CN100389000C

CN100389000C - 脱渣性优良的含铌不锈钢药芯焊丝

Info

Publication number: CN100389000C
Application number: CNB2005101256336A
Authority: CN
Inventors: 魏琪; 栗卓新; 赵雁潮; 李国栋; 崔丽
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2025-12-02
Also published as: CN1765565A

Abstract

脱渣性优良的含铌不锈钢药芯焊丝属于材料加工的焊接领域。现有不锈钢药芯焊丝生产中，没有解决在药芯中加入铌后在焊接中产生的严重粘渣问题。本发明提供了一种脱渣性优良的含铌不锈钢药芯焊丝，其特征在于，药芯包括以下占药芯质量百分比的物质：6-8%的铌铁，15-35%的金红石，5-10%的硅锰铁，6-12%的Al-Mg合金，5-15%的锆英石，0.5-3%的石英，4-10%的长石，20-25%的金属铬，8-10%的金属镍，3-10%的铁粉，1-4%的Na₂CO₃，0.5-4.5%的Al₂O₃，并且硅锰铁、铝镁合金质量比为0.8～1。所发明的焊丝药芯脱渣容易，电弧稳定，飞溅颗粒极少且细小，焊缝成形美观，焊接工艺性能优良，运用于航空、化学、石油化工、食品、造纸等领域的不锈钢的焊接。

Description

脱渣性优良的含铌不锈钢药芯焊丝

技术领域

属于材料加工工程中的焊接领域，该发明主要应用于航空、化学、石油化工、食品、造纸等领域的不锈钢的焊接。

背景技术

稳定化元素铌加入不锈钢中后，因Nb与碳具有很强的亲和力，稳定化处理后形成Nb的碳化物，使不锈钢中碳含量降到很低，晶界不会析出碳化铬，相应的晶界不会出现贫铬区，提高了不锈钢抵抗晶间腐蚀的能力，在不锈钢中得到广泛应用。

在不锈钢药芯焊丝药芯中含铌后，焊接时极容易造成严重的粘渣。这是由于焊接过程中铌优先和氧结合生成含铌的二价氧化物，使渣中存在Cr₂O₃、Al₂O₃、Fe₂O₃等三价氧化物与渣中的二价氧化物FeO、NbO等结合，并形成具有体心立方结构的尖晶石型化合物(MeO·Me₂O₃)，这种体心立方晶格的尖晶石搭建在焊缝金属表面上的氧化铁的晶格上，与氧化铁牢固地结合在一起。而焊缝表面层的FeO薄膜，也是体心立方晶格，它又搭建在焊缝金属α-Fe的体心立方晶格上，使氧化物膜牢固地粘在焊缝表面上。这样，氧化膜就像粘结剂一样，把熔渣和焊缝金属牢固的粘在一起，造成脱渣困难。

含铌不锈钢药芯焊丝的研制在国内外尚未见相关的专利及文献报道。

发明内容

本发明所要解决的问题是含铌不锈钢药芯焊丝的脱渣难问题，为了防止在焊缝金属表面和熔渣之间生成尖晶石化合物，通过合理地调整药芯成分的方法，在药芯中加入复合脱氧剂硅锰铁和铝镁合金粉，最终确定二者的合适比例，可以得到低熔点的液态脱氧产物，来达到改善脱渣性能的目的。

硅元素与锰元素不论是在熔滴阶段还是在熔池阶段，与氧元素的亲和能力都较强，抑止其它元素的氧化作用，防止焊缝形成氧化膜，避免熔渣在焊缝表面产生外延共生矿物体所形成的尖晶石结构。在药芯中加入复合脱氧剂硅锰铁和铝镁合金，合适的硅锰比例可以得到熔融的硅酸锰，硅锰同时存在又可以进一步提高铝镁合金的脱氧能力，当硅锰铁、铝镁合金二者成分配合适当时，即质量比为0.8～1，可以得到低熔点的液态脱氧产物。从而改变熔渣的微观结构，使熔渣在凝固之后，焊缝和渣壳之间形成网状接触，在两者之间形成了一层隔离膜，消弱了FeO的粘结作用，使焊缝具有优良的脱渣性能。

