CN103659049B - 一种高镍、铬焊接渗透药芯焊丝及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高镍、铬焊接渗透药芯焊丝及制备方法，该药芯焊丝包括外皮，在外皮内沿轴向方向开设有贯穿外皮的通孔和环绕设置在通孔外周边的弧形孔，通孔和弧形孔内填充有以下重量份粉料的药芯粉：金属粉20-35份，合金粉35-65份，矿石粉8-18份。其制备方法是将粉料烘烤后配成药芯粉，同时将冷轧钢带两次轧成U形槽结构，分两次向U形槽中加入占药芯焊丝总重8-10%的药芯粉，并用成型机将U形槽合口后沿冷轧钢带轴向方向形成贯穿冷轧钢带的通孔和弧形孔，使药芯粉包裹其中，最后经拉丝机逐道拉拔、减径得到高镍、铬焊接渗透药芯焊丝。本发明高镍、铬焊接渗透药芯焊丝可在高镍、铬产品上实现完美焊接，而且焊道的熔合非常美观。

Description

一种高镍、铬焊接渗透药芯焊丝及制备方法

技术领域

本发明涉及一种药芯焊丝及制备方法，尤其涉及一种高镍、铬焊接渗透药芯焊丝及制备方法。

背景技术

药芯焊丝是世界第四代最先进的焊接材料，是当代焊接领域内高科技产品，它有着其它焊接材料不可比拟的优点，如：焊接效率高、工艺性能优良、焊接成本低、易实现半自动化、自动化和智能化焊接等。因此药芯焊丝在船舶制造业、建筑、桥梁、机械制造、冶金和矿山等行业被广泛应用。

随着市场中高镍、铬产品的增多，普通药芯焊丝很难在这些产品上实现完美焊接，因此，开发一种能在高镍、铬产品上实现焊接的药芯焊丝非常必要。关于这种药芯焊丝，现有技术中已有报道，如中国发明专利（公开号：CN102909485A）涉及一种高铬铸铁药芯焊丝，该高铬铸铁药芯焊丝的成分按重量百分比为：碳1-10%、铬4-45%、钼0-20%、镍0-15%、钨0-15%、钒0-15%、铌0-20%。虽然该高铬铸铁药芯焊丝在铬含量较高的条件下，可以实现在高铬产品上的焊接，但是该高铬铸铁药芯焊丝中镍含量较少，该药芯焊丝不能在高镍产品上实现完美的焊接。

发明内容

本发明针对现有技术所存在的缺陷，提供一种高镍、铬焊接渗透药芯焊丝用药芯粉。

本发明的上述目的可通过下列技术方案来实现：一种高镍、铬焊接渗透药芯焊丝用药芯粉，所述药芯粉包括以下重量份的粉料：

金属粉：20-35份，合金粉：35-65份，矿石粉：8-18份；

其中所述的金属粉为铁粉、镍粉中的一种或两种，所述的合金粉为微碳铬铁合金粉、硅锰合金粉、铝镁合金粉、钼铁合金粉、钒铁合金粉中的一种或多种，所述的矿石粉为金红石粉；所述的粉料的粒径为100-300目。

本发明高镍、铬焊接渗透药芯焊丝用药芯粉包括金属粉、合金粉和矿石粉，原料简单易得，配伍合理，在使用时可以根据需要灵活调整药芯粉的各组分配比，使用方便。

作为优选，所述药芯粉包括以下重量份的粉料：金属粉：26-33份，合金粉：40-61份，矿石粉：10-15份；其中所述的金属粉为铁粉、镍粉，所述的合金粉为微碳铬铁合金粉、硅锰合金粉、铝镁合金粉、钼铁合金粉、钒铁合金粉，所述的矿石粉为金红石粉；所述的粉料的粒径为100-160目。

