CN104646868A - 17-4ph沉淀硬化不锈钢自保护药芯焊丝及制备方法 - Google Patents

17-4ph沉淀硬化不锈钢自保护药芯焊丝及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种17-4ph沉淀硬化不锈钢自保护药芯焊丝，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：Cr12％-22％，Ni3％-6％，Cu12％-17％，Nb2.5％-4％，CaF215％-17％，SiO25％-7％，TiO24％-6％，CaCO35％-10％，Li2CO34％-7％，Al-Mg合金粉7％-10％，其余为铁。本发明药芯焊丝施焊时不需外加保护气体，可实现自保护焊接；该药芯焊丝用于沉淀硬化不锈钢的焊接，可得到具有较高抗拉强度和耐蚀性的焊接接头；该药芯焊丝具有很好的焊接工艺性，焊接飞溅少，焊接烟尘少；发明药芯焊丝适用于自动焊接设备，具有较高的生产效率。

Description

17-4ph沉淀硬化不锈钢自保护药芯焊丝及制备方法
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种17-4ph沉淀硬化不锈钢自保护药芯焊丝，本发明还涉及该药芯焊丝的制备方法。
背景技术
沉淀硬化(Precipitation Hardening)不锈钢是通过热处理析出微细的金属间化合物和某些少量碳化物以产生沉淀硬化，而获得高强度和一定耐蚀性相结合的高强不锈钢，它兼有Cr-Ni奥氏体不锈钢耐蚀性较好和马氏体Cr钢强度高的优点。
其化学成分除Cr、Ni元素以外，还含有直接或间接导致沉淀相形成的Ti、Nb、Al、Mo、Co、Cu等合金元素，而且碳含量很低，一般为低碳或超低碳。高Cr使钢具有高耐蚀性和高淬透性，低C是为了避免与Cr结合降低耐蚀性，并保证钢的可焊性。镍的主要作用是使钢奥氏体化，并调整钢的相变点，特别是马氏体转变温度Ms，以及与其它元素形成沉淀硬化相，如Ni3Mo、Ni3Nb、Ni3AI等。
自保护药芯焊丝由于是在没有外加气体保护的条件下进行焊接的。所以药芯中要加入一定量的焊剂，主要依靠药芯焊丝自身产生的熔渣，气体对焊接熔池进行保护，同时焊剂中还需加入一定量的脱氧剂，如硅铁、锰铁、铝镁等组分除去熔池中的有害杂质氧元素。自保护药芯焊丝所用焊剂中需要含有造渣剂，造气剂，脱氧剂，三种成分，从造渣，造气，脱氧，三个层次对熔池进行保护，才能达到理想的保护效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种17-4ph沉淀硬化不锈钢自保护药芯焊丝，该药芯焊丝可在不加保护气体的情况下施焊。
本发明的另一个目的是提供该药芯焊丝的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，17-4ph沉淀硬化不锈钢自保护药芯焊丝，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：Cr12％-22％，Ni3％-6％，Cu12％-17％，Nb2.5％-4％，CaF215％-17％，SiO25％-7％，TiO24％-6％，CaCO35％-10％，Li2CO34％-7％，Al-Mg合金粉7％-10％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％。
本发明的特点还在于：
外皮材料为304不锈钢钢带。
该药芯焊丝中药芯的填充率(质量比)为23％-25％。
该药芯焊丝的直径为1.2-2.0mm。
本发明所采用的另一个技术方案是，17-4ph沉淀硬化不锈钢自保护药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，按质量百分比分别称取Cr12％-22％，Ni3％-6％，Cu12％-17％，Nb2.5％-4％，CaF215％-17％，SiO25％-7％，TiO24％-6％，CaCO35％-10％，Li2CO34％-7％，Al-Mg合金粉7％-10％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的CaF2，SiO2，TiO2，CaCO3，Li2CO3，Al-Mg合金粉加入水玻璃粘结剂，混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，碾碎后过筛，筛选粒度80-100目的混合粉；
步骤3，将步骤1称得的Cr，Ni，Cu，Nb，铁粉与步骤2制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入在200℃下烘2小时，得到药芯粉末；
步骤4，将304不锈钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将304不锈钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤3得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为23％-25％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.2mm-2.0mm，得到药芯焊丝；
步骤5，最后用拉丝机将步骤4制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
本发明的特点还在于，
步骤2中水玻璃粘结剂的添加量为粉体总重量的20％。
步骤2中烧结的温度为500-650℃，时间为3-4h。
本发明的有益效果是，
