CN103753055B

CN103753055B - 一种低碳钢带制备含金红石药芯粉的无缝管焊丝加工方法

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Publication number: CN103753055B
Application number: CN201310707490.4A
Authority: CN
Inventors: 郭纯; 孔红雨; 张晓�
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: CN103753055A

Abstract

一种低碳钢带制备含金红石药芯粉的无缝管焊丝加工方法，按重量百分比将30～50的金红石、2～5的脱水长石、5～10的硅铁、1～8的钛铁、5～15的金属锰、2～5的锆英砂、3～8的镁砂、2～6的石英、0.5～2金属锆以及余量的铁粉充分搅拌均匀制成所述金红石药芯粉并存放于加药装置中待用，将低碳钢带轧制成U形钢带，在2～10m/s轧速下将药芯粉填入U形钢带中，填充率控制在14～18%，之后被轧制成直径为D的有缝管，并通过激光焊接机或是所述高频焊接机的在线焊接为无缝管焊丝管坯，将无缝管焊丝管坯实施500～1200 ℃的高频退火，再通过冷拔机被减径至D₁无缝管焊丝并镀铜制备出含有金红石药芯粉的无缝管焊丝。

Description

一种低碳钢带制备含金红石药芯粉的无缝管焊丝加工方法

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，尤其是一种低碳钢带制备含金红石药芯粉的无缝管焊丝加工方法。

背景技术

由金属带卷裹药芯能够制备出有缝金属管焊丝或是无缝金属管焊丝，从使用性能上讲无缝金属管焊丝远优于有缝金属管焊丝，无缝金属管焊丝多用于海洋工程或是大型舰船等尖端科技工业的制造，但无缝金属管焊丝的加工方法一直受到国外焊材厂商的技术保密和封锁。

有报道称国内已制备出无缝铝管焊丝，它采用熔炼铝或铝合金铸锭，经均匀化退火、扒皮后用双动挤压法填压金属卤化物并被挤压成管状焊丝毛坯，然后将管状焊丝毛坯拉拔减径后制备出无缝铝管焊丝。该加工方法只能用于如铝类熔点较低、塑性较好的金属，对于如钢类熔点较高、塑性较差的金属不适用。

另据称，有采用振动加粉的加工方法来生产无缝碳钢管焊丝，但该加工方法的最大问题是不能实现连续化生产，导致生产效率低，加工出的焊丝长度有限，振动加粉时容易出现药粉分层现象，药粉分层会导致焊丝的成分不均匀，影响焊接质量。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种低碳钢带制备含金红石药芯粉的无缝管焊丝加工方法，该无缝管焊丝加工方法主要解决一下问题：

对低碳钢带提出技术要求；对金红石药芯粉的配制比例提出要求；对低碳钢带被轧制成直径为D的有缝管以及最终制备出含金红石药芯粉的无缝管焊丝的加工过程提出要求；无缝管焊丝的各项技术指标参考值。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种低碳钢带制备含金红石药芯粉的无缝管焊丝加工方法，所述低碳钢带的化学成分按重量百分比的含量要求如下：

C：≤0.15％、Mn：≤0.60％、S：≤0.025％、P：≤0.1％，余量为Fe；

所述低碳钢带的性能指标要求如下：

显微硬度不大于180HV，抗拉强度不小于270MPa，断后伸长率不小于38％；

所述金红石药芯粉中含有金红石、脱水长石、硅铁、钛铁、金属锰、锆英砂、镁砂、石英、金属锆以及铁粉；

无缝管焊丝加工方法涉及到第一轧辊机、加药装置、第二轧辊机、激光焊接机、高频焊接机、高频退火、冷拔机以及镀铜；设定低碳钢带的宽度＝3.14D，其中D为有缝管的轧制直径；

本发明的特征如下：

按重量百分比将30～50％的金红石、2～5％的脱水长石、5～10％的硅铁、1～8％的钛铁、5～15％的金属锰、2～5％的锆英砂、3～8％的镁砂、2～6％的石英、0.5～2％金属锆以及余量的铁粉充分搅拌均匀制成所述金红石药芯粉，然后将所述金红石药芯粉存放于所述加药装置中待用；

