些YS和UTS的水平。
为了确定处于0.90重量百分比的低焊条锰含量下的碳的影响，评估四个另外实验焊条配方，并且数据提供在表2中。包括0.028重量百分比碳的焊条#4的CVN韧性并不符合-20°F下的AWS A5.20最小值20ft-lbs。使实验焊条#5、#6和#7中的碳含量增加至高于0.07重量百分比的水平产生可接受的AWS A5.20CVN韧性值，其中最佳值出现在约0.08重量百分比碳的情况下。当在焊条#4至#7中碳含量增加时，拉伸特性也向上趋于接近表1中列出的常规焊条的那些拉伸特性的水平。
表2
使用包括0.90重量百分比的低锰含量和0.08重量百分比碳的一系列的实验焊条来调查钛和镁添加物的影响。结果在表3中示出。实验焊条#9和#10分别包括0.24和0.47重量百分比钛，并且每个焊条包括0.56重量百分比镁。焊条#9和#10的CVN韧性值至少大约等同包括2.15重量百分比锰的所评估的常规焊条的韧性。表3中的针对实验焊条#8、#9和#10的所有所列出的拉伸特性符合AWS A5.20要求，并且来自焊条#10的拉伸结果近似常规焊条的那些拉伸结果。
表3
带有镁的钛添加物的影响也针对包括0.25重量百分比的极低锰含量和0.036重量百分比的低碳含量的一系列的焊条进行调查。结果在表4中示出。比起焊条#11，实验焊条#12中的0.78重量百分比钛的添加物使得CVN韧性增加约70％。利用这种钛添加物，还实现了拉伸特性小幅增加。
表4
为了评估在0.90重量百分比的低锰含量且1.03重量百分比的钛和镁总含量下的碳的影响，评估实验焊条，如表5所示。在焊条#13、#14和#10中，在碳增加至约0.06至0.08重量百分比范围时，CVN韧性增加，并且结果等同包括2.15重量百分比的高锰含量的常规焊条。在这系列的实验中，在碳增加至约0.11重量百分比时，拉伸特性也会发生对应增加，并且拉伸特性类似于所评估的常规焊条的那些拉伸特性。所有这些测试结果符合AWS A5.20要求。
表5
考虑以上从在实验焊条配方上进行的测试而得到的结果，本发明人确定各种改进低锰气体保护药芯焊条配方。一种根据本公开的气体保护药芯焊条的一个非限制性实施方案包括含铁金属护套和在护套内的包封了颗粒状芯成分的芯，其中以基于护套和芯成分的总重量的重量百分比计，芯成分和护套总共包括以下内容：0.25至1.50锰；0.02至0.12碳；0.003至0.02硼；0.2至1.5硅；0至0.3钼；钛、镁和铝中的至少一种，其中钛、镁和铝的总含量为0.2至2.5；3至12二氧化钛；至少一种电弧稳定剂，其中电弧稳定剂的总含量为0.05至1.0；不大于10的另外助焊剂系组分；其余为铁；以及附带杂质。在某些非限制性实施方案中，电弧稳定剂包括氧化钠和氧化钾化合物中的至少一种。在某些非限制性实施方案中，另外助焊剂系组分包括二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锰、氧化锆和含氟化合物中的一种或多种。
一种根据本公开的气体保护药芯焊条的另一非限制性实施方案包括含铁金属护套和在护套内的包封了颗粒状芯成分的芯，其中以基于护套和芯成分的总重量的重量百分比计，芯成分和所述护套总共包括以下内容：0.50至1.25锰；0.03至0.10碳；0.005至0.015硼；0.3至1.0硅；钛和镁中的至少一种，其中钛和镁的总含量为0.3至2.0；7至11二氧化钛；0.10至0.60氧化钠；0.10至0.80二氧化硅；其余为铁；以及附带杂质。
一种根据本公开的气体保护药芯焊接焊条的另一非限制性实施方案包括含铁金属护套和在护套内的包封了颗粒状芯成分的芯，其中以基于护套和芯成分的总重量的重量百分比计，芯成分和护套总共包括以下内容：0.50至1.25锰；0.03至0.10碳；0.005至0.015硼；0.3至1.0硅；0.4至1.0镁；7至11二氧化钛；0.10至0.60氧化钠；0.10至0.80二氧化硅；其余为铁；以及附带杂质。
一种根据本公开的气体保护药芯焊接焊条的另一非限制性实施方案包括含铁金属护套和在护套内的包封了颗粒状芯成分的芯，其中以基于护套和芯成分的总重量的重量百分比计，芯成分和护套总共包括以下内容：0.50至1.25锰；0.03至0.10碳；0.005至0.015硼；0.3至1.0硅；0.2至1.0镁；0.2至1.5钛；7至11二氧化钛；0.10至0.60氧化钠；0.10至0.80二氧化硅；其余为铁；以及附带杂质。
一种根据本公开的气体保护药芯焊接焊条的另一非限制性实施方案包括含铁金属护套和在护套内的包封了颗粒状芯成分的芯，其中以基于护套和芯成分的总重量的重量百分比计，芯成分和所述护套总共包括以下内容：0.25至1.0锰；0.03至0.10碳；0.005至0.015硼；0.3至1.0硅；钛和镁中的至少一种，其中钛和镁的总含量为0.3至2.0；7至11二氧化钛；0.10至0.60氧化钠；0.10至0.80二氧化硅；其余为铁；以及附带杂质。
