CN104999193A - 一种铁基药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

一种铁基药芯焊丝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁基药芯焊丝及其制备方法。所述药芯包括2.5％-5％的硅铁、5％-7％的锰粉、0.8％-2％的铬粉、5％-15％的镍粉、0.5％-1.2％的钼粉，用量为铁粉；所述的百分比为质量百分比。本发明能够减小该钢焊接接头热影响区的脆性马氏体组织比重，增加焊缝韧性储备，用于31Si2MnCrMoVE钢焊接，避免了焊接冷裂纹。本发明具有很好的焊接工艺性，焊接过程中无夹渣问题，并且焊缝表面光洁平整，焊后无需清理，焊接熔敷率高，相比实芯焊丝，生产效率提高了1.2～1.5倍。所述焊丝的制备工艺简单、操作方便，适合批量化生产。

Description

一种铁基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31Si2MnCrMoVE钢焊接用铁基药芯焊丝及其制备方法。
背景技术
31Si2MnCrMoVE钢属于超高强度钢，具有抗拉强度高、韧性大、屈强比(s/b)高、比强度(强度与密度之比)大和成形性等优良性能，在国防工业及航空航天设备中的应用日趋广泛。尤其是专门用于固体火箭发动机壳体的超高强度钢，其合金元素的含量小于5％，是一种低合金超高强度钢。
31Si2MnCrMoVE钢为我国自主研制的中碳调质钢，该钢含碳量高，合金元素种类多，淬硬倾向大，可焊性比较差，焊后容易产生裂纹倾向较大的脆性马氏体组织，冷裂纹倾向严重。目前国内对于31Si2MnCrMoVE钢的焊接一般选用H10SiMnCrNiMoV焊丝及ER50-6焊丝两种实芯焊丝进行焊接，但在实际生产中，焊接接头热影响区处时常出现冷裂纹缺陷，导致接头失效，造成产品报废。
在申请号为200710134162.4的发明中公开了一种铁基药芯焊丝，药粉按质量百分比由以下组分组成：碳粉0.05％～0.30％，硅粉3.0％～6.0％，锰粉6.0％～12.0％，硫粉0.02％～0.10％，铝粉0.3％～1.5％和余量铁粉，满足[ln(Al×100)]/S值的范围在50～90。该铁基药芯焊丝采用Al作为脱氧剂，焊接过程飞溅较大。
在申请号为201210337473.1的发明中公开了一种二氧化碳气体保护焊用含Ti型金属药芯焊丝，该药芯焊丝由钢带外皮和金属药芯粉末组成，金属药芯粉末重量占焊丝总重量10％～30％；以金属药芯粉末的总重量百分比计，金属药芯粉末的组分及重量百分比为：氟化物0.1～5.0％，C0.01～0.20％，Mn10～18％，Si3～8％，Zr0.01～1.5％，Ti0.1～5.0％和余量Fe。该药芯焊丝利用氟化物作为造渣剂，使焊接时产生焊渣。
申请号201210161944.8一种含钛或铌奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝，由药粉和外用不锈钢带组成，其中药芯占焊丝总重量的21.0～25.0％，药芯中各组分占药芯的重量百分比为：铬粉15.0～18.0％，镍粉9.5～11.0％，铌铁4.0～5.0％，电解锰4.0～6.0％，硅钙合金粉1.0～3.0％，金红石10.0～15.0％，石英3.5～5.0％，锆英砂15.0～20.0％，长石6.0～11.0％，冰晶石1.5～2.5％，碳酸锂0.5～1.0％，氧化铋0.5～0.8％，铁粉余量。药芯中二氧化钛与二氧化锆的含量之和与二氧化硅的含量之间的比例为1.5～2.0；锰粉与硅钙合金粉的含量之比为2.0～3.0；外用钢带为含碳量低于0.02wt％的奥氏体不锈钢带304L，药芯焊丝的直径为0.9mm～1.2mm。采用该药芯焊丝可实现含钛或铌的奥氏体不锈钢的全位置焊接，焊丝具有良好的焊接工艺性能。该药芯焊丝焊接时产生焊渣,焊接效率低，不利于连续施焊。