将宽度＝3.14D的所述低碳钢带通过所述第一轧辊机先被轧制成U形钢带，所述U形钢带的轧制速度控制在2～10m/s，在2～10m/s的轧速下通过所述加药装置往所述U形钢带中填充已配制好的所述金红石药芯粉，所述金红石药芯粉在所述U形钢带中的填充率控制在14～18％，填充完所述金红石药芯粉的所述U形钢带再通过所述第二轧辊机被轧制成直径为D的有缝管，此时所述有缝管的轧制速度与所述U形钢带的轧制速度匹配，所述有缝管的轧制缝再经所述激光焊接机或是所述高频焊接机的在线连续焊合被加工成直径为D的无缝管焊丝管坯，所述在线连续焊合的焊速与所述U形钢带的轧制速度匹配，所述激光焊接机的功率控制在2000～10000W，所述高频焊接机的功率控制在1000～10000W，之后将所述无缝管焊丝管坯在所述在线连续焊合的焊速下实施所述高频退火，所述高频退火的温度控制在500～1200℃，经所述高频退火的所述无缝管焊丝管坯空冷至室温后再通过冷拔机被减径至D₁无缝管焊丝，所述D₁≥1.0mm且D₁＜D，所述无缝管焊丝再按常规技术进行所述镀铜，所述镀铜后即可制备出含有金红石药芯粉的无缝管焊丝。

上述金红石药芯粉按重量百分比的最佳配制比例和对应的加工参数如下：

30％的金红石、5％的脱水长石、6％的硅铁、5％的钛铁、15％的金属锰、3％的锆英砂、3％的镁砂、6％的石英、0.5％的金属锆以及余量的铁粉；

所述轧制速度2m/s，所述填充率16％，所述激光焊接机的功率控制在2000W，所述高频退火的温度控制在500℃，所述D₁＝1.2mm。

45％的金红石、2％的脱水长石、5％的硅铁、8％的钛铁、10％的金属锰、5％的锆英砂、3％的镁砂、2％的石英、2％的金属锆以及余量的铁粉；

所述轧制速度5m/s，所述填充率18％，所述高频焊接机的功率控制在5000W，所述高频退火的温度控制在1200℃，所述D₁＝1.4mm。

50％的金红石、3％的脱水长石、10％的硅铁、1％的钛铁、5％的金属锰、2％的锆英砂、8％的镁砂、3％的石英、1.5％金属锆以及余量的铁粉；

所述轧制速度10m/s，所述填充率14％，所述激光焊接机的功率控制在10000W，所述高频退火的温度控制在800℃，所述D₁＝1.0mm。

由于采用如上所述技术方案，本发明具有如下积极效果：

1、本发明含有金红石药芯粉的无缝管焊丝，其扩散氢含量一般小于5ml/100g，超低的扩散氢可以有效降低焊缝金属的裂纹发生率，耐气孔性能高。

2、本发明通过在线连续焊合后被加工成直径为D的无缝管焊丝管坯，无缝管焊丝管坯内的金红石药芯粉不会产生受潮现象，抗吸性提高可使无缝管焊丝长时间储存于潮湿环境中而不需要烘干。

3、本发明实施的镀铜处理能提高电流输送能力，镀铜后无缝管焊丝的耐锈性能同样得到提高，最终提高无缝管焊丝的送丝性能，降低导电嘴的磨损量。

4、由于低碳钢带通过在线连续焊合，进而消除了有缝间隙，使无缝管焊丝的断面形状均匀且刚性好，无缝管焊丝在使用时不易产生扭曲变形，送丝性能和焊丝对准性得到极大提高，电弧更加稳定，可以用于机械化程度更高的全自动机器人焊接，显著提高焊接效率，节省综合成本。

5、高频退火能降低金红石药芯粉及附着在钢皮表面的水分，因为水分是氢的主要来源之一。

6、本发明制备出的无缝管焊丝能用于海洋工程、舰船制造、桥梁、建筑、石油化工等尖端科技工业的制造，尤其能用于490MPa级高强钢的焊接。

7、无缝管焊丝具有良好的焊接工艺性，力学性能稳定，扩散氢低，抗吸潮性强，耐锈性能优异。

具体实施方式

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进。

金红石是主要的造渣剂和电弧稳定剂，能调节焊渣的熔点和粘度，改善焊缝的成型和脱渣，加入量以30～50％为宜。

脱水长石中的Na₂O和K₂O可以提高电弧的稳定性并起到稳弧作用，脱水长石中的SiO₂和Al₂O₃可以调节铁水和渣的粘度，有利于全位置焊接；但是加入量太高会引起烟尘和飞溅增加，因此脱水长石的加入量应控制在2～5％之间。