1.本发明药芯焊丝施焊时不需外加保护气体，可实现自保护焊接。
2.该药芯焊丝用于沉淀硬化不锈钢的焊接，可得到具有较高抗拉强度和耐蚀性的焊接接头。
3.该药芯焊丝具有很好的焊接工艺性，焊接飞溅少，焊接烟尘少。
4.发明药芯焊丝适用于自动焊接设备，具有较高的生产效率。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明17-4ph沉淀硬化不锈钢自保护药芯焊丝，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：Cr12％-22％，Ni3％-6％，Cu12％-17％，Nb2.5％-4％，CaF215％-17％，SiO25％-7％，TiO24％-6％，CaCO35％-10％，Li2CO34％-7％，Al-Mg合金粉7％-10％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％。外皮材料为304不锈钢钢带。
该药芯焊丝中药芯的填充率(质量比)为23％-25％；该药芯焊丝的直径为1.2-2.0mm。
上述17-4ph沉淀硬化不锈钢自保护药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，按质量百分比分别称取Cr12％-22％，Ni3％-6％，Cu12％-17％，Nb2.5％-4％，CaF215％-17％，SiO25％-7％，TiO24％-6％，CaCO35％-10％，Li2CO34％-7％，Al-Mg合金粉7％-10％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的CaF2，SiO2，TiO2，CaCO3，Li2CO3，Al-Mg合金粉加入粉体总重量20％的水玻璃粘结剂，混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，烧结的温度为500-650℃，时间为3-4h，碾碎后过筛，筛选粒度80-100目的混合粉；
步骤3，将步骤1称得的Cr，Ni，Cu，Nb，铁粉与步骤2制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入在200℃下烘2小时，得到药芯粉末；
步骤4，将304不锈钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将304不锈钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤3得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为23％-25％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.2mm-2.0mm，得到药芯焊丝；
步骤5，最后用拉丝机将步骤4制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
药芯中各个组分的作用：
1、Cr是铁素体化元素，使焊缝中有生成铁素体组织的倾向；Ni是奥氏体化元素，使焊缝中有生产奥氏体组织的倾向。Cr，Ni，两者配合，当所设计的比例合适时，焊缝会转变为完全的马氏体组织，因此Cr，Ni，的使用是为了使焊缝中最终生成马氏体组织。
2、Cr元素还具有显著提高焊缝金属耐蚀性的能力，使焊缝的耐蚀性能够达到使用的要求。
3、Cu，Nb在焊缝中能够生成沉淀相，这些沉淀相那个大幅度的提高焊缝金属的强度。
4、Cu还对焊缝金属耐蚀性其辅助作用，可在一定程度上提高焊缝的耐蚀性。
5、CaF2，SiO2，TiO2都具有造渣的作用，焊接时产生熔渣对熔池具有保护作用。CaF2，SiO2，TiO2同时还有调整熔渣粘度和碱度的作用。
6、CaCO3，Li2CO3具有造气的作用，焊接时产生二氧化碳气体，对熔池进行保护。
7、Al-Mg合金粉具有除氧的作用，焊接时易与氧气结合，从而保护了其他组分。
8、Fe是为了补充剩余质量，使药芯的总质量达到100％。
实施例1
步骤1，按质量百分比分别称取Cr120g，Ni60g，Cu150g，Nb25g，CaF2150g，SiO260g，TiO250g，CaCO370g，Li2CO350g，Al-Mg合金粉70g，Fe195g；
步骤2，将步骤1称取的CaF2，SiO2，TiO2，CaCO3，Li2CO3，AL-Mg粉加入200g水玻璃粘结剂，混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，烧结的温度为550℃，时间为3.5h，碾碎后过筛，筛选粒度80-100目之间的混合粉；
步骤3，将步骤1称得的Cr，Ni，Cu，Nb，铁粉与步骤2制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入在200℃下烘2小时，得到药芯粉末；
步骤4，将304不锈钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将304不锈钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤3得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为23％-25％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.6mm，得到药芯焊丝；
步骤5，最后用拉丝机将步骤4制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
