专利名称:焊条成分的制作方法本发明涉及黑色冶金领域，特别是焊条成分。所述焊条广泛应用于制造多种用途的碳钢和低合金钢的重要焊接金属结构和零件。众所周知，焊条的主要应用形式是实芯截面的活性丝条或者是粉状丝条，其芯部由合金成分和其它成分的混合物组成。对用这些焊条完成的焊缝有一系列的要求。这些焊缝应该具有密实的宏观结构，绝无裂纹，气孔、咬边、堆积和其它缺陷。还要求焊缝的机械性能，如极限强度、屈服极限、冲击韧性等，不低于焊接结构主要金属的基本指标。在用焊条焊接碳钢和低合金钢的金属结构和零件时，发生较严重的融熔金属的喷溅。喷溅的程度和焊缝的机械性能在很大程度上取决于焊条的成分。已知实芯截面焊条的成分(苏联发明证书664797)由以下组分组成(质量％)碳 0.03～0.25锰 0.8～2.2硅 0.7～2.2铬 0.03～1.0镍 0.03～0.45锆 0.05～0.3钙 0.001～0.02铜 0.05～0.6铝 0.01～0.5铁 余量焊条的这种成分可以实现碳钢和低合金钢的焊接并保证提高焊缝的防锈稳定性和冷态稳定性。但是在利用上述焊条时产生融熔金属的较严重的喷溅。喷溅掉在制品上并弄脏焊枪的喷嘴。它导致繁重的从金属结构上清除喷溅物的作业并缩小喷气嘴的通过截面从而破坏电弧的保护。已知实芯截面焊条的另一种成分，它由以下组分组成(质量％)(苏联发明证书863264)碳 0.02～0.12锰 0.3～1.0硅 1.0～1.5铝 0.01～0.2铬 10～14.9铜 0.3～1.2钛 0.01～0.2稀土金属 0.01～0.06镍 4～8钙 0.001～0.05钒 0.05～0.35锆 0.01～0.2钼 2.4～3.5铁 余量用这种成分的焊条来制造重型结构是不合理的，因为其中含有大量昂贵和稀少的元素，如铬、镍、铜、钒、锆、钼。此外，由于在焊接过程中分离出多于0.6％质量的ε-相的铜使焊缝质量恶化，导致产生裂纹。采用这种焊条还伴随着金属喷溅的大量损失。上述焊条成分具有窄小的应用范围。它只能焊接由不锈钢和合金钢制成的金属结构。
采用已知成分的焊条时必须把金属结构上粘焊上的喷溅物清除掉。此时焊条金属的喷溅损失达12％，而清除制品上的喷溅物的劳动量为焊接工作劳动量的30～35％。
使用已知成分焊条所得到的焊缝的机械性能不能满足所所提出的要求，特别是零下温度下的冲击韧性。所得焊缝的宏观结构不排除晶体裂纹和其它缺陷的存在。
本发明的根本任务是建立一种焊条成分，它能保证所得焊缝具有足够高的机械指标，同时在焊接过程中金属的喷溅最少。
本任务的解决在于提出了这样的焊条成分，它含有碳，锰，硅，铝，铬，铜，镍，钙，稀土金属和铁，按照本发明，它有以下的组分(质量％)碳 0.03～0.25锰 0.8～2.2硅 0.7～2.2铝 0.005～0.2铬 0.01～0.25铜 0.01～0.25镍 0.01～0.25钙 0.001～0.02稀土金属 0.01～0.1铁 余量在焊条成分中含有0.03～0.25％质量的碳并配之以所选的锰、硅和铬的量保证了焊缝金属所必需的强度。在焊条成分中投入于0.03％质量的碳不能得到具有所要求的强度性能的焊缝，因为不能保证在焊缝金属中有所必需的碳含量。碳含量超过0.25％质量也是不合适的，因为会在焊缝中形成热裂缝。
在焊条成分中存在上述数量的锰、硅和铬，即相应为0.8～2.2；0.7～2.2和0.01～0.25％重量，能保证焊缝有密实的宏观结构而没有裂纹、气孔、咬边、堆积和其它缺陷。这些元素在焊条成分中的含量低于下限时不能保证焊缝有密实的宏观结构。上述元素的含量增加到超过上限时引起焊缝金属的脆化并出现其化学不均匀性。
在焊条成分中所选的铜量(0.01～0.25％质量)有利地影响焊缝金属的防锈稳定性。铜含量增加到超过上限时对焊条和焊缝的质量有不利影响。在焊条成分中铜含量低于下限时不能对焊缝的防锈稳定性施加影响。
在所提的成分中铝的含量0.005～0.2％质量能保证焊缝金属按要求去氧并得到其微粒结构。铝含量超过0.2％质量时，其压延塑性降低。铝含量低于上述下限时不足以使焊缝金属去氧和结构的微粒化。
在焊条成分中具有上述范围内的镍有利地影响焊缝金属的冲击韧性。当镍的含量低于0.01％质量时，它对冲击韧性的影响就显示不出来了。在焊条成分中投入多于0.25％质量的镍导致在焊缝金属中形成其易熔硫化物，它沿焊缝线和颗粒边界分布。在焊缝凝固时，硫化镍易熔物的液体层在存在张紧的焊接应力的条件下导致产生晶体裂纹。
