CN104889609B

CN104889609B - 一种奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝

Info

Publication number: CN104889609B
Application number: CN201510366004.6A
Authority: CN
Inventors: 冯纪东; 李国立; 李晓婧; 余培; 王文峰; 陈�光; 刘浩; 李宗骧
Original assignee: Zhengzhou Huawei Welding Industry Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Huawei Welding Industry Co Ltd
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2035-06-26
Also published as: CN104889609A

Abstract

本发明涉及奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝，可有效解决奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝的问题，方法是，采用304低碳不锈钢带包覆药芯粉制成，药芯粉占焊丝总质量的20%~26%，所述的药芯是由重量百分比计的：钢渣18%~25%、萤石12%~20%、金红石4%~10%、冰晶石1%~3%、铝镁合金1%~3%、铬粉22%~26%、电解锰5%~10%、镍粉6%~10%、钛粉0.4%‑1.0%、铌粉0.3%‑0.6%、锆英砂1%~5%、钾长石1%~4%、稳弧剂1%~5%和余量为铁粉，球磨，混合均匀制成；本发明制备方法简单，原材料丰富，成本低，使用效果好，废物利用，减少环境污染，经济和社会效益巨大。

Description

一种奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝

技术领域

本发明涉及焊丝，特别是一种奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝。

背景技术

不锈钢以其优良的耐腐蚀性能得到了广泛应用。根据显微组织不同，不锈钢可分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀析出强化不锈钢。其中奥氏体不锈钢的应用最为广泛，最为典型的奥氏体不锈钢18wt％Cr和8wt％Ni的不锈钢。焊接是生产不锈钢产品的重要加工方法。

药芯焊丝是今年来迅速发展的一种新型焊接材料，是目前焊接材料中技术含量最高的产品。目前国内药芯焊丝品种主要分为酸性药芯焊丝和碱性药性焊丝。市场上销售的不锈钢药芯焊丝大多数为酸性。和酸性药芯焊丝相比，碱性焊接材料具有低氢、高韧性、高抗裂性和优异的力学性能等优点，因此重要零件的焊接一般首选碱性焊材。但是碱性药芯焊丝在全位置焊接时，易造成焊道熔融下坠，仅适合平焊位置焊接。

现有碱性药芯焊丝用药芯粉都是由矿物粉和合金粉组成，其中的矿物粉要加入大理石，氧化镁等碱性物质。该类药芯焊丝有许多缺点：如，熔滴呈粗颗粒过渡，不能实现准喷射过渡，施焊过程中飞溅大；当氧化镁加入过多会使焊缝变窄和焊道通常呈凸型。并且由于渣的流动性太大，而不易实现全位置焊接。实际生产中为了保证焊接质量，通常会减少大理石加入量，但这样将同时降低渣的碱性，使焊缝抗裂性差。上述弱点严重影响了碱性药芯焊丝发展和应用。

钢渣是一种工业固体废物。炼钢排出的渣，依炉型分为转炉渣、平炉渣、电炉渣。排出量约为粗钢产量的15%-20%。目前钢渣的利用率仅约10%，大部分钢渣作为废物抛弃，占用土地，污染环境，能否合理利用钢渣将关系到我国钢铁工业的健康发展。钢渣主要由CaO、SiO₂、MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃、MnO等氧化物及其复合化合物组成，其熔点相对纯大理石（主要成分为CaCO₃）、氧化镁等氧化物的熔点更低。中国专利申请201210101538.2公开了“一种以高钛渣为药粉主要原料制备的药芯焊丝”，该项发明仍属于酸性药芯范畴，以高钛渣取代钛型药芯焊丝中的金红石，达到降低药芯焊丝生产成本的目的。奥氏体不锈钢焊丝在焊接时易产生脱碳和敏化，从而降低其耐腐蚀性能。因此以钢渣做为一种药芯焊丝的主要组分，研究开发一种飞溅小、烟尘少、焊缝成型好、易于脱渣、耐腐蚀性强的奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝成为希望解决的技术问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝，可有效解决奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝的问题。