作为优选，所述药芯粉包括以下重量份的粉料：铁粉：6-8份，镍粉：20-25份，微碳铬铁合金粉：20-25份，硅锰合金粉：10-18份，铝镁合金粉：3-5份，钼铁合金粉：3-8份，钒铁合金粉：4-5份，金红石粉：10-15份。

上述配方是对本发明的高镍、铬焊接渗透药芯焊丝用药芯粉配方的进一步优化，通过进一步提高药芯粉中镍粉和微碳铬铁合金粉的含量并优化其它成分的含量，使药芯粉中各成分产生协同作用，用此药芯粉制备得到的药芯焊丝，能在高镍、铬产品上完美的实现焊接且焊道的熔合非常美观。

作为优选，所述金属粉中铁粉的成分为：Fe≥98.0%，C≤0.05%，Si≤0.15%，Mn≤0.4%，P≤0.02%，S≤0.02%，O≤1.0%；镍粉的成分为：Ni≥98.0%，C≤0.02%，P≤0.01%，S≤0.01%。

本发明在药芯粉中加入金属粉，金属粉中的铁粉可以改善药芯熔化状况，有利于改善焊丝的在焊接工艺中的性能，如提高电弧稳定性，降低飞溅等；而且铁粉的加入还可以提高熔敷效率，减少在带底漆钢板上高速角焊时出现的气孔和凹坑的数量。而镍粉可以向焊缝金属过渡合金元素，使焊接中焊接金属组织变得稳定，保障焊接金属的韧性及强度。因此，本发明优化了药芯粉的配方，进一步提高了镍粉的含量，使本发明高镍、铬焊接渗透药芯焊丝能在高镍、铬产品上焊接时可以向焊缝金属充分过渡合金元素，使焊接金属组织变的更稳定，提高焊接金属的韧性和强度，实现在高镍、铬产品上的完美焊接。

作为优选，所述合金粉中微碳铬铁合金粉的成分为：Cr：50-60%，C≤0.10%，Si≤2.0%，P≤0.05%，S≤0.04%，余量为Fe以及不可避免的杂质或Cr：60-70%，Si：4.0-5.5%，C≤0.12%，P≤0.06%，S≤0.04%，余量为Fe以及不可避免的杂质；硅锰合金粉的成分为：Si：19.0-23.0%，Cr≤1.2%，P≤0.10%，S≤0.04%，余量为Mn以及不可避免的杂质；铝镁合金粉的成分为：Al：47-53%，Mg：47-53%，Fe≤0.4%，其中，Al+Mg≥97.5%；钼铁合金粉的成分为：Mo：55.0-80.0%，Si≤1.0%，S≤0.10%，P≤0.08%，C≤0.20%，Cu：0.50%，Sb≤0.05%，Sn≤0.06%，余量为Fe以及不可避免的杂质或Mo：55.0-80.0%，Si≤1.5%，S≤0.15%，P≤0.10%，C≤0.25%，Cu：1.00%，Sb≤0.08%，Sn≤0.03%，余量为Fe以及不可避免的杂质；钒铁合金粉的成分为：V：50.0-80.0%，Si≤2.0%，P≤0.10%，S≤0.06%，Al≤0.5%，Mn≤0.05%，C≤0.10%，余量为Fe以及不可避免的杂质。

本发明药芯粉中加入了适量的合金粉，合金粉中的微碳铬铁合金粉中的铬可以向焊缝金属中过渡合金元素，改善焊缝金属的耐腐蚀性和强度；但是，铬含量过高，会使焊缝析出σ相，引起脆性改变，造成焊件冲击韧性降低。因此，本发明为了能在高镍、铬产品上实现完美焊接，在不引起焊缝脆性改变的条件下，进一步提高铬含量。硅锰合金粉中适量的硅元素有助于改善焊缝成型。钼铁合金粉中所含的钼是保证焊缝金属的耐腐蚀性和高强度的重要成分，同时能细化组织，改善焊缝金属的韧性。同时加入适量的钒铁合金粉可进一步提高焊缝金属的强度和韧性。而铝镁合金粉中的铝、镁属于强脱氧剂，对于降低焊缝的氧含量起重要作用，同时也有利于稳定电弧和减少飞溅。当铝镁合金粉含量增加时，会增加电弧的挺度，但不利于焊缝成形。若焊缝中铝、镁的残存含量过高，会使焊缝强度过高，也不利于焊缝的韧性。因此，必须将合金粉的加入量和化学成分严格控制在本发明范围内。