发明内容
为克服现有技术中存在的焊接工艺性差、焊接效率低，并且不利于连续施焊的不足，本发明提出了一种铁基药芯焊丝。
本发明所述铁基药芯焊丝由2.5％～5％的硅铁、5％～7％的锰粉、0.8％～2％的铬粉、5％～15％的镍粉、0.5％～1.2％的钼粉和69.8％～86.2％的铁粉组成。所述的百分比均为质量百分比。
本发明提出的制备所述铁基药芯焊丝的具体过程是：
步骤1，称量物料。按比例称量2.5％～5％的硅铁、5％～7％的锰粉、0.8％～2％的铬粉、5％～15％的镍粉、0.5％～1.2％的钼粉和69.8％～86.2％的铁粉，所述的百分比为质量百分比。
步骤2，制备药芯粉末。将称取的粉体混合均匀后，放置在烘干炉中烘干，烘干的温度为200～300℃，烘干时间为2.0～2.5h，得到药芯粉末；
步骤3，制备药芯焊丝。将低碳钢钢带轧制成U形槽。向所述U型槽中加入得到的药芯粉末。所述药芯粉末的填充率为27～30％。将所述U型槽碾压闭合，并拉拔至直径为1.2～2.0mm的丝，得到半成品的药芯焊丝。
步骤4，盘丝。用拉丝机将得到的半成品的药芯焊丝拉直后盘成圆盘，得到药芯焊丝。
本发明的目的是提供一种31Si2MnCrMoVE钢焊接用药芯焊丝及其制备方法，焊接接头具有优良的韧性与强度。
本发明所采取的技术方案的特点在于：
外皮材料为低碳钢钢带，其中杂质元素的重量百分比：P≤0.009％，S≤0.008％。
该药芯焊丝中药芯的填充率即药芯占焊丝的重量百分比为25％-35％。
该药芯焊丝的直径为1.2～2.0mm。
与现有技术比较，本发明的有益效果在于：
1.本发明中使用的硅铁，锰粉首先具有脱氧的作用，可净化焊缝金属。其次硅铁中的硅和锰粉中的锰都具有固溶强化的作用，可提高焊缝的强度。铬粉，钼粉，能够提高焊缝金属的热强性，使焊缝在高温下具有较高的强度。镍粉可细化晶粒，保证焊缝具有一定的韧性。
2.由于焊接时电流集中在焊丝表层，电流密度大，因而可采用较小的焊接热输入进行焊接，减小该钢焊接接头热影响区的脆性马氏体组织比重，如图1所示，本发明焊丝能增加焊缝韧性储备，避免31Si2MnCrMoVE钢焊接冷裂纹的产生。
3.本发明中不含造渣、造气组分。本发明中实施例1～5与背景技术中列出的三种焊丝的飞溅率、发尘量及夹渣情况的对比见表1所示。飞溅率和烟尘量以飞溅量和烟尘量相对于焊接时消耗掉的焊丝的比重计算，试验方法参考机械行业标准JB/T8423-1996中焊材工艺性测试方法。由表中数据可以看出，相比其它焊丝，本发明更具有良好的焊接工艺性。
表1各焊丝工艺性指标对比表
焊丝 飞溅率/％ 发尘量/g·kg-1 夹渣情况
专利200710134162.4 1.15～1.30 6～8 无夹渣
专利201210337473.1 0.64～0.91 7～10 轻微夹渣
专利201210161944.8 0.55～0.82 6～9 轻微夹渣
实施例1 0.6 5.5 无夹渣
实施例2 0.7 4.8 无夹渣
实施例3 0.4 6.2 无夹渣
实施例4 0.6 5.0 无夹渣
实施例5 0.4 5.0 无夹渣
4.使用本发明的焊缝表面光洁平整，焊后无需清理，可连续施焊，用其进行31Si2MnCrMoVE钢的焊接电流密度大，焊丝熔敷速率高，相比实芯焊丝，生产效率可提高1.2～1.5倍。