一种根据本公开的气体保护药芯焊接焊条的另一非限制性实施方案包括含铁金属护套和在护套内的包封了颗粒状芯成分的芯，其中以基于护套和芯成分的总重量的重量百分比计，芯成分和护套总共包括以下内容：0.25至1.0锰；0.03至0.10碳；0.005至0.015硼；0.3至1.0硅；0.4至1.0镁；7至11二氧化钛；0.10至0.60氧化钠；0.10至0.80二氧化硅；其余为铁；以及附带杂质。
一种根据本公开的气体保护药芯焊接焊条的另一实施方案包括含铁金属护套和在护套内的包封了颗粒状芯成分的芯，其中以基于护套和芯成分的总重量的重量百分比计，芯成分和护套总共包括以下内容：0.25至1.0锰；0.03至0.10碳；0.005至0.015硼；0.3至1.0硅；0.2至1.0镁；0.2至1.5钛；7至11二氧化钛；0.10至0.60氧化钠；0.10至0.80二氧化硅；其余为铁；以及附带杂质。
在某些实施方案中，根据本公开的气体保护药芯焊接焊条的含铁金属护套是大体管状的。根据本公开的气体保护药芯焊接焊条可能适于用于药芯电弧焊，其中保护气体选自例如氩气、二氧化碳、氧气、其它惰性气体以及以上气体中的至少两种的混合物。
本说明书已经参考各种非限制性和非穷尽性实施方案进行编写。然而，本领域的普通技术人员将认识到，可在本说明书的范围内做出任何所公开的实施方案(或其部分)的各种替代、修改或组合。因此，应构想并理解，本说明书支持未在本文中明确阐明的另外的实施方案。此类实施方案可例如通过组合、修改、或重新组织本说明书中描述的各种非限制性实施方案的所公开的步骤、部件、元件、特征、方面、特性、限制等中的任意来获得。

Claims (20)

1.一种供使用的气体保护药芯焊接焊条，所述气体保护药芯焊接焊条包括含铁金属护套和在所述护套内的包括了芯成分的芯，以基于所述芯成分和所述护套的总重量的重量百分比计，所述芯成分和所述护套总共包括：
0.25至1.50锰；
0.02至0.12碳；
0.003至0.02硼；
0.2至1.5硅；
0至0.3钼；
钛、镁和铝中的至少一种，其中钛、镁和铝的总含量为0.2至2.5；
3至12二氧化钛；
至少一种电弧稳定剂，其中电弧稳定剂的总含量为0.05至1.0；
不大于10的另外助焊剂系组分；
铁；以及
附带杂质。
2.根据权利要求1所述的气体保护药芯焊接焊条，其中所述含铁金属护套是大体管状的。
3.根据权利要求1所述的气体保护药芯焊接焊条，其中所述焊条适于用于药芯电弧焊，其中所述保护气体选自氩气、二氧化碳、氧气、其它惰性气体以及以上气体中的至少两种的混合物。
4.根据权利要求1所述的气体保护药芯焊接焊条，其中所述至少一种电弧稳定剂包括选自氧化钠和氧化钾的化合物的材料。
5.根据权利要求1所述的气体保护药芯焊接焊条，其中所述另外助焊剂系组分包括二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锰、氧化锆和含氟化合物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的气体保护药芯焊接焊条，其中以基于所述芯成分和所述护套的总重量的重量百分比计，所述芯成分和所述护套总共包括：
0.50至1.25锰；
0.03至0.10碳；
0.005至0.015硼；
0.3至1.0硅；
钛和镁中的至少一种，其中钛和镁的总含量为0.3至2.0；
7至11二氧化钛；
0.10至0.60氧化钠；
0.10至0.80二氧化硅；
铁；以及
附带杂质。
7.根据权利要求1所述的气体保护药芯焊接焊条，其中以基于所述芯成分和所述护套的总重量的重量百分比计，所述芯成分和所述护套总共包括：
0.50至1.25锰；
0.03至0.10碳；
0.005至0.015硼；
0.3至1.0硅；
0.4至1.0镁；
7至11二氧化钛；
0.10至0.60氧化钠；
0.10至0.80二氧化硅；
铁；以及
附带杂质。
8.根据权利要求1所述的气体保护药芯焊接焊条，其中以基于所述芯成分和所述护套的总重量的重量百分比计，所述芯成分和所述护套总共包括：
0.50至1.25锰；
0.03至0.10碳；
0.005至0.015硼；
0.3至1.0硅；
0.2至1.0镁；
0.2至1.5钛；
7至11二氧化钛；
0.10至0.60氧化钠；
0.10至0.80二氧化硅；
铁；以及
附带杂质。
9.根据权利要求1所述的气体保护药芯焊接焊条，其中以基于所述芯成分和所述护套的总重量的重量百分比计，所述芯成分和所述护套总共包括：