作为优选，所述矿石粉中金红石粉的成分为：TiO₂≥95.0%，FeO≤0.5%，S≤0.03%，P≤0.05%。

金红石作为造渣剂使用，应该严格控制加入量，从而可以减薄焊后渣壳，有利于熔池中气体的逸出，减少气孔数量，提高焊丝的熔敷速度。其中，金红石的主要成分TiO₂是非常稳定的化合物，不易分解，不会增加焊缝中的含氧量。而且，TiO₂可以调整熔渣的熔点和粘度，随着TiO₂量的增加，熔渣的凝固温度范围减小，造成“短渣”，从而可以适应全位置焊接。此外，Ti还是一种很好的稳弧元素，它以TiO₂形式加入到药粉中，可以使电弧更柔软。

本发明的另一个目的在于提供上述高镍、铬焊接渗透药芯焊丝，包括呈圆柱状的外皮，所述外皮采用冷轧钢带制成，在外皮内沿轴向方向开设有贯穿外皮的通孔和弧形孔，所述弧形孔环绕设置在通孔外周边，所述通孔和弧形孔内均填充有上述药芯粉。

本发明高镍、铬焊接渗透药芯焊丝采用冷轧钢带作为外皮，屈服强度、抗拉强度较稳定，延伸率较好。在外皮内沿轴向方向开设有贯穿外皮的通孔和弧形孔，弧形孔环绕设置在通孔外周边，通孔和弧形孔内均填充有上述配伍合理的药芯粉。使本发明制成的高镍、铬焊接渗透药芯焊丝，在焊接时焊层表面渣的产生量非常少，焊接飞溅小，焊缝成型好，焊件无凹坑、气孔，且抗拉强度、伸长率和平均冲击功等机械性能良好。

作为优选，所述冷轧钢带的公称厚度为0.40±0.001mm，公称宽度为900-1020mm，组成成分及质量百分比为：Ni：8-12%，Cr：18-20%，Mn：1-2%，C不大于0.03%，Si不大于0.50%，P不大于0.03%，S不大于0.02%，Mo不大于0.50%，Cu不大于0.50%，余量为Fe以及不可避免的杂质。本发明药芯焊丝用冷轧钢带含C、Si、P、S、Mo、Cu较低，通卷性、屈服强度、抗拉强度较稳定，延伸率较好，达到了药芯焊丝生产所要求的高拉延性能。

本发明第三个目的在于提供上述高镍、铬焊接渗透药芯焊丝的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1、按上述高镍、铬焊接渗透药芯焊丝用的粉料及其重量份称取粉料，然后将矿石粉通过745-755℃烘烤，金属粉和合金粉通过115-125℃烘烤，保温5-7小时后自然冷却；

S2、将上述处理过的各粉料先通过100-160目筛孔筛选1-2次，然后充分混合，配制成药芯粉；

S3、将冷轧钢带第一次轧成U形槽结构，并向U形槽中加入占药芯焊丝总重8-10%的上述配制好的药芯粉，用成型机将U形槽加药芯粉合口后并压平；将压平后的冷轧钢带再次轧成U形槽结构，并再次向该U形槽中加入占药芯焊丝总重8-10%的上述配制好的药芯粉，然后用成型机将U形槽合口后沿冷轧钢带轴向方向形成贯穿冷轧钢带的通孔和弧形孔，药芯粉包裹在通孔和弧形孔中；

S4、将上述包裹药芯粉的冷轧钢带经过拉丝机逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.2-2.0mm，得到最终产品高镍、铬焊接渗透药芯焊丝。

