CN101041214A - 脱渣性优良的耐热钢碱性药芯焊丝 - Google Patents
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Abstract
脱渣性优良的耐热钢碱性药芯焊丝属于材料加工工程的焊接领域。本发明解决了现有耐热钢碱性药芯焊丝严重的粘渣的问题。本发明其特征在于，所加的药芯成分范围如下：25～37％氟化钡、12～14％金属铬、5～20％Fe粉、5～10％硅铁、2～6％Al－Mg合金粉、5～8％大理石、2～4％氧化锆、7～12％Ti、10～11％钼铁、1～4％Na2CO3、3～4％锰。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。
Description
技术领域
本发明属于材料加工工程中的焊接领域，该焊丝是利用碳钢钢带包裹多种合金粉末和矿物粉末制造的熔敷金属为2.25Cr1Mo型的低合金耐热钢药芯焊丝。主要应用于电力、化工、石油、原子能、航空等高速发展和尖端行业的低合金耐热钢的焊接。
背景技术
碱性焊丝的熔敷金属具有优良的机械性能，因此重要结构的焊接必须使用碱性焊丝。随着工业技术的迅猛发展，耐热钢的应用日益广泛，而且耐热钢构件长期服役在高温、高压的环境对焊缝的综合机械性能的要求日益提高，这样对碱性焊丝的利用率也日益增长。但由于碱性焊丝的工艺性能差，使得其在应用上没有得到推广。
目前，国内外广泛使用的是酸性耐热钢药芯焊丝，但由于焊缝金属韧性较低，使其应用范围受到较大的限制。而碱性产品主要以焊条为主，这样就无法使生产自动化，严重的制约了生产效率的提高。另外，碱性焊材所焊接的产品，其焊缝金属的力学性能较好，但焊接工艺性较差，还有待于进一步提高。
从现有技术中可以看出，在开发耐热钢焊接用的药芯焊丝过程中，国外主要集中于解决低合金耐热钢构件在高温高压环境中工作和焊后热处理过程中焊缝处常常出现的裂纹和断裂，而研制开发焊前无须预热的抗再热裂纹的耐热钢焊材，如日本专利JP2002137087-A和JP2004230404-A研究焊材中化学元素的作用和它们相互之间影响来改变各个化学元素的含量，从而使焊缝具有优良的高温强度、蠕变性、韧性和抗冷脆性。另外，近几年我国的焊材专家在低合金耐热钢方面主要是针对提高耐热钢焊缝熔敷金属力学性能的焊材进行开发。如中国专利CN1358605A主要通过以CaO、MgO做为造渣剂来提高熔渣的碱度，从而显著提高了焊缝金属的韧性。而专利CN1337292A则通过在药粉中加入适量的微量元素Ti细化焊缝金属晶粒，从而大大的提高了焊缝的低温冲击韧性。以上研制的药芯焊丝也主要是酸性焊丝，低合金耐热钢的碱性焊丝的研制还不成熟，有待于进一步开发。
针对上述情况，开发一种脱渣性优良的低合金耐热钢碱性药芯焊丝，通过碳钢钢带H08A包裹合金粉末和矿物粉末过渡合金元素，使熔敷金属达到为2.25Cr1Mo型低合金耐热钢的要求，其特点在于其中加入较多的氟化物作为造渣物质，能达到良好的熔渣覆盖，有效的对合金元素的过渡进行保护，控制扩散氢含量，降低使用过程中产生再热裂纹的可能，另外，同时材料成本相对较低，应用场合灵活，设备简单，生产效率好，焊接工艺良好，具有很好的市场开发前景。
脱渣性优良的低合金耐热钢碱性药芯焊丝的研制在国内外尚未见相关的专利报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种熔敷金属不仅具有优异的力学性能，而且具有极佳的焊接工艺性的碱性药芯焊丝。碱性焊丝的脱渣性普遍较差，焊条脱渣性好坏大体决定于三个因素。一是焊缝金属与焊渣间线膨胀系数之差的大小；二是焊渣松脆情况；三是渣壳与焊缝金属间是否生成了尖晶石型氧化物。
本发明的特点在于在焊丝的合金粉中加入适量的氟化钡来代替部分萤石，从而改善了熔渣的覆盖性，使熔渣的覆盖均匀、厚度适中。当二者比例适当时，且以硅、锰和铝镁合金为主要脱氧剂，可使焊缝与熔渣之间呈网状接触，使焊缝具有优良的脱渣性能。另外，加入适量的氧化锆，使熔渣具有较高的脆性，直到从坡口内自动脱渣。从而大大减少了焊工的工时和工作量，提高了工作效率。
本发明所提供的脱渣性优良的低合金耐热钢碱性药芯焊丝，其特征在于，所述的药芯成分质量百分比范围如下：
10～20％萤石、11～21％氟化钡、12～14％金属铬、1～11％Fe粉、5～10％硅铁、2～6％Al-Mg合金粉、5～10％大理石、2～8％氧化锆、7～12％Ti、10～12％钼铁、1～4％Na2CO3、3～5％锰。
药芯中主要成分作用如下：
萤石：造渣剂，有利于降低扩散氢含量，改善熔渣的覆盖性、脱渣性和焊缝成型。
氟化钡：主要的造渣剂，起降低熔渣熔点与黏度的稀渣作用，降低表面张力，使熔池反应活泼，改善脱渣性。BaF2去氢气孔的作用非常显著。随着氟化钡加入量的增加，焊缝中含氢量就减少，此外，氟化钡也有脱硫的作用。增加熔渣的碱度，调整熔渣的物化性能。
金属铬：向焊缝过渡合金元素。
Fe粉：向焊缝过渡金属，改善导电率。
硅铁：造渣剂，并可调整熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性。硅有固溶强化作用很强，因而可以有效地提高焊缝的强度，但含量超过一定范围会使韧性下降，在冶金方面，硅是良好的脱氧剂并可防止CO气孔，因此，焊缝中应含有一定量的硅，但应注意到脱氧产物很容易形成硅酸还将夹渣，低熔点的硅酸盐可能导致结晶裂纹，此外，硅酸盐还会增加熔渣和熔化金属的粘度，引起较严重的飞溅，影响焊接量。