加入硅铁的主要目的在于脱氧，脱氧产物进入熔敷金属可以提高焊缝金属的抗拉强度，因为硅能溶于铁素体和奥氏体中提高低碳钢带的硬度和强度，其作用仅次于磷；加入量过低时脱氧不足容易产生气孔，但过高时将显著降低焊缝的塑性和韧性，因此硅铁的加入量控制在5～10％。

加入钛铁的主要目的在于脱氧，此外钛的氧化物被认为可作为较强的氢陷阱，能固化大量的氢，从而有效降低熔敷金属扩散氢的含量；由于Ti与氧的亲合力很大，焊缝中的Ti以微小颗粒氧化物的形式如TiO、Ti₂O₃、TiO₂弥散分布于焊缝中，非常容易成为针状铁素体的形核核心，有利形成针状铁素体组织，从而提高焊缝金属的韧性，钛铁的加入量宜控制在1～8％。

加入金属锰的主要目的在于脱氧的同时提高焊缝金属的抗拉强度和韧性，加入含量过低导致焊缝金属强度过低，加入含量过高导致焊缝金属强度过高而韧性下降，因此金属锰的加入量以5～15％为宜。

锆英砂、镁砂和石英可以调节渣的熔点和粘度，适应用于全位置焊接，此外石英还可以调高渣的铺展性，有利于焊缝成形。

利用金属锆的细晶强化作用可以提高焊缝金属的强度和韧性，达到强韧匹配，加入量以0.5～2％为宜。

将上述物品一同放入搅拌器充分搅拌均匀后配制成所述金红石药芯粉，然后将所述金红石药芯粉存放于所述加药装置中待用即可，所述加药装置为密闭漏斗状且配置有药粉流速控制阀，根据所述U形钢带的轧制速度来控制所述金红石药芯粉的填充量，以保证所述金红石药芯粉的填充率能控制在本发明的要求之中，填充率只跟被轧制成直径为D的有缝管相关，在直径为D的截面上具有所述金红石药芯粉填充量的大小称其为填充率。

将宽度＝3.14D的所述低碳钢带通过所述第一轧辊机先被轧制成U形钢带，这表明所述第一轧辊机的轧辊能将薄壁所述低碳钢带轧制成U形钢带，所述低碳钢带的厚度要根据之后得到直径为D₁的无缝管焊丝相匹配，如所述D₁＝1.0mm，则建议所述低碳钢带的厚度不要大于0.3mm。同理所述第二轧辊机的轧辊能将所述U形钢带轧制成直径为D的有缝管，在同一种轧制速度控制下，所述第一轧辊机与所述第二轧辊机能保持同步在线，对提高轧制效率是非常明显的，而且这个轧制速度是与所述激光焊接机或是所述高频焊接机的在线连续焊合焊速以及所述高频退火是相互匹配的，其生产效率更高。

未叙加工方法参见技术方案，不另赘述。

下表是本发明三个最佳金红石药芯粉的百分重量配比。

上表实施例1中：所述轧制速度2m/s，所述填充率16％，所述激光焊接机的功率控制在2000W，所述高频退火的温度控制在500℃，所述D₁＝1.2mm，其余参考无缝管焊丝的加工方法。

上表实施例2中：所述轧制速度5m/s，所述填充率18％，所述高频焊接机的功率控制在5000W，所述高频退火的温度控制在1200℃，所述D₁＝1.4mm，其余参考无缝管焊丝的加工方法。

上表实施例3中：所述轧制速度10m/s，所述填充率14％，所述激光焊接机的功率控制在10000W，所述高频退火的温度控制在800℃，所述D₁＝1.0mm，其余参考无缝管焊丝的加工方法。

三个最佳金红石药芯粉制备出的无缝管焊丝其熔敷金属化学成分％的参考值见下表。

	C	Si	Mn	S	P
						实施例1	0.057	0.38	1.35	0.0045	0.087
实施例2	0.054	0.35	1.28	0.0048	0.076
						实施例3	0.062	0.42	1.25	0.0049	0.0074