本发明所提供的脱渣性优良的不锈钢药芯焊丝，其特征在于，所述的药芯成分范围如下：

铌铁：向焊缝金属过渡合金元素。质量百分含量为：6～8％。

金属铬：向焊缝金属过渡合金元素。质量百分含量为：20～25％。

金属镍：向焊缝金属过渡合金元素。质量百分含量为：8～10％。

Fe粉：向焊缝过渡金属，改善导电率。质量百分含量为：3～10％。

硅锰铁：向焊缝金属过渡合金元素，脱氧，脱氧后的产物有利于脱渣。质量百分含量为：5～10％。

Al-Mg合金粉：主要作用是脱氧，保护铬等有益合金元素的过渡。脱氧后生成的Al₂O₃、MgO具有造渣作用。质量百分含量为：6～12％。

石英：主要起造渣作用，降低熔渣的碱度，调整熔渣的物化性能，质量百分含量为：0.5～3％。

锆英石：主要起造渣作用，调整熔渣的物化性能，改善脱渣性，质量百分含量为：5～15％。

长石：主要是造渣剂，并能调节熔渣的物化性能，由于含K₂O及Na₂O，有助于提高电弧稳定性、细化熔滴和提高熔化系数等作用。质量百分含量为：4～10％。

金红石：是渣形成组分，可以改善渣的覆盖性能和焊缝脱渣性。质量百分含量为：15～35％。

Al₂O₃：提高渣的凝固温度而不改变其粘度，改善脱渣能力。质量百分含量为：0.5-4.5％。

Na₂CO₃：主要起造气和稳定电弧的作用。质量百分含量为：1～4％。

所发明的药芯焊丝脱渣容易，电弧稳定，飞溅颗粒极少且细小，焊缝成形美观，焊接工艺性能优良。此焊丝主要运用于航空、化学、石油化工、食品、造纸等领域的不锈钢的焊接。

本发明的制备方法采用现有技术，包括以下步骤：

1、将钢带轧成U形，向U形槽中加入占本发明焊丝总重的20-25％的本发明药粉；

2、将U形槽合口，使药粉包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.2mm，得到最终产品。

附图说明：

图1：药芯焊丝成形工艺示意图；

图2：脱渣性试验装置图，图中：1-钢球，2-支架，3-试板；

图3：脱渣性试验试板坡口。

具体实施方式

所有实施例焊丝都是由昆明重机厂制造的“FCWM50药芯拉丝机”制出：选用宽度为8-12mm，厚度为0.25-0.5mm的奥氏体不锈钢带。先将其轧成U形，再向U形槽中加入粒度为过80目筛子的混合药粉，药粉的填充率(药粉重量占焊丝总重的百分率)为17-24％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。

具体实施方案如下：

1.选用8×0.25(宽度为8mm，厚度为0.25mm)的304L不锈钢带。先将其轧成U形。取铌铁粉末7克、金属铬粉末21克、金属镍粉末9克、Fe粉5克、硅锰铁粉末10克、铝镁合金粉末12克、SiO₂粉末1克、锆英石粉末6克、长石粉末5克、金红石粉末20克、Al₂O₃粉末2.5克、Na₂CO₃粉末1.5克。(所取粉末的粒度为能通过80目的筛子)。将所取各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形的304L不锈钢带槽中，填充率为18％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为：2.3mm、2.1mm、1.9mm、1.7mm、1.6mm、1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.18mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.2mm。在CO₂气体保护下进行焊接，焊接电流160～180A，焊接电压28～30V，焊接速度0.5m/min，气流量151/min。焊后测脱渣率，脱渣率见表1。