实施例1制备的药芯焊丝的焊接工艺为：采用药芯焊丝电弧焊焊(FCAW)，焊接电流为220A，电压为22V，焊接时无需气体保护。
所得到的焊接接头抗拉强度为890Mpa，屈服极限为823Mpa，断面收缩率为34％，冲击功为77J，性能满足17-4PH不锈钢的使用要求。
实施例2
步骤1，按质量百分比分别称取Cr150g，Ni50g，Cu170g，Nb40g，CaF2160g，SiO250g，TiO260g，CaCO380g，Li2CO370g，AL-Mg粉80g，Fe90g；
步骤2，将步骤1称取的CaF2，SiO2，TiO2，CaCO3，Li2CO3，Al-Mg粉加入200g水玻璃粘结剂，混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，烧结的温度为500℃，时间为4h，碾碎后过筛，筛选粒度80-100目之间的混合粉；
步骤3，将步骤1称得的Cr，Ni，Cu，Nb，铁粉与步骤2制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入在200℃下烘2小时，得到药芯粉末；
步骤4，将304不锈钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将304不锈钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤3得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为23％-25％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.2mm，得到药芯焊丝；
步骤5，最后用拉丝机将步骤4制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
实施例2制备的药芯焊丝的焊接工艺为：采用药芯焊丝电弧焊焊(FCAW)，焊接电流为210A，电压为22V，焊接时无需气体保护。
所得到的焊接接头抗拉强度为856Mpa，屈服极限为790Mpa，断面收缩率为41％，冲击功为70J，性能满足17-4PH不锈钢的使用要求。
实施例3
步骤1，按质量百分比分别称取Cr170g，Ni55g，Cu140g，Nb30g，CaF2170g，SiO270g，TiO240g，CaCO3100g，Li2CO3100g，Al-Mg粉90g，Fe35g；
步骤2，将步骤1称取的CaF2，SiO2，TiO2，CaCO3，Li2CO3，AL-Mg粉加入200g水玻璃粘结剂，混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，烧结的温度为650℃，时间为3h，碾碎后过筛，筛选粒度80-100目之间的混合粉；
步骤3，将步骤1称得的Cr，Ni，Cu，Nb，铁粉与步骤2制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入在200℃下烘2小时，得到药芯粉末；
步骤4，将304不锈钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将304不锈钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤3得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为23％-25％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至2.0mm，得到药芯焊丝；
步骤5，最后用拉丝机将步骤4制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
实施例3制备的药芯焊丝的焊接工艺为：采用药芯焊丝电弧焊焊(FCAW)，焊接电流为230A，电压为22V，焊接时无需气体保护。
所得到的焊接接头抗拉强度为921Mpa，屈服极限为874Mpa，断面收缩率为44％，冲击功为76J，性能满足17-4PH不锈钢的使用要求。
实施例4
步骤1，按质量百分比分别称取Cr200g，Ni40g，Cu130g，Nb35g，CaF2160g，SiO255g，TiO245g，CaCO390g，Li2CO390g，Al-Mg粉100g，Fe55g；
步骤2，将步骤1称取的CaF2，SiO2，TiO2，CaCO3，Li2CO3，AL-Mg粉加入200g水玻璃粘结剂，混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，烧结的温度为550℃，时间为3.75h，碾碎后过筛，筛选粒度80-100目之间的混合粉；
步骤3，将步骤1称得的Cr，Ni，Cu，Nb，铁粉与步骤2制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入在200℃下烘2小时，得到药芯粉末；
步骤4，将304不锈钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将304不锈钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤3得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为23％-25％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.4mm，得到药芯焊丝；
步骤5，最后用拉丝机将步骤4制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