在焊条成分中投入下述范围，即0.001～0.02％质量的钙对改变非金属杂物的形状和性质施加有利的影响。钙的含量低于0.001％质量时不能对改变非金属杂物态施加影响。把钙的浓度提高到超出上述上限在经济上是不合理的，在实际上也难以实现。
在焊条成分中同时投入铝和钙能够得到非金属的杂物的最有利形式—球粒状。此外，在焊条成分中存在镍和也促使得到高的冲击韧性指标。这是因为焊缝微观结构的微粒化和非金属杂物形态的改变。
含有0.01～0.1％质量的稀土金属可减少焊接过程中金属的喷溅，并提高零下温度下焊接金属的冲击韧性。在焊条成分中稀土金属低于下限时不能对金属的喷溅施加影响。在上述成分中投入超过上限的稀土金属是不合适的，因为金属喷溅的水平不会降低，而焊缝的外观恶化了。
投入上述限额的稀土金属，结合所提焊条成分中给定数量的其它组分，导致意外的效果.即在焊接过程中电极金属成小滴(细流)转移并提高了电弧燃烧的稳定性。
推荐在焊条成分中附加投入钛，其数量为总组成重量的0.002～0.2％重量百分比。
在焊条成分中附加投入上述数量的钛可保证电焊浴的进一步去氧，焊缝金属微观结构的细化以及焊接时电极金属喷溅的减少。在焊条成分中钛的含量超过0.2％质量是不合适的，因为它恶化了压延塑性。当钛的含量少于0.002％质量时，看不到焊缝金属微观结构的细化。
在焊条成分中稀土金属的含量在0.01％质量以上，钛不少于0.02％质量，铝在0.005％质量以上，这几项结合在一起可得到焊缝冲击韧性的高指标。
所提议的焊条成分保证稳定的气电焊过程，并且电极金属的喷溅程度最小。
例如，使用所提议的焊条成分时的喷溅系数ψ比已知成分的喷溅系数低4～10倍。焊接过程的特征在于电极金属的小滴(细流)转移。决定焊接过程中电弧燃烧稳定性的电弧断裂长度，比已知成分的电弧断裂长度高1.5～2倍。
此外，用所提议的焊条成分所得到的焊缝以密实的宏观结构为特点，没有裂纹、气孔、咬边、堆积和其它缺陷。带V型切口的沙尔比(Wapnu)焊接试样的冲击功(KV)在253°K温度下高出10～30焦耳(J)。使用所提议的焊条成分还提高焊缝的强度特性指数(Rm，Re)。
所提议的焊条成分可以用于在船舶制造、机车和车厢制造、汽车制造、起重机制造，化工机械、石油机械、农业机械制造、建筑工业和其它需要金属的部门制造重要的焊接金属结构。所建议成分的焊条可以用来代替已知的标准实芯截面的焊条在保护气体的介质中焊接(二氧化碳气体，活性气体的混合物，氩基气体的混合物)。
所提议的成分的焊条还可以在二氧化碳气体中焊接时用来取代粉状焊条。
所提议的焊条成分最好用于自动和机械化的焊接。用机器人焊接时它们的使用效果最好。
焊条成分的生产方法不要求复杂的，昂贵的设备和使用稀有而昂贵的材料。
得到焊条成分的方法在工艺方面是简单的，并以下列方式实现。
成分可以在转炉，电炉和平炉中得到。为此要把原始的组分按要求的数量装入炼钢设备，熔化，维持所要求的时间、然后注入钢水包和铸模。金属铸成钢锭，并轧成线条。
从得到的成分中生产直径5.5～6.5mm的线条是没有工艺上的困难的。线条的机械性能如下极限强度不大于740MPa，相对收缩量不小于48％。
从线条中制造焊条可以先把线条冷拔到直径0.8mm以上，随后镀铜或不镀铜。所得焊条的极限强度达830～1320MPa。
为了进一步理解本发明，下面举一些具体的实施例子。
〔实施例1〕熔炼以下焊条成分(质量)碳 0.13锰 2.0
硅 1.5铬 0.20铜 0.15铝 0.12镍 0.20钙 0.007稀土金属 0.08铁 余量上述成分是在炼钢设备中得到的。熔化必需量的原始组分，液体的熔化物维持一段时间然后注入钢水包。金属铸成钢锭，后者轧成线条，然后轧成直径1.6mm的焊条。
用上述成分的焊条在二氧化碳气体介质中进行焊接，钢试样的厚度为20mm，含0.14～0.21％质量的碳。焊接在低位进行。直流电流值为380～400A，电弧电压为32～34V，这是重型起重机制造厂的条件。在用上述成分的焊条进行焊接的过程中，电极金属是小滴(细流)转移的。电弧断裂长度在18～20mm范围内。所得焊条没有气孔、裂纹和其它宏观缺陷。
为了进行比较，在同等条件下用已知成分的焊条对类似大小的试样进行了焊接，已知成分如下(质量％)碳 0.12锰 1硅 1铝 0.15铬 12铜 0.5钛 0.15稀土金属 0.05