本发明解决技术方案是，本发明碱性药芯焊丝是采用304低碳不锈钢带包覆药芯粉制成，药芯粉占焊丝总质量的20%~26%，所述的药芯是由重量百分比计的：钢渣18%~25%、萤石12%~20%、金红石4%~10%、冰晶石1%~3%、铝镁合金1%~3%、铬粉22%~26%、电解锰5%~10%、镍粉6%~10%、钛粉0.4%-1.0%、铌粉0.3%-0.6%、锆英砂1%~5%、钾长石1%~4%、稳弧剂1%~5%和余量为铁粉，球磨，混合均匀制成；

所述的钢渣是炼钢排出的渣，是工业废弃物，其成分包括有SiO₂ 1.5%~3.0%、Al₂O₃44%~46.5%、MgO 7%~10%、CaO 42%~45%、FeO 0.5%~1.5%、MnO 1.0%~1.5%、S≤0.03%和P₂O₅≤0.06%；

所述的稳弧剂是由重量百分比计的K₂O 32%和TiO₂68%混合均匀组成；

所述萤石成分为CaF₂≥96%，S、P：≤0.01%，余量为杂质；

所述金红石成分为TiO₂：≥96%，S、P：<0.03%，余量为杂质；

所述冰晶石为工业一级；

所述铝镁合金粉中含Al为49.66%，，活性金属Al+Mg>98%；

所述铬粉纯度为Cr>99.5%

所述电解锰粉纯度为Mn>99.5%；

所述镍粉纯度为Ni：≥99.5%；

所述钛粉纯度为Ti≥97%；

所述铌粉纯度为Nb≥97%

所述的药芯粉末颗粒的粒度为70目筛通过率100%，大于180目筛通过率<20%；

所述的钢带厚度为0.25-0.40mm，宽度为8-10 mm的304L不锈钢钢带，材质化学成分为：C:≤0.03%,Si:0.3-0.6%,Mn:0.8-1.5%,Cr:18-20%,Ni:8-11%,S,P:≤0.02%；抗拉强度：>520MPa，伸长率>40%。

所述的焊丝直径为φ1.2-1.6 mm；

所述药芯焊丝使用过程中采用CO₂气体保护，CO₂气体纯度为>99.5%。

所述的药芯焊丝在CO₂气体保护下，在抗拉强度为550MPa级奥氏体不锈钢的焊接中的应用。

本发明制备方法简单，原材料丰富，成本低，使用效果好，废物利用，减少环境污染，经济和社会效益巨大。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体实施方式作详细说明。

本发明在具体实施中，可由以下实施例给出。

实施例1

本发明奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝在具体实施中，该药芯焊丝是由低碳不锈钢带和药芯构成，首先选用宽度为10mm，厚度为0.25mm的304低碳不锈钢带，通过成型机压制成U型；然后将药芯填充到U型槽中，药芯占药芯焊丝质量的26%；再将U型槽开口处合口形成O型，从而使药芯包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，得到Ф1.2mm的焊丝，即本发明的奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝；

所述的药芯是由重量百分比计的：钢渣19%、萤石12%、金红石7%、冰晶石3%、铝镁合金2%、电解锰粉6%、镍粉7%、铬粉25%、钛粉0.5%、铌粉0.4%、锆英砂5%、钾长石2%、稳弧剂3%和余量为铁粉，粉碎，混合均匀组成。

实施例2

本发明奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝在具体实施中，该药芯焊丝是由低碳不锈钢带和药芯构成，首先选用宽度为9mm，厚度为0.3mm的304低碳不锈钢带，通过成型机压制成U型；然后将药芯填充到U型槽中，药芯占药芯焊丝质量的25%；再将U型槽开口处合口形成O型，从而使药芯包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，得到Ф1.6mm的焊丝，即本发明的奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝；

所述的药芯是由重量百分比计的：钢渣20%、萤石18%、金红石5%、冰晶石2%、铝镁合金2%、电解锰粉5%、镍粉8%、铬粉23%、钛粉0.7%、铌粉0.6%、锆英砂3%、钾长石2%、稳弧剂4%和余量为铁粉，粉碎，混合均匀组成。