本发明经轧制拉拔制成直径为1.2-2.0mm的高镍、铬焊接渗透药芯焊丝，可实现药芯焊丝在高镍、铬产品上的焊接，而且焊道的熔合非常美观。另外，本发明高镍、铬焊接渗透药芯焊丝制备过程中将钢带两次轧成U形槽结构，并将药芯粉分两次加入U形槽，使药芯粉更加均匀的包裹在钢带里面，使高镍、铬焊接渗透药芯焊丝焊接时效果更好。

本发明具有以下优点：

1.本发明高镍、铬焊接渗透药芯焊丝可在高镍、铬产品上实现完美焊接，而且焊道的熔合非常美观。

2.本发明高镍、铬焊接渗透药芯焊丝的制备方法，将钢带两次轧成U形槽结构，并将药芯粉分两次加入U形槽，使药芯粉更加均匀的包裹在钢带里面，焊接时效果更好。

3.本发明高镍、铬焊接渗透药芯焊丝具有较高的熔敷速度和较大的工作效率，焊接时飞溅小、烟尘少，焊缝成型好、焊层表面渣的产生量少，焊件无凹坑、气孔。

4.本发明高镍、铬焊接渗透药芯焊丝在使用时可以根据焊接需要灵活的调整药芯粉的各个组分配比，使用方便。

5.本发明高镍、铬焊接渗透药芯焊丝焊接后焊缝金属韧性、塑性等机械性能良好。

附图说明

图1为本发明高镍、铬焊接渗透药芯焊丝剖视结构示意图。

如图所示：1、钢带；2、药芯粉。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示：本发明高镍、铬焊接渗透药芯焊丝采用冷轧钢带1作为外皮，在外皮内沿轴向方向开设有贯穿外皮的通孔和弧形孔，弧形孔环绕设置在通孔外周边，通孔和弧形孔内均填充有上述配伍合理的药芯粉2。

表1本发明实施例1-3冷轧钢带组成成分及质量百分比

表2本发明实施例1-3药芯粉组成成分及重量份数

实施例1：

首先，按表2中实施例1药芯粉的粉料及重量份数称取粉料，然后将矿石粉通过745℃烘烤，金属粉和合金粉通过115℃烘烤，保温5小时后自然冷却。并将处理过的各粉料通过100目筛孔筛选2次，充分混合，配制成药芯粉。

根据表1中实施例1冷轧钢带的组成成分及质量百分比选取公称厚度为0.40±0.001mm，公称宽度为900mm的冷轧钢带第一次轧成U形槽结构，并向U形槽中加入占药芯焊丝总重8%的上述配制好的药芯粉，用成型机将U形槽加药芯粉合口并压平，再次将冷轧钢带轧成U形槽结构，并再次向U形槽中加入占药芯焊丝总重9%的上述配制好的药芯粉，然后用成型机将U形槽合口后沿冷轧钢带轴向方向形成贯穿冷轧钢带的通孔和弧形孔，药芯粉包裹在通孔和弧形孔中。然后将包裹药芯粉的冷轧钢带经过拉丝机逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.4mm，得到最终产品高镍、铬焊接渗透药芯焊丝。

实施例2：

首先，按表2中实施例2药芯粉的粉料及重量份数称取粉料，然后将矿石粉通过750℃烘烤，金属粉和合金粉通过120℃烘烤，保温6小时后自然冷却。并将处理过的各粉料通过120目筛孔筛选2次，充分混合，配制成药芯粉。

然后，根据表1中实施例2冷轧钢带的组成成分及质量百分比选取公称厚度为0.40±0.001mm，公称宽度为950mm的冷轧钢带第一次轧成U形槽结构，并向U形槽中加入占药芯焊丝总重10%的上述配制好的药芯粉，用成型机将U形槽加药芯粉合口并压平，再次将冷轧钢带轧成U形槽结构，并再次向U形槽中加入占药芯焊丝总重9%的上述配制好的药芯粉，然后用成型机将U形槽合口后沿冷轧钢带轴向方向形成贯穿冷轧钢带的通孔和弧形孔，药芯粉包裹在通孔和弧形孔中。然后将包裹药芯粉的冷轧钢带经过拉丝机逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm，得到最终产品高镍、铬焊接渗透药芯焊丝。