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。
大理石：既作为造气剂，又作造渣剂。能提高对熔滴的喷力，减少飞溅，分解出的CaO既能稳定电弧，又有良好的脱硫能力。
氧化锆：主要起造渣，调整熔渣的物化性能，改善脱渣性，质量百分含量为：
Ti：是渣形成组分，可以改善渣的覆盖性能和调整熔渣的熔点和粘度，使焊缝脱渣性。另外它还起到使电弧集中、稳定，从而减少飞溅钛控制在一定范围内时，可以保证焊缝具有较高强度，同时仍可获得较高的冲击韧性。本发明中Ti均以金红石和钛铁的方式加入。
钼铁：钼是提高热强性有效元素，能提高热影响区的淬硬倾向，使裂纹敏感性增大。
Na2CO3：主要起造气和稳定电弧的作用。其受热分解产生CO2气体和Na离子，可以稳定电弧。
锰：主要用做脱氧剂，也有一定的渗合金作用，同时还对脱硫有利。此外锰氧化时放出大量热量，提高熔池温度，有利于冶金反应。
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。此焊丝主要运用于电力、化工、石油、原子能、航空等高速发展和尖端行业领域的低合金耐热钢的焊接。
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17-22％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。
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的碳钢钢带。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17-22％。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H08A碳钢钢带。先将其轧成U形。取钼铁粉末12％、金属铬粉末13％、钛铁粉末3.5％、Fe粉10％、硅铁粉末10％、铝镁合金粉末3％、锰粉末5％、氧化锆粉末2％、萤石20％、氟化钡粉末11％、金红石粉末4％、Na2CO3粉末1.5％、大理石5％。(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H08A碳钢钢带槽中，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200～220A，焊接电压28～30V，焊接速度0.5m/min，气流量15l/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H08A碳钢钢带。先将其轧成U形。取钼铁粉末11％、金属铬粉末13％、钛铁粉末4％、Fe粉1％、硅铁粉末8％、铝镁合金粉末4％、锰粉末3.5％、氧化锆粉末8％、萤石16％、氟化钡末15％、金红石粉末8％、Na2CO3粉末2％、大理石6.5％。(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H08A碳钢钢带槽中，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200～220A，焊接电压28～30V，焊接速度0.5m/min，气流量15l/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H08A碳钢钢带。先将其轧成U形。取钼铁粉末10％、金属铬粉末12％、钛铁粉末4％、Fe粉5％、硅铁粉末6％、铝镁合金粉末6％、锰粉末4％、氧化锆粉末2％、萤石13％、氟化钡末18％、金红石粉末6％、Na2CO3粉末4％、大理石10％。(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H08A碳钢钢带槽中，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200～220A，焊接电压28～30V，焊接速度0.5m/min，气流量15l/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H08A碳钢钢带。先将其轧成U形。取钼铁粉末10％、金属铬粉末14％、钛铁粉末3％、Fe粉11％、硅铁粉末5％、铝镁合金粉末2％、锰粉末3％、氧化锆粉末4％、萤石10％、氟化钡末21％、金红石粉末8％、Na2CO3粉末1％克、大理石8％。(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H08A碳钢钢带槽中，填充率为22％。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200～220A，焊接电压28～30V，焊接速度0.5m/min，气流量15l/min。
脱渣率的测定采用45°V型坡口内堆焊的落锤法试验。
表1 对比例与实施例效果对比
Claims (1)
1、一种脱渣性优良的耐热钢碱性药芯焊丝，其特征在于，所加的药芯成分质量百分比范围如下：10～20％萤石、11～21％氟化钡、12～14％金属铬、1～11％Fe粉、5～10％硅铁、2～6％Al-Mg合金粉、5～10％大理石、2～8％氧化锆、7～12％Ti、10～12％钼铁、1～4％Na2CO3、3～5％锰。
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