三个最佳金红石药芯粉制备出的无缝管焊丝其熔敷金属的力学性能指标参考值见下表。

三个最佳金红石药芯粉制备出的无缝管焊丝其熔敷金属的扩散氢含量按气相色谱法的参考值见下表。

	扩散氢含量(ml/100g)
		实施例1	3.25
实施例2	2.65
		实施例3	2.95

Claims

1.一种低碳钢带制备含金红石药芯粉的无缝管焊丝加工方法，所述低碳钢带的化学成分按重量百分比的含量要求如下：

C：≤0.15%、Mn：≤0.60%、S：≤0.025%、P：≤0.1%，余量为Fe；

所述低碳钢带的性能指标要求如下：

显微硬度不大于180 HV，抗拉强度不小于270 MPa，断后伸长率不小于38%；

无缝管焊丝加工方法涉及到第一轧辊机、加药装置、第二轧辊机、激光焊接机、高频焊接机、高频退火、冷拔机以及镀铜；设定低碳钢带的宽度=3.14D，其中D为有缝管的轧制直径；其特征是：

按重量百分比将30～50%的金红石、2～5%的脱水长石、5～10%的硅铁、1～8%的钛铁、5～15%的金属锰、2～5%的锆英砂、3～8%的镁砂、2～6%的石英、0.5～2%金属锆以及余量的铁粉充分搅拌均匀制成所述金红石药芯粉，然后将所述金红石药芯粉存放于所述加药装置中待用；

将宽度=3.14D的所述低碳钢带通过所述第一轧辊机先被轧制成U形钢带，所述U形钢带的轧制速度控制在2～10m/s，在2～10m/s的轧速下通过所述加药装置往所述U形钢带中填充已配制好的所述金红石药芯粉，所述金红石药芯粉在所述U形钢带中的填充率控制在14～18%，填充完所述金红石药芯粉的所述U形钢带再通过所述第二轧辊机被轧制成直径为D的有缝管，此时所述有缝管的轧制速度与所述U形钢带的轧制速度匹配，所述有缝管的轧制缝再经所述激光焊接机或是所述高频焊接机的在线连续焊合被加工成直径为D的无缝管焊丝管坯，所述在线连续焊合的焊速与所述U形钢带的轧制速度匹配，所述激光焊接机的功率控制在2000～10000W，所述高频焊接机的功率控制在1000～10000W，之后将所述无缝管焊丝管坯在所述在线连续焊合的焊速下实施所述高频退火，所述高频退火的温度控制在500～1200 ℃，经所述高频退火的所述无缝管焊丝管坯空冷至室温后再通过冷拔机被减径至D₁无缝管焊丝，所述D₁≥1.0mm且D₁＜D，所述无缝管焊丝再按常规技术进行所述镀铜，所述镀铜后即可制备出含有金红石药芯粉的无缝管焊丝。

2.根据权利要求1所述一种低碳钢带制备含金红石药芯粉的无缝管焊丝加工方法，其特征是：金红石药芯粉按重量百分比的最佳配制比例和对应的加工参数如下：

30%的金红石、5%的脱水长石、6%的硅铁、5%的钛铁、15%的金属锰、3%的锆英砂、3%的镁砂、6%的石英、0.5%的金属锆以及余量的铁粉；

所述轧制速度2 m/s，所述填充率16%，所述激光焊接机的功率控制在2000 W，所述高频退火的温度控制在500 ℃，所述D₁=1.2mm。

3.根据权利要求1所述一种低碳钢带制备含金红石药芯粉的无缝管焊丝加工方法，其特征是：金红石药芯粉按重量百分比的最佳配制比例和对应的加工参数如下：

45%的金红石、2%的脱水长石、5%的硅铁、8%的钛铁、10%的金属锰、5%的锆英砂、3%的镁砂、2%的石英、2%的金属锆以及余量的铁粉；

所述轧制速度5 m/s，所述填充率18%，所述高频焊接机的功率控制在5000 W，所述高频退火的温度控制在1200 ℃，所述D₁=1.4mm。

4.根据权利要求1所述一种低碳钢带制备含金红石药芯粉的无缝管焊丝加工方法，其特征是：金红石药芯粉按重量百分比的最佳配制比例和对应的加工参数如下：

50%的金红石、3%的脱水长石、10%的硅铁、1%的钛铁、5%的金属锰、2%的锆英砂、8%的镁砂、3%的石英、1.5%金属锆以及余量的铁粉；

所述轧制速度10 m/s，所述填充率14%，所述激光焊接机的功率控制在10000 W，所述高频退火的温度控制在800 ℃，所述D₁=1.0mm。