实施例3

本发明奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝在具体实施中，该药芯焊丝是由低碳不锈钢带和药芯构成，首先选用宽度为10mm，厚度为0.25mm的304低碳不锈钢带，通过成型机压制成U型；然后将药芯填充到U型槽中，药芯占药芯焊丝质量的24%；再将U型槽开口处合口形成O型，从而使药芯包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，得到Ф1.4mm的焊丝，即本发明的奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝；

所述的药芯是由重量百分比计的：钢渣23%、萤石13%、金红石8%、冰晶石3%、铝镁合金2%、电解锰粉8%、镍粉8%、铬粉23%、钛粉0.8%、铌粉0.3%、锆英砂2%、钾长石1%、稳弧剂2.5%和余量为铁粉，粉碎，混合均匀组成。

实施例4

本发明奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝在具体实施中，该药芯焊丝是由低碳不锈钢带和药芯构成，首先选用宽度为9mm，厚度为0.3mm的304低碳不锈钢带，通过成型机压制成U型；然后将药芯填充到U型槽中，药芯占药芯焊丝质量的22%；再将U型槽开口处合口形成O型，从而使药芯包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，得到Ф1.2mm的焊丝，即本发明的奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝；

所述的药芯是由重量百分比计的：钢渣25%、萤石12%、金红石5%、冰晶石2%、铝镁合金1%、电解锰粉6%、镍粉9%、铬粉24%、钛粉0.4%、铌粉0.6%、锆英砂4%、钾长石2%、稳弧剂1.5%和余量为铁粉，粉碎，混合均匀组成。

实施例5

本发明奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝在具体实施中，该药芯焊丝是由低碳不锈钢带和药芯构成，首先选用宽度为9mm，厚度为0.4mm的304低碳不锈钢带，通过成型机压制成U型；然后将药芯填充到U型槽中，药芯占药芯焊丝质量的21%；再将U型槽开口处合口形成O型，从而使药芯包裹其中，经拉丝机逐道拉拔、减径，得到Ф1.4mm的焊丝，即本发明的奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝；

所述的药芯是由重量百分比计的：钢渣21%、萤石12%、金红石10%、冰晶石2%、铝镁合金1.5%、电解锰粉7%、镍粉10%、铬粉22%、钛粉0.9%、铌粉0.3%、锆英砂2%、钾长石2%、稳弧剂1%和余量为铁粉，粉碎，混合均匀组成。

本发明碱性药芯焊丝在CO₂气体保护下，有效用于结构钢焊接，CO₂的纯度＞99.5%。

本发明所述药芯为粉状，其粒度为过70目筛通过率100%，大于180目筛通过率＜20%。

要指出的是，本发明的创新核心在于给出了药芯的组合物，以及药芯与低碳不锈钢带的质量比，而且本发明上述给出的实施例只是用于说明本发明的具体实施方式，而不是用于限制本发明的保护范围，凡是对本领域熟练的技术人员来说，只要不离开本发明的技术特征范围可作各种变化或修正，其本质与本发明的技术方案相同，均属于本发明的保护范围。

本发明经实际应用的测试，取得了非常好的有益技术效果，有关资料如下：

在实验中，设市售药芯焊丝的对比例，

药芯配料组成为：25%的TiO₂，0.6%的CaCO₃、3.4%的MgO，1.5%的冰晶石，2%的铝镁合金，6%的电解锰粉，6%的镍粉，25%的铬粉，0.4%的钛粉，0.5%的铌粉，3.5%的锆英砂，1.5%的钾长石，2%的稳弧剂，余量为铁粉，稳弧剂32%K₂O+68%TiO₂，选用304低碳不锈钢带作为本对比例药芯焊丝外皮，最后得到Ф1.2mm的焊丝，使用时，在常规方法使用。

随机选取本发明实施例作为实验组，对比例中的不锈钢焊接用碱性药芯焊丝，在CO₂气体(CO₂气体纯度为：CO₂>99.5%，H₂O<0.3%)保护下焊接304不锈钢，焊接电流为180-260A，焊接电压为25~35V，焊接速度为0.4m/min，气体流量为20L/min。按GB/T 25776―2010《焊接材料焊接工艺性能评定方法》对不锈钢药芯焊丝的焊接工艺性能(焊缝成形、电弧稳定性、焊缝脱渣性、焊接飞溅率等)进行评价，结果如表1所示。