2.选用9×0.3(宽度为9mm，厚度为0.3mm)的304L不锈钢带。先将其轧成U形。取铌铁粉末6.5克、金属铬粉末21克、金属镍粉末9克、Fe粉6.5克、硅锰铁粉末8克、铝镁合金粉末10克、SiO₂粉末1.5克、锆英石粉末7克、长石粉末6.5克、金红石粉末20克、Al₂O₃粉末2克、Na₂CO₃粉末2克。(所取粉末的粒度为能通过80目的筛子)。将所取各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形的304L不锈钢带槽中，填充率为19％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为：2.3mm、2.1mm、1.9mm、1.7mm、1.6mm、1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.18mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.2mm。在CO₂气保护下进行焊接，焊接电流160～180A，焊接电压28～30V，焊接速度0.5m/min，气流量151/min。焊后测脱渣率，脱渣率见表1。

3.选用10×0.4(宽度为10mm，厚度为0.4mm)的304L不锈钢带。先将其轧成U形。取铌铁粉末8克、金属铬粉末20克、金属镍粉末10克、Fe粉4.5克、硅锰铁粉末6克、铝镁合金粉末6克、SiO₂粉末3克、锆英石粉末15克、长石粉末4克、金红石粉末15克、Al₂O₃粉末4.5克、Na₂CO₃粉末4克。(所取粉末的粒度为能通过80目的筛子)。将所取各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形的304L不锈钢带槽中，填充率为20％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为：2.3mm、2.1mm、1.9mm、1.7mm、1.6mm、1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.18mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.2mm。在CO₂气保护下进行焊接，焊接电流160～180A，焊接电压28～30V，焊接速度0.5m/min，气流量151/min。焊后测脱渣率，脱渣率见表1。

4.选用12×0.5(宽度为12mm，厚度为0.5mm)的304L不锈钢带。先将其轧成U形。取铌铁粉末6克、金属铬粉末20克、金属镍粉末8克、Fe粉3克、硅锰铁粉末5克、铝镁合金粉末6克、SiO₂粉末0.5克、锆英石粉末5克、长石粉末10克、金红石粉末35克、Al₂O₃粉末0.5克、Na₂CO₃粉末1克。(所取粉末的粒度为能通过80目的筛子)。将所取各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形的304L不锈钢带槽中，填充率为21％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为：2.3mm、2.1mm、1.9mm、1.7mm、1.6mm、1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.18mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.2mm。在CO₂气保护下进行焊接，焊接电流160～180A，焊接电压28～30V，焊接速度0.5m/min，气流量151/min。

脱渣率的测定采用45°V型坡口内堆焊的落锤法试验，如图2，V型坡口试板尺寸如图3所示。钢球重3Kg，平板堆焊时，从背面锤击焊道正对位置。坡口内焊接时，试验架高度调至1000mm，堆焊后立即用钢球砸击焊道背面，砸击5次。脱渣率按式(1)计算。脱渣率见表1。

D = \frac{L - (L_{0} + 0.5 L_{1} + 0.2 L_{2})}{L} \times 100 % - - - (1)

式中：D——脱渣率(％)；

L——焊道总长度(mm)；

L₀——未脱渣长度(mm)；

L₁——严重粘渣长度(mm)；

L₂——轻微粘渣长度(mm)；

表1 对比例与实施例效果对比

Claims

1.一种脱渣性优良的含铌不锈钢药芯焊丝，其特征在于，药芯包括以下占药芯质量百分比的物质：6-8％的铌铁，15-35％的金红石，5-10％的硅锰铁，6-12％的Al-Mg合金，5-15％的锆英石，0.5-3％的石英，4-10％的长石，20-25％的金属铬，8-10％的金属镍，3-10％的铁粉，1-4％的Na₂CO₃，0.5-4.5％的Al₂O₃，并且硅锰铁、铝镁合金质量比为0.8～1。