CN104741825A - 一种低合金超高强度钢用药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低合金超高强度钢用药芯焊丝，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：铬5-9％，锰5-10％，硅铁12-17％，钒0.5-1.5％，其余为铁。本发明还公开了其制备方法：将药芯材料混合后烘干，添加到低碳钢钢带轧制成U型槽中碾压闭合、拉拔、拉直，盘成圆盘，密封包装即可。本发明药芯焊丝，能够得到的焊接接头具有优良的韧性与强度，实现低合金超高强度钢的焊接；具有很好的焊接工艺性，焊接飞溅少，焊接烟尘少，焊接过程中无夹渣问题；焊缝表面光洁平整，焊后无需清理，可连续施焊，有效提高了焊接生产效率；工艺简单，操作方便，适合批量化生产。

Description

一种低合金超高强度钢用药芯焊丝及其制备方法
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种低合金超高强度钢用药芯焊丝，本发明还涉及该药芯焊丝的制备方法。
背景技术
低合金超高强度结构钢用量占超高强度钢的主要部分，据估计，目前世界的产量为8000万吨，约占钢总产量的十分之一。低合金超高强度钢的迅速发展离不开两个因素：一是Nb和V的价格比较合理，所以用低合金钢种来取代较高合金的钢种有了良好的经济基础；二是通过对强韧化机制的大量研究，使设计优良超高强度钢有了良好的理论基础。目前低合金超高强度钢广泛应用于火箭发动机壳体、防弹钢板、飞机起落架等对材料的性能有非常特殊要求的领域。
现有技术条件下，焊接低合金超高强度钢时采用实心焊丝作为焊材，焊接方法是MAG焊接。实心焊丝的制造周期长，生产成本高。此外，实心焊丝相比较与药芯焊丝而言，需要的焊接电流较大，熔敷的速率也不够快。
发明内容
本发明的目的是提供一种低合金超高强度钢用药芯焊丝，解决了实心焊丝制造周期长、成本高及焊接电流大的问题。
本发明的另一个目的是提供一种低合金超高强度钢用药芯焊丝的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种低合金超高强度钢用药芯焊丝，由外皮和药芯组成，药芯为金属粉体，按质量百分比由以下组分组成：金属铬粉5％-9％，金属锰粉5％-10％，硅铁12％-17％，钒粉0.5％-1.5％，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：
外皮材料为低碳钢钢带，其中杂质元素(w％)P≤0.009％，S≤0.008％。
该药芯焊丝中药芯的填充率(质量比)为27％-30％。
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，一种低合金超高强度钢用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金属铬粉5％-9％，金属锰粉5％-10％，硅铁12％-17％，钒粉0.5％-1.5％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的材料混合均匀，然后放置在烘干炉中烘干，烘干的温度为200-300℃，时间为2-2.5h，得到药芯粉末；
步骤3，将低碳钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将低碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤2得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为27％-30％，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4，最后用拉丝机将步骤3制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
本发明的有益效果是，
1.本发明低合金超高强度钢用药芯焊丝，能够得到的焊接接头具有优良的韧性与强度，实现低合金超高强度钢的焊接。
2.本发明低合金超高强度钢用药芯焊丝，具有很好的焊接工艺性，焊接飞溅少，焊接烟尘少，焊接过程中无夹渣问题。
3.本发明低合金超高强度钢用药芯焊丝，焊缝表面光洁平整，焊后无需清理，可连续施焊，有效提高了焊接生产效率。适合于自动焊接设备，具有较高的生产效率。
4.本发明低合金超高强度钢用药芯焊丝的制备方法，工艺简单，操作方便，适合批量化生产。
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。
本发明低合金超高强度钢用药芯焊丝，由外皮和药芯组成，药芯为金属粉体，按质量百分比由以下组分组成：金属铬粉5％-9％，金属锰粉5％-10％，硅铁12％-17％，钒粉0.5％-1.5％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％。外皮材料为低碳钢钢带，其中杂质元素(w％)P≤0.009％，S≤0.008％。
该药芯焊丝中药芯的填充率(质量比)为27％-30％。
该药芯焊丝的直径为1.2-2.0mm。
上述低合金超高强度钢用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金属铬粉5％-9％，金属锰粉5％-10％，硅铁12％-17％，钒粉0.5％-1.5％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的材料混合均匀，然后放置在烘干炉中烘干，烘干的温度为200-300℃，时间为2-2.5h，得到药芯粉末；
步骤3，将低碳钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将低碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤2得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为27％-30％，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4，最后用拉丝机将步骤3制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
本发明低合金超高强度钢用药芯焊丝，适用于熔化极气体保护焊(GMAW)，焊前需将焊件预热100-150℃，预热时间1h，焊接电流为180-240A，电压为20-25V，保护气体为CO2，Ar，或Ar20％-CO280％混合气体，气体流速为15-20L/min。
药芯中各组分的作用：
1.金属铬粉，硅铁具有铁素体化的作用，使焊缝金属有生成铁素体的趋势，金属锰粉具有奥氏体化的作用，使焊缝金属有生成奥氏体的趋势，三者配合使用，可使焊缝金属最终转变成马氏体。
2.硅铁还具有一定的脱氧作用，可净化焊缝金属。
3.硅铁和钒粉具有固溶强化的作用，用来提高焊缝的强度。
4.铁粉用了补充剩余重量，使粉芯的总重量达到100％。
实施例1
步骤1，分别称金属铬粉7g，金属锰粉5g，硅铁14g，钒粉1g，铁73g；
步骤2，将步骤1称取的粉体混合均匀，然后放置在烘干炉中烘干，烘干的温度为200℃，时间为2h，得到药芯粉末；
步骤3，将低碳钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将低碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤2得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为27％，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4，最后用拉丝机将步骤3制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