实施例3：

首先，按表2中实施例3药芯粉的粉料及重量份数称取粉料，然后将矿石粉通过755℃烘烤，金属粉和合金粉通过125℃烘烤，保温7小时后自然冷却。并将处理过的各原料颗粒通过140目筛孔筛选1次，充分混合，配制成药芯粉。

然后，根据表1中实施例3冷轧钢带的组成成分及质量百分比选取公称厚度为0.40±0.001mm，公称宽度为1000mm的冷轧钢带第一次轧成U形槽结构，并向U形槽中加入占药芯焊丝总重10%的上述配制好的药芯粉，用成型机将U形槽加药芯粉合口并压平，再次将冷轧钢带轧成U形槽结构，并再次向U形槽中加入占药芯焊丝总重8%的上述配制好的药芯粉，然后用成型机将U形槽合口后沿冷轧钢带轴向方向形成贯穿冷轧钢带的通孔和弧形孔，药芯粉包裹在通孔和弧形孔中。然后将包裹药芯粉的冷轧钢带经过拉丝机逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.7mm，得到最终产品高镍、铬焊接渗透药芯焊丝。

将本发明实施例1-3制得的高镍、铬焊接渗透药芯焊丝进行焊接试板试验，然后取中间位置焊材，通过直读光谱仪对所取的焊材进行化学成分光谱试验，试验结果如表4所示。并对焊材进行拉伸和冲击试验，试验结果如表5所示。

表4实施例1-3高镍、铬焊接渗透药芯焊丝焊接试板后焊材化学成分测试结果

表5实施例1-3高镍、铬焊接渗透药芯焊丝焊接试板后焊材机械性能测试结果

从表4和表5可以得出，本发明高镍、铬焊接渗透药芯焊丝焊接试板后焊材化学成分均在标准值范围内，而且焊材的抗拉强度、伸长率和平均冲击功等机械性能良好，可以实现高镍、铬焊接渗透药芯焊丝产业化。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (8)

1.一种高镍、铬焊接渗透药芯焊丝，其特征在于，包括呈圆柱状的外皮，所述外皮采用冷轧钢带制成，在外皮内沿轴向方向开设有贯穿外皮的通孔和弧形孔，所述弧形孔环绕设置在通孔外周边，所述通孔和弧形孔内均填充有药芯粉，所述药芯粉包括以下重量份的粉料：

金属粉：20-35份，合金粉：35-65份，矿石粉：8-18份；

其中所述的金属粉为铁粉、镍粉中的一种或两种，所述的合金粉为微碳铬铁合金粉、硅锰合金粉、铝镁合金粉、钼铁合金粉、钒铁合金粉中的一种或多种，所述的矿石粉为金红石粉；所述的粉料的粒径为100-300目。

2.根据权利要求1所述的一种高镍、铬焊接渗透药芯焊丝用药芯粉，其特征在于，所述药芯粉包括以下重量份的粉料：

金属粉：26-33份，合金粉：40-61份，矿石粉：10-15份；

其中所述的金属粉为铁粉、镍粉，所述的合金粉为微碳铬铁合金粉、硅锰合金粉、铝镁合金粉、钼铁合金粉、钒铁合金粉，所述的矿石粉为金红石粉；所述的粉料的粒径为100-160目。

3.根据权利要求1或2所述的一种高镍、铬焊接渗透药芯焊丝用药芯粉，其特征在于，所述药芯粉包括以下重量份的粉料：铁粉：6-8份，镍粉：20-25份，微碳铬铁合金粉：20-25份，硅锰合金粉：10-18份，铝镁合金粉：3-5份，钼铁合金粉：3-8份，钒铁合金粉：4-5份，金红石粉：10-15份。