5.本发明能够在较低的电流下获得较快的熔敷速率，用其代替原有实芯焊丝，能有效减少焊接热输入量，同时通过在药芯焊丝中降低碳含量、增加镍含量，可减小焊接接头热影响区的脆性马氏体组织比重，增加焊缝韧性储备，避免31Si2MnCrMoVE钢焊接冷裂纹的产生。
附图说明
图1是现有技术中的焊丝与本发明焊丝对焊缝热影响区的比较示意图，其中1a是ER50-6实心焊丝热影响区；1b是本发明药芯焊丝热影响区。
图2是本发明的流程图。
具体实施方式
实施例1
本实施例是一种铁基药芯焊丝及其制备方法。
所述铁基药芯焊丝由2.5％～5％的硅铁、5％～7％的锰粉、0.8％～2％的铬粉、5％～15％的镍粉、0.5％～1.2％的钼粉和69.8％～86.2％的铁粉组成。本实施例中，硅铁的含量为5％、锰粉的含量为7％、铬粉的含量为2％、镍粉的含量为15％、钼粉的含量为1.2％、铁粉的含量为69.8％。所述的百分比均为质量百分比。
本实施例提出的制备所述铁基药芯焊丝的具体过程是：
步骤1，称量物料。按比例称量5％的硅铁、7％的锰粉、2％的铬粉、15％的镍粉、1.2％的钼粉和69.8％的铁粉，所述的百分比为质量百分比。
步骤2，制备药芯粉末。将称取的粉体混合均匀后，放置在烘干炉中烘干，烘干的温度为200℃，烘干时间为2h，保证药粉中的自由水和结合水全部挥发掉，得到药芯粉末。
步骤3，制备药芯焊丝。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形槽。向所述U型槽中加入得到的药芯粉末。所述药芯粉末的填充率为27％，即填充的药芯粉末重量占药芯焊丝总重量的27％。通过成型机将所述U型槽碾压闭合，并将其拉拔至直径为1.2mm的丝，得到半成品的药芯焊丝；所制得的药芯焊丝截面为“О”形。
步骤4，盘丝。用拉丝机将得到的半成品的药芯焊丝拉直后盘成圆盘，得到药芯焊丝。
使用实施例1制备的药芯焊丝时，采用熔化极气体保护焊，焊前需将焊件预热至110℃，预热时间1h，焊接电流为220A，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31Si2MnCrMoVE钢的使用要求。
实施例2
本实施例提出的铁基药芯焊丝由3％的硅铁、6％的锰粉、1.5％的铬粉、10％的镍粉、1％的钼粉和78.5％的铁粉组成，所述的百分比为质量百分比。
本实施例提出的制备所述铁基药芯焊丝的具体过程是：
步骤1，称量物料。按比例称量3％的硅铁、6％的锰粉、1.5％的铬粉、10％的镍粉、1％的钼粉和78.5％的铁粉，所述的百分比为质量百分比。
步骤2，制备药芯粉末。将称取的粉体混合均匀后，放置在烘干炉中烘干，烘干的温度为250℃，烘干时间为2.5h，保证药粉中的自由水和结合水全部挥发掉，得到药芯粉末。
步骤3，制备药芯焊丝。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形槽。向所述U型槽中加入得到的药芯粉末。所述药芯粉末的填充率为27％，即填充的药芯粉末重量占药芯焊丝总重量的27％。通过成型机将所述U型槽碾压闭合，并将其拉拔至直径为1.4mm的丝，得到半成品的药芯焊丝；所制得的药芯焊丝截面为“О”形。
步骤4，盘丝。用拉丝机将得到的半成品的药芯焊丝拉直后盘成圆盘，得到药芯焊丝。
使用本实施例制备的药芯焊丝时，采用熔化极气体保护焊，焊前需将焊件预热150℃，预热时间1h，焊接电流为180A，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31Si2MnCrMoVE钢的使用要求。
实施例3
本实施例提出的铁基药芯焊丝由5％的硅铁、7％的锰粉、2％的铬粉、11％的镍粉、1.2％的钼粉和73.5％的铁粉组成，所述的百分比为质量百分比。
本实施例提出的制备所述铁基药芯焊丝的具体过程是：