用实施例1制备的药芯焊丝，采用熔化极气体保护焊(GMAW)，焊前需将焊件预热100-150℃，预热时间1h，焊接电流为180-200A，电压为22V，保护气体为CO2，气体流速为15L/min。焊接接头抗拉强度为871Mpa，屈服极限为720Mpa，冲击功为71J。性能符合低合金超高强度钢的使用要求。
实施例2
步骤1，分别称取金属铬粉9g，金属锰粉10g，硅铁17g，钒粉1.5g，铁62.5g；
步骤2，将步骤1称取的粉体混合均匀，然后放置在烘干炉中烘干，烘干的温度为250℃，时间为2.5h，得到药芯粉末；
步骤3，将低碳钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将低碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤2得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为27％，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4，最后用拉丝机将步骤3制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
用实施例2制备的药芯焊丝，采用熔化极气体保护焊(GMAW)，焊前需将焊件预热100-150℃，预热时间1h，焊接电流为190-200A，电压为22V，保护气体为CO2，气体流速为15L/min。焊接接头抗拉强度为862Mpa，屈服极限为612Mpa，冲击功为76J。性能符合低合金超高强度钢的使用要求。
实施例3
步骤1，分别称取金属铬粉8g，金属锰粉8g，硅铁16g，钒粉1g，铁67g；
步骤2，将步骤1称取的材料混合均匀，然后放置在烘干炉中烘干，烘干的温度为300℃，时间为2.2h，得到药芯粉末；
步骤3，将低碳钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将低碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤2得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为28％，再通过成型机将U型槽碾压闭合，并将其拉拔至16mm，得到药芯焊丝；
步骤4，最后用拉丝机将步骤3制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
用实施例3制备的药芯焊丝，采用熔化极气体保护焊(GMAW)，焊前需将焊件预热100-150℃，预热时间1h，焊接电流为200-220A，电压为23V，保护气体为CO2，气体流速为17L/min。焊接接头抗拉强度为886Mpa，屈服极限为674Mpa，冲击功为68J。性能符合低合金超高强度钢的使用要求。
实施例4
步骤1，分别称取金属铬粉6g，，金属锰粉7g，硅铁12g，钒粉1g，铁74g；
步骤2，将步骤1称取的材料混合均匀，然后放置在烘干炉中烘干，烘干的温度为280℃，时间为2.3h，得到药芯粉末；
步骤3，将低碳钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将低碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤2得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为29％，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4，最后用拉丝机将步骤3制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
用实施例4制备的药芯焊丝，采用熔化极气体保护焊(GMAW)，焊前需将焊件预热100-150℃，预热时间1h，焊接电流为220-240A，电压为25V，保护气体为CO2，气体流速为20L/min。焊接接头抗拉强度为926Mpa，屈服极限为730Mpa，冲击功为76J。性能符合低合金超高强度钢的使用要求。
实施例5
步骤1，分别称取金属铬粉5g，金属锰粉9g，硅铁15g，钒粉0.5g，铁70.5g；
步骤2，将步骤1称取的材料混合均匀，然后放置在烘干炉中烘干，烘干的温度为300℃，时间为2.5h，得到药芯粉末；
步骤3，将低碳钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将低碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤2得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为30％，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4，最后用拉丝机将步骤3制备的药芯焊丝拉直，盘成圆盘，密封包装即可。
用实施例5制备的药芯焊丝，采用熔化极气体保护焊(GMAW)，焊前需将焊件预热100-150℃，预热时间1h，焊接电流为200-220A，电压为23V，保护气体为氩气，气体流速为17L/min。焊接接头抗拉强度为875Mpa，屈服极限为620Mpa，冲击功为86J。性能符合低合金超高强度钢的使用要求。

Claims (5)

1.一种低合金超高强度钢用药芯焊丝，其特征在于，由外皮和药芯组成，药芯为金属粉体，按质量百分比由以下组分组成：金属铬粉5％-9％，金属锰粉5％-10％，硅铁12％-17％，钒粉0.5％-1.5％，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所述的低合金超高强度钢用药芯焊丝，其特征在于，外皮材料为低碳钢钢带，其中杂质元素(w％)P≤0.009％，S≤0.008％。
3.根据权利要求1所述的低合金超高强度钢用药芯焊丝，其特征在于，该药芯焊丝中药芯的填充率(质量比)为27％-30％。
4.根据权利要求1所述的低合金超高强度钢用药芯焊丝，其特征在于，该药芯焊丝的直径为1.2-2.0mm。
5.一种低合金超高强度钢用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金属铬粉5％-9％，金属锰粉5％-10％，硅铁12％-17％，钒粉0.5％-1.5％，其余为铁，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的材料混合均匀，然后放置在烘干炉中烘干，烘干的温度为200-300℃，时间为2-2.5h，得到药芯粉末；
步骤3，将低碳钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将低碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加步骤2得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率为27％-30％，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；
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