镍 5钙 0.007钒 0.2锆 0.15钼 3.1铁 余量在用已知成分的焊条进行焊接的过程中，观察到电极金属的大滴转移，并有喷溅。电弧断裂长度为9～12mm。此时得到的焊缝没有气孔。但是由于在上述成分中有较多量的铜，它以微粒相的形式析出，因此在焊缝金属中可见结晶状裂纹。
表1列出了用已知成分和所提议成分的焊条时焊接过程的特征和所得焊缝的机械性能指标。
表1焊 焊接时金属 焊缝的机械特性条 喷溅系数 极限强度 屈服极限 带V形切口的试样在成 ψ，％ Rm， Re， 253°K温度下试验分 MPa MPa 时的冲击功KV，J已知的 14～15 480～520 340～360 21～30提议的 1.9～2.2 540～550 390～430 48～52从表1所列数据可见，使用提议成分的焊条大大降低电极金属的喷溅并提高焊缝的机械特性，特别是在零下温度下焊缝的冲击韧性。
〔实施例2〕炼得以下成分(质量％)的焊条碳 0.03锰 0.8硅 0.7铬 0.01铜 0.01铝 0.006镍 0.01钙 0.001稀土金属 0.01铁 余量用上述成分的焊条在二氧化碳气体介质中焊接厚20mm的含碳0.07～0.12％质量的钢试样。焊接状态和空间位置与实施例1相似。焊接在农业机械制造企业条件下进行。
用上述成分的焊条焊接试样的结果，可观擦到电极金属的小滴(细流)转移。焊缝金属的宏观结构没有缺陷。焊接过程的特性和焊缝金属的性质列于表2。
表2焊接时金属 焊缝的机械特性喷溅系数 极限强度 屈服极限 带V形切口的试样在ψ，％ Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验时的冲击功KV，J1.9～2.3 540～580 410～430 50～60〔实施例3〕炼得下列成分(质量％)的焊条碳 0.25锰 2.18硅 2.19铬 0.25铜 0.20铝 0.20镍 0.23钙 0.017稀土金属 0.09铁 余量在二氧化碳气体介质中用直径1.2mm的焊条在垂直位置进行焊接。对厚20mm的含碳0.07～0.12％质量的钢试样进行焊接。直流电流值140～160A，电弧电压19～21V。
在用上述成分的焊条焊接试样时发生电极金属的小滴(细流)转移。焊缝没有缺陷。焊接过程的特性和焊缝金属性质列于表3。
表3焊接时金属 焊缝的机械特性喷溅系数 极限强度 屈服极限 带V形切口的试样在ψ，％ Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验时的冲击功KV，J2.1～2.8 580～600 420～460 47～51〔实施例4〕炼得下列成分(质量％)的焊条碳 0.17锰 1.2硅 1.5铬 0.15铜 0.15铝 0.017镍 0.16钙 0.009稀土金属 0.06铁 余量用上述成分的焊条在二氧化碳气体介质中对20mm厚的含0.08～0.13％质量的碳的钢试样进行焊接。焊接状态和空间位置与实施例1相似。焊接是在车厢制造企业的条件下进行的。
用上述成分的焊条焊接试样的结果，观察到电极金属的小滴(细流)转移。焊接没有缺陷。焊接过程的特性和焊缝性质列于表4。
表4焊接时金属 焊缝的机械特性喷溅系数 极限强度 屈服极限 带V形切口的试样在ψ，％ Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验时的冲击功KV，J2.3～2.9 570～600 400～450 52～58〔实施例5〕炼得下列成分(质量％)的焊条碳 0.09锰 1.0硅 2.0铬 0.11铜 0.25铝 0.17镍 0.10钙 0.02稀土金属 0.02铁 余量用上述成分的焊条对类似于实施例4中的试样进行焊接。焊接状态和空间位置与实施例1中等同。焊接是在造船企业的条件下进行的。
用上述成分的焊条焊接试样的结果，观察到电极金属的小滴(细流)转移。焊缝没有缺陷。焊接过程的焊缝性质列于表5。
表5焊接时金属 焊缝的机械特性喷溅系数 极限强度 屈服极限 带V形切口的试样在ψ，％ Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验时的冲击功KV，J2.4～30 570～590 400～440 48～53〔实施例6〕炼得下列成分(质量％)的焊条碳 0.05锰 0.8硅 2.0铬 0.03铜 0.10铝 0.10镍 0.03钙 0.018稀土金属 0.04
铁 余量用上述成分的焊条对类似于实施例4中的试样进行焊接。焊接状态的空间位置与实施例1中等同。焊接条件同实施例1。