步骤1，称量物料。按比例称量5％的硅铁、7％的锰粉、2％的铬粉、11％的镍粉、1.2％的钼粉和73.5％的铁粉，所述的百分比为质量百分比。
步骤2，制备药芯粉末。将称取的粉体混合均匀后，放置在烘干炉中烘干，烘干的温度为300℃，烘干时间为2.2h，保证药粉中的自由水和结合水全部挥发掉，得到药芯粉末。
步骤3，制备药芯焊丝。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形槽。向所述U型槽中加入得到的药芯粉末。所述药芯粉末的填充率为28％，即填充的药芯粉末重量占药芯焊丝总重量的28％。通过成型机将所述U型槽碾压闭合，并将其拉拔至直径为1.6mm的丝，得到半成品的药芯焊丝；所制得的药芯焊丝截面为“О”形。
步骤4，盘丝。用拉丝机将得到的半成品的药芯焊丝拉直后盘成圆盘，得到药芯焊丝。
使用实施例3制备的药芯焊丝时，采用熔化极气体保护焊，焊前需将焊件预热120℃，预热时间1h，焊接电流为200A，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31Si2MnCrMoVE钢的使用要求。
实施例4
本实施例提出的铁基药芯焊丝由5％的硅铁、7％的锰粉、0.8％的铬粉、8％的镍粉、1％的钼粉和78.2％的铁粉组成，所述的百分比为质量百分比。
本实施例提出的制备所述铁基药芯焊丝的具体过程是：
步骤1，称量物料。按比例称量5％的硅铁、7％的锰粉、0.8％的铬粉、8％的镍粉、1％的钼粉和78.2％的铁粉，所述的百分比为质量百分比。
步骤2，制备药芯粉末。将称取的粉体混合均匀后，放置在烘干炉中烘干，烘干的温度为280℃，烘干时间为2.3h，保证药粉中的自由水和结合水全部挥发掉，得到药芯粉末。
步骤3，制备药芯焊丝。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形槽。向所述U型槽中加入得到的药芯粉末。所述药芯粉末的填充率为29％，即填充的药芯粉末重量占药芯焊丝总重量的29％。通过成型机将所述U型槽碾压闭合，并将其拉拔至直径为2.0mm的丝，得到半成品的药芯焊丝；所制得的药芯焊丝截面为“О”形。
步骤4，盘丝。用拉丝机将得到的半成品的药芯焊丝拉直后盘成圆盘，得到药芯焊丝。
使用本实施例制备的药芯焊丝时，采用熔化极气体保护焊，焊前需将焊件预热100℃，预热时间1h，焊接电流为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31Si2MnCrMoVE钢的使用要求。
实施例5
本实施例提出的铁基药芯焊丝由5％的硅铁、7％的锰粉、2％的铬粉、14％的镍粉、0.8％的钼粉和71.2％的铁粉组成，所述的百分比为质量百分比。
本实施例提出的制备所述铁基药芯焊丝的具体过程是：
步骤1，称量物料。按比例称量5％的硅铁、7％的锰粉、2％的铬粉、14％的镍粉、0.8％的钼粉和71.2％的铁粉，所述的百分比为质量百分比。
步骤2，制备药芯粉末。将称取的粉体混合均匀后，放置在烘干炉中烘干，烘干的温度为300℃，烘干时间为2.5h，保证药粉中的自由水和结合水全部挥发掉，得到药芯粉末。
步骤3，制备药芯焊丝。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形槽。向所述U型槽中加入得到的药芯粉末。所述药芯粉末的填充率为30％，即填充的药芯粉末重量占药芯焊丝总重量的30％。通过成型机将所述U型槽碾压闭合，并将其拉拔至直径为1.2mm的丝，得到半成品的药芯焊丝；所制得的药芯焊丝截面为“О”形。
步骤4，盘丝。用拉丝机将得到的半成品的药芯焊丝拉直后盘成圆盘，得到药芯焊丝。