4.根据权利要求1所述的一种高镍、铬焊接渗透药芯焊丝用药芯粉，其特征在于，所述金属粉中铁粉的成分为：Fe≥98.0％，C≤0.05％，Si≤0.15％，Mn≤0.4％，P≤0.02％，S≤0.02％，O≤1.0％；镍粉的成分为：Ni≥98.0％，C≤0.02％，P≤0.01％，S≤0.01％。

5.根据权利要求1所述的一种高镍、铬焊接渗透药芯焊丝用药芯粉，其特征在于，所述合金粉中微碳铬铁合金粉的成分为：Cr：50-60％，C≤0.10％，Si≤2.0％，P≤0.05％，S≤0.04％，余量为Fe以及不可避免的杂质或Cr：60-70％，Si：4.0-5.5％，C≤0.12％，P≤0.06％，S≤0.04％，余量为Fe以及不可避免的杂质；硅锰合金粉的成分为：Si：19.0-23.0％，Cr≤1.2％，P≤0.10％，S≤0.04％，余量为Mn以及不可避免的杂质；铝镁合金粉的成分为：Al：47-53％，Mg：47-53％，Fe≤0.4％，其中，Al+Mg≥97.5％；钼铁合金粉的成分为：Mo：55.0-80.0％，Si≤1.0％，S≤0.10％，P≤0.08％，C≤0.20％，Cu：0.50％，Sb≤0.05％，Sn≤0.06％，余量为Fe以及不可避免的杂质或Mo：55.0-80.0％，Si≤1.5％，S≤0.15％，P≤0.10％，C≤0.25％，Cu：1.00％，Sb≤0.08％，Sn≤0.03％，余量为Fe以及不可避免的杂质；钒铁合金粉的成分为：V：50.0-80.0％，Si≤2.0％，P≤0.10％，S≤0.06％，Al≤0.5％，Mn≤0.05％，C≤0.10％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

6.根据权利要求1所述的一种高镍、铬焊接渗透药芯焊丝用药芯粉，其特征在于，所述矿石粉中金红石粉的成分为：TiO₂≥95.0％，FeO≤0.5％，S≤0.03％，P≤0.05％。

7.根据权利要求1所述的一种高镍、铬焊接渗透药芯焊丝，其特征在于，所述冷轧钢带的公称厚度为0.40±0.001mm，公称宽度为900-1020mm，组成成分及质量百分比为：Ni：8-12％，Cr：18-20％，Mn：1-2％，C不大于0.03％，Si不大于0.50％，P不大于0.03％，S不大于0.02％，Mo不大于0.50％，Cu不大于0.50％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

8.一种高镍、铬焊接渗透药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

S1、按权利要求1所述的高镍、铬焊接渗透药芯焊丝用的粉料及其重量份称取粉料，然后将矿石粉通过745-755℃烘烤，金属粉和合金粉通过115-125℃烘烤，保温5-7小时后自然冷却；

S2、将上述处理过的各粉料先通过100-160目筛孔筛选1-2次，然后充分混合，配制成药芯粉；

S3、将冷轧钢带第一次轧成U形槽结构，并向U形槽中加入占药芯焊丝总重8-10％的上述配制好的药芯粉，用成型机将U形槽加药芯粉合口后并压平；将压平后的冷轧钢带再次轧成U形槽结构，并再次向该U形槽中加入占药芯焊丝总重8-10％的上述配制好的药芯粉，然后用成型机将U形槽合口后沿冷轧钢带轴向方向形成贯穿冷轧钢带的通孔和弧形孔，药芯粉包裹在通孔和弧形孔中；

S4、将上述包裹药芯粉的冷轧钢带经过拉丝机逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.2-2.0mm，得到最终产品高镍、铬焊接渗透药芯焊丝。