用上述成分的焊条焊接试样的结果，观察到电极金属的小滴(细流)转移。焊缝没有缺陷。焊接过程的特性和焊缝性质列于表6。
表6焊接时金属 焊缝的机械特性喷溅系数 极限强度 屈服极限 带V形切口的试样在ψ，％ Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验时的冲击功KV，J2.1～2.7 520～560 390～440 49～55〔实施例7〕炼得下列成分(质量％)的焊条碳 0.03锰 0.87硅 0.79铬 0.01铜 0.02铝 0.009镍 0.02钙 0.017
稀土金属 0.01钛 0.002铁 余量用上述成分的焊条对类似于实施例2中的试样进行焊接。焊接状态和空间位置与实施例1中等同。焊接是在船舶制造企业的条件下进行的。
用上述焊条焊接试样的结果，观察到电极金属的小滴(细流)转移。焊缝没有缺陷。焊接过程的特性和焊缝性质列于表7。
表7焊接时金属 焊缝的机械特性喷溅系数 极限强度 屈服极限 带V形切口的试样在ψ，％ Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验时的冲击功KV，J1.6～2.0 520～560 380～410 55～65〔实施例8〕炼得下列成分(质量％)的焊条碳 0.25锰 2.2硅 2.17铬 0.25铜 0.25铝 0.18
镍 0.25钙 0.02稀土金属 0.10钛 0.20铁 余量用上述成分的焊条对类似于实施例2中的试样进行焊接。
焊接状态和空间位置与实施例3等同。焊接条件同实施例3。
用上述成分的焊条焊接试样的结果，观察到电极金属的小滴(细流)转移。焊缝没有缺陷。焊接过程的特性和焊缝性质列于表8。
表8焊接时金属 焊缝的机械特性喷溅系数 极限强度 屈服极限 带V形切口的试样在ψ，％ Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验时的冲击功KV，J1.8～2.1 560～580 480～500 52～58〔实施例9〕炼得下列成分(质量％)的焊条碳 0.16锰 1.10硅 1.80铬 0.17
铜 0.14铝 0.015镍 0.10钙 0.008稀土金属 0.05钛 0.11铁 余量用上述成分的焊条对类似于实施例2中的试样进行焊接。焊接状态和空间位置与实施例1等同。焊接是在机车制造企业的条件下进行的。
用上述成分的焊条焊接试样的结果，观察到电极金属的小滴(细流)转移。焊缝没有缺陷。焊接过程的特性和焊缝性质列于表9。
表9焊接时金属 焊缝的机械特性喷溅系数 极限强度 屈服极限 带V形切口的试样在ψ，％ Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验时的冲击功KV，J1.5～2.0 570～590 470～510 57～61〔实施例10〕炼得下列成分(质量％)的焊条碳 0.08锰 1.43
硅 1.56铬 0.034铜 0.06铝 0.05镍 0.05钙 0.01稀土金属 0.02钛 0.03铁 余量用上述成分的焊条对类似于实施例4中的试样进行焊接。焊接状态和空间位置与实施例1等同。焊接是在建筑工业的企业条件下进行的。
用上述成分的焊条进行焊接试样的结果，观察到电极金属的小滴(细流)转移。焊缝没有缺陷。焊接过程的特性和焊缝性质列于表10。
表10焊接时金属 焊缝的机械特性喷溅系数 极限强度 屈服极限 带V形切口的试样在ψ，％ Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验时的冲击功KV，J1.6～2.2 580～570 400～470 50～57〔实施例11〕炼得下列成分(质量％)的焊条
碳 2.2锰 1.70硅 0.71铬 0.06铜 0.13铝 0.12镍 0.17钙 0.05稀土金属 0.015钛 0.07铁 余量用上述成分的焊条对类似于实施例4中的试样进行焊接。焊接状态和空间位置与实施例1等同。
用上述成分的焊条焊接试样的结果，观察到电极金属的小滴(细流)转移。焊缝没有缺陷。焊接过程的特性和焊缝性质列于表11。
表11焊接时金属 焊缝的机械特性喷溅系数 极限强度 屈服极限 带V形切口的试样在ψ，％ Rm，MPa Re，MPa 253°K温度下试验时的冲击功KV，J1.7～2.1 520～580 390～450 52～60


本发明涉及焊条成分。