使用用实施例5制备的药芯焊丝时，采用熔化极气体保护焊，焊前需将焊件预热140℃，预热时间1h，焊接电流为190A，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31Si2MnCrMoVE钢的使用要求。
实施例6
本实施例提出的铁基药芯焊丝由2.5％的硅铁、5％的锰粉、0.8％的铬粉、5％的镍粉、0.5％的钼粉和86.2％的铁粉组成，所述的百分比为质量百分比。
本实施例提出的制备所述铁基药芯焊丝的具体过程是：
步骤1，称量物料。按比例称量5％的硅铁、7％的锰粉、2％的铬粉、14％的镍粉、0.8％的钼粉和71.2％的铁粉，所述的百分比为质量百分比。
步骤2，制备药芯粉末。将称取的粉体混合均匀后，放置在烘干炉中烘干，烘干的温度为300℃，烘干时间为2.5h，保证药粉中的自由水和结合水全部挥发掉，得到药芯粉末。
步骤3，制备药芯焊丝。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形槽。向所述U型槽中加入得到的药芯粉末。所述药芯粉末的填充率为29％，即填充的药芯粉末重量占药芯焊丝总重量的29％。通过成型机将所述U型槽碾压闭合，并将其拉拔至直径为1.8mm的丝，得到半成品的药芯焊丝；所制得的药芯焊丝截面为“О”形。
步骤4，盘丝。用拉丝机将得到的半成品的药芯焊丝拉直后盘成圆盘，得到药芯焊丝。
使用用实施例5制备的药芯焊丝时，采用熔化极气体保护焊，焊前需将焊件预热150℃，预热时间1h，焊接电流为190A，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622MPa，冲击功为87J。性能符合31Si2MnCrMoVE钢的使用要求。

Claims (3)

1.一种铁基药芯焊丝，其特征在于，所述铁基药芯焊丝由2.5％～5％的硅铁、5％～7％的锰粉、0.8％～2％的铬粉、5％～15％的镍粉、0.5％～1.2％的钼粉和69.8％～86.2％的铁粉组成；所述的百分比均为质量百分比。
2.一种制备权利要求1所述铁基药芯焊丝的方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1，称量物料：按比例称量2.5％～5％的硅铁、5％～7％的锰粉、0.8％～2％的铬粉、5％～15％的镍粉、0.5％～1.2％的钼粉和69.8％～86.2％的铁粉，所述的百分比为质量百分比；
步骤2，制备药芯粉末：将称取的粉体混合均匀后，放置在烘干炉中烘干，烘干的温度为200～300℃，烘干时间为2.0～2.5h，得到药芯粉末；
步骤3，制备药芯焊丝：将低碳钢钢带轧制成U形槽；向所述U型槽中加入得到的药芯粉末；将所述U型槽碾压闭合，并拉拔至直径为1.2～2.0mm的丝，得到半成品的药芯焊丝；
步骤4，盘丝：用拉丝机将得到的半成品的药芯焊丝拉直后盘成圆盘，得到药芯焊丝。
3.如权利要求2所述制备权利要求1所述铁基药芯焊丝的方法，其特征在于，所述药芯粉末的填充率为27～30％。
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CN107649798A (zh) * 2017-10-20 2018-02-02 西安理工大学 25Cr2Ni4MoV钢用金属型药芯焊丝及制备方法
CN108356446A (zh) * 2018-02-12 2018-08-03 西安理工大学 51CrV4弹簧钢用气保护型药芯焊丝及其制备方法

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