性能

电弧稳定性

焊缝成形

脱渣率

飞溅

发尘量g/min

焊缝是否存在气孔

实施例1

稳定

优

100%

优

1.7348

否

实施例2

稳定

优

100%

优

1.8642

否

实施例3

稳定

优

100%

优

1.7866

否

实施例4

稳定

优

100%

优

1.7237

否

实施例5

稳定

优

100%

优

1.7658

否

对比例

稳定

良

99%

良

2.4358

否

焊道外观的评价以目视进行，确认焊道是否蛇行，焊道形状是否呈现凸状，是否形成背面焊道(烧穿)。当不存在蛇行、凸状及背面焊道时，评价为优；形成不被视为问题程度的余高高度低于2.3mm凸状时，评价为良；蛇行、余高高度为2.3mm以上凸状、背面焊道出现的任一种存在时，评价为不良。

飞溅量<0.50g/min为优；0.50g/min<飞溅量<1.00g/min为良；飞溅量>1.00g/min时，为不良。从表1中可以看出，本发明产品焊接质量明显优于对比例，而且焊丝的熔覆速度明显提高，和对比例相比，本发明焊丝的熔覆速度提高的百分比，如表2所示。

表2

实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
					15%	19%	24%	22%	16%

本发明实施例1-5和对比例药芯焊丝进行熔敷，并按国家GB/T228-2008标准测定熔覆金属的力学性能，其结果如表3。

本发明实施例1-5和对比例药芯焊丝按GB/T4334-2008进行晶间腐蚀实验，其结果如表4所示。

表4 晶间腐蚀评价级别

实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	对比例
						一类	一类	一类	一类	一类	二类
阶梯组织	阶梯组织	阶梯组织	阶梯组织	阶梯组织	混合组织

阶梯组织特征：晶界无腐蚀沟。混合组织特征：晶界出现腐蚀沟，但一个晶粒未被腐蚀沟包围。

从上述实验资料可以看出，本发明的不锈钢焊接用碱性药芯焊丝不仅具有优良的焊接工艺性能，而且其力学性能和抗晶界腐蚀能力都有了显著提高，能更好地应用在工业生产中，而且经实际应用，可节约成本30-50%，工作效率可提高40%以上，实现废物利用，节约资源，减少环境污染，经济和社会效益巨大。

Claims

1.一种奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝，该碱性药芯焊丝是采用304低碳不锈钢带包覆药芯粉制成，其特征在于，药芯粉占焊丝总质量的20%~26%，所述的药芯是由重量百分比计的：钢渣18%~25%、萤石12%~20%、金红石4%~10%、冰晶石1%~3%、铝镁合金1%~3%、铬粉22%~26%、电解锰粉5%~10%、镍粉6%~10%、钛粉0.4%-1.0%、铌粉0.3%-0.6%、锆英砂1%~5%、钾长石1%~4%、稳弧剂1%~5%和余量为铁粉，球磨，混合均匀制成；

所述的钢渣是炼钢排出的渣，是工业废弃物，其成分包括有SiO₂ 1.5%~3.0%、Al₂O₃ 44%~46.5%、MgO 7%~10%、CaO 42%~45%、FeO 0.5%~1.5%、MnO 1.0%~1.5%、S≤0.03%和P₂O₅≤0.06%；

所述的稳弧剂是由重量百分比计的K₂O 32%和TiO₂ 68%混合均匀组成；

所述的药芯粉末颗粒的粒度为70目筛通过率100%，大于180目筛通过率<20%。

2.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝，其特征在于，所述的焊丝直径为φ1.2-φ1.6 mm。

3.权利要求1所述的奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝在CO₂气体保护下在不锈钢焊接中的应用，CO₂的纯度＞99.5%。

4.权利要求1所述的奥氏体不锈钢焊接用碱性药芯焊丝在抗拉强度为550MPa级奥氏体钢不锈钢焊接中的应用。