0.25至1.0锰；
0.03至0.10碳；
0.005至0.015硼；
0.3至1.0硅；
钛和镁中的至少一种，其中钛和镁的总含量为0.3至2.0；
7至11二氧化钛；
0.10至0.60氧化钠；
0.10至0.80二氧化硅；
铁；以及
附带杂质。
10.根据权利要求1所述的气体保护药芯焊接焊条，其中以基于所述芯成分和所述护套的总重量的重量百分比计，所述芯成分和所述护套总共包括：
0.25至1.0锰；
0.03至0.10碳；
0.005至0.015硼；
0.3至1.0硅；
0.4至1.0镁；
7至11二氧化钛；
0.10至0.60氧化钠；
0.10至0.80二氧化硅；
铁；以及
附带杂质。
11.根据权利要求1所述的气体保护药芯焊接焊条，其中以基于所述芯成分和所述护套的总重量的重量百分比计，所述芯成分和所述护套总共包括：
0.25至1.0锰；
0.03至0.10碳；
0.005至0.015硼；
0.3至1.0硅；
0.2至1.0镁；
0.2至1.5钛；
7至11二氧化钛；
0.10至0.60氧化钠；
0.10至0.80二氧化硅；
铁；以及
附带杂质。
12.一种焊接焊条，所述焊接焊条包括金属护套和在所述护套内的芯，以基于所述芯和所述护套的总重量的重量百分比计，所述芯和所述护套总共包括：
0.25至1.50锰；
0.02至0.12碳；
0.003至0.02硼；
0.2至1.5硅；
0至0.3钼；
钛、镁和铝中的至少一种，其中钛、镁和铝的总含量为0.2至2.5；
3至12二氧化钛；
至少一种电弧稳定剂，其中电弧稳定剂的总含量为0.05至1.0；
不大于10的另外助焊剂系组分；
铁；以及
附带杂质。
13.根据权利要求12所述的焊接焊条，其中所述至少一种电弧稳定剂包括选自氧化钠和氧化钾的化合物的材料。
14.根据权利要求12所述的焊接焊条，其中所述另外助焊剂系组分包括二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锰、氧化锆和含氟化合物中的至少一种。
15.根据权利要求12所述的焊接焊条，其中以基于所述芯和所述护套的总重量的重量百分比计，所述芯和所述护套总共包括：
0.50至1.25锰；
0.03至0.10碳；
0.005至0.015硼；
0.3至1.0硅；
钛和镁中的至少一种，其中钛和镁的总含量为0.3至2.0；
7至11二氧化钛；
0.10至0.60氧化钠；
0.10至0.80二氧化硅；
铁；以及
附带杂质。
16.根据权利要求12所述的焊接焊条，其中以基于所述芯和所述护套的总重量的重量百分比计，所述芯和所述护套总共包括：
0.50至1.25锰；
0.03至0.10碳；
0.005至0.015硼；
0.3至1.0硅；
0.4至1.0镁；
7至11二氧化钛；
0.10至0.60氧化钠；
0.10至0.80二氧化硅；
铁；以及
附带杂质。
17.根据权利要求12所述的焊接焊条，其中以基于所述芯和所述护套的总重量的重量百分比计，所述芯和所述护套总共包括：
0.50至1.25锰；
0.03至0.10碳；
0.005至0.015硼；
0.3至1.0硅；
0.2至1.0镁；
0.2至1.5钛；
7至11二氧化钛；
0.10至0.60氧化钠；
0.10至0.80二氧化硅；
铁；以及
附带杂质。
18.根据权利要求12所述的焊接焊条，其中以基于所述芯和所述护套的总重量的重量百分比计，所述芯和所述护套总共包括：
0.25至1.0锰；
0.03至0.10碳；
0.005至0.015硼；
0.3至1.0硅；
钛和镁中的至少一种，其中钛和镁的总含量为0.3至2.0；
7至11二氧化钛；
0.10至0.60氧化钠；
0.10至0.80二氧化硅；
铁；以及
附带杂质。
19.根据权利要求12所述的焊接焊条，其中以基于所述芯和所述护套的总重量的重量百分比计，所述芯和所述护套总共包括：
0.25至1.0锰；
0.03至0.10碳；
0.005至0.015硼；
0.3至1.0硅；
0.4至1.0镁；
7至11二氧化钛；
0.10至0.60氧化钠；
0.10至0.80二氧化硅；
铁；以及
附带杂质。
20.根据权利要求12所述的焊接焊条，其中以基于所述芯和所述护套的总重量的重量百分比计，所述芯和所述护套总共包括：
0.25至1.0锰；
0.03至0.10碳；
0.005至0.015硼；
0.3至1.0硅；
0.2至1.0镁；
0.2至1.5钛；
7至11二氧化钛；
0.10至0.60氧化钠；
0.10至0.80二氧化硅；
铁；以及
附带杂质。
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