实施例4制备的药芯焊丝的焊接工艺为：采用药芯焊丝电弧焊焊(FCAW)，焊接电流为210A，电压为21V，焊接时无需气体保护。
所得到的焊接接头抗拉强度为872Mpa，屈服极限为809Mpa，断面收缩率为42％，冲击功为81J，性能满足17-4PH不锈钢的使用要求。
实施例5
步骤1，按质量百分比分别称取Cr220g，Ni30g，Cu120g，Nb40g，CaF2150g，SiO265g，TiO255g，CaCO370g，Li2CO380g，Al-Mg粉70g，Fe90g；
步骤2，将步骤1称取的CaF2，SiO2，TiO2，CaCO3，Li2CO3，AL-Mg粉加入200g水玻璃粘结剂，混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，烧结的温度为600℃，时间为4h，碾碎后过筛，筛选粒度80-100目之间的混合粉；
步骤3，将步骤1称得的Cr，Ni，Cu，Nb，铁粉与步骤2制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入在200℃下烘2小时，得到药芯粉末；
步骤4，将304不锈钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将304不锈钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤3得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为23％-25％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.2mm，得到药芯焊丝；
步骤5，最后用拉丝机将步骤4制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
实施例5制备的药芯焊丝的焊接工艺为：采用药芯焊丝电弧焊焊(FCAW)，焊接电流为200A，电压为22V，焊接时无需气体保护。
所得到的焊接接头抗拉强度为914Mpa，屈服极限为859Mpa，断面收缩率为45％，冲击功为78J，性能满足17-4PH不锈钢的使用要求。

Claims (7)

1.一种17-4ph沉淀硬化不锈钢自保护药芯焊丝，其特征在于，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：Cr12％-22％，Ni3％-6％，Cu12％-17％，Nb2.5％-4％，CaF215％-17％，SiO25％-7％，TiO24％-6％，CaCO35％-10％，Li2CO34％-7％，Al-Mg合金粉7％-10％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的17-4ph沉淀硬化不锈钢自保护药芯焊丝，其特征在于，所述外皮材料为304不锈钢钢带。
3.根据权利要求1所述的17-4ph沉淀硬化不锈钢自保护药芯焊丝，其特征在于，该药芯焊丝中药芯的填充率为23％-25％。
4.根据权利要求1所述的17-4ph沉淀硬化不锈钢自保护药芯焊丝，其特征在于，该药芯焊丝的直径为1.2-2.0mm。
5.一种17-4ph沉淀硬化不锈钢自保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，按质量百分比分别称取Cr12％-22％，Ni3％-6％，Cu12％-17％，Nb2.5％-4％，CaF215％-17％，SiO25％-7％，TiO24％-6％，CaCO35％-10％，Li2CO34％-7％，Al-Mg合金粉7％-10％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的CaF2，SiO2，TiO2，CaCO3，Li2CO3，Al-Mg合金粉加入水玻璃粘结剂，混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，碾碎后过筛，筛选粒度80-100目的混合粉；
步骤3，将步骤1称得的Cr，Ni，Cu，Nb，铁粉与步骤2制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入在200℃下烘2小时，得到药芯粉末；
步骤4，将304不锈钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将304不锈钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤3得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为23％-25％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.2mm-2.0mm，得到药芯焊丝；
步骤5，最后用拉丝机将步骤4制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
6.根据权利要求5所述的17-4ph沉淀硬化不锈钢自保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤2中水玻璃粘结剂的添加量为粉体总重量的20％。
7.根据权利要求5或6所述的17-4ph沉淀硬化不锈钢自保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤2中烧结的温度为500-650℃，时间为3-4h。
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