CN105880867A - 药芯焊丝、其生产方法及用途 - Google Patents

药芯焊丝、其生产方法及用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种药芯焊丝,所述药芯焊丝包括外壳,所述外壳设有管腔,所述管腔容纳有药芯,其特征在于:所述制造外壳的不锈钢为奥氏体不锈钢。本发明提供一种与炼镁还原罐材质相近的CO2气体保护药芯焊丝,所述焊丝具有较高的焊接效率,良好的操作性,而且电弧挺度好,飞溅小,可全位置焊接。

Description

药芯焊丝、其生产方法及用途
技术领域
本发明涉及一种药芯焊丝,尤其涉及一种用于焊接不锈钢的药芯焊丝,特别是一种用于炼镁还原罐的药芯焊丝,其生产方法及其用途。
背景技术
在工业制造领域,焊接是连接钢铁材料部件的一种基本手段。和手工电焊条以及实心焊丝相比,药芯焊丝具有工艺性能好和高效节能等优点。药芯焊丝广泛地用于焊接由各种钢材料制成的部件。药芯焊丝的焊接特性取决于外壳与药芯的成分。
但是,不同的钢材料有不同的材料特性,适用于焊接一种钢材料的药芯焊丝不一定适用于焊接另一种钢材料。而且,相对于焊条和实心焊丝,药芯焊丝制造工艺相对复杂。特别是,药芯焊丝药芯中各种成分的粉剂混合必须均匀,粉剂的致密度高;否则,将会影响药芯焊丝的质量。所以,相对于焊条和实心焊丝,药芯焊丝制造对制造设备要求高,制造成本也相对高。
硅热法炼镁工艺所采用的还原罐材质通常为不同的Cr、Ni含量及其他元素组成的奥氏体合金钢。其中一种典型的炼镁还原罐所使用的材料,其成分的大致含量如下表所示。
C Si Mn P S Cr Ni N
0.30-0.65 ≤1.5 ≤1.6 ≤0.04 ≤0.03 24-28 7-10 ≤0.25
炼镁还原罐的一种焊接方法是采用A402或A407焊条焊接,或者采用与罐体材质相近的M407焊条进行焊接。A402和A407焊条由于化学成分与罐体材质不匹配,罐体焊接后往往容易出现焊缝热裂纹,使罐体失效。M407虽与罐体材质相近,但焊条焊接效率低,耐热性较差,浪费较大。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种焊接效率高的药芯焊丝。
一种药芯焊丝,所述药芯焊丝包括外壳,所述外壳设有管腔,所述管腔容纳有药芯,其特征在于:所述制造外壳的不锈钢为奥氏体不锈钢。
优选地是,所述药芯按照重量百分比含有:含有SiO2的粉体2%-10%;钛酸钾2%-8%;含有TiO2的粉体20%-35%;锰粉5%-15%;镍粉0-4%;铝镁合金0-4%;氟化物0-4%;金属铬35%-50%;氮化铬0.5-4%;Al2O30-4%;ZrO20-4%;Bi2O30-2%。
优选地是,所述含有SiO2的粉体中SiO2重量含量为90%以上。
优选地是,所述含有SiO2的粉体为石英粉或SiO2粉体。
优选地是,所述含有TiO2的粉体中TiO2重量含量为90%以上。
优选地是,所述含有TiO2的粉体为金红石粉或TiO2粉。
优选地是,所述药芯重量为药芯焊丝重量的20%~35%。
优选地是,所述的奥氏体不锈钢为304或304L不锈钢。
优选地是,所述的氟化物选自LiF,MgF2,CaF2,Na3AlF6,K3AlF6,NaF中的一种或者多种。
优选地是:所述药芯焊丝用于焊接不锈钢工件,所述不锈钢工件为奥氏体不锈钢制成。
优选地是:所述药芯焊丝用于焊接炼镁还原罐。
本发明的第二个目的是提供一种焊接效率高的药芯焊丝。
一种药芯焊丝,所述药芯焊丝包括外壳,所述外壳设有管腔,所述管腔容纳有药芯,其特征在于:所述药芯按照重量百分比含有:含有SiO2的粉体2%-10%;钛酸钾2%-8%;含有TiO2的粉体20%-35%;锰粉5%-15%;镍粉0-4%;铝镁合金0-4%;氟化物0-4%;金属铬35%-50%;氮化铬0.5-4%;Al2O30-4%;ZrO20-4%;Bi2O30-2%。
优选地是,所述含有SiO2的粉体中SiO2重量含量为90%以上。
优选地是,所述含有SiO2的粉体为石英粉或SiO2粉体。
优选地是,所述含有TiO2的粉体中TiO2重量含量为90%以上。
优选地是,所述含有TiO2的粉体为金红石粉或TiO2粉。
优选地是,所述药芯重量为药芯焊丝重量的20%~35%。
优选地是,所述的奥氏体不锈钢为304或304L不锈钢。
优选地是,所述的氟化物选自LiF,MgF2,CaF2,Na3AlF6,K3AlF6,NaF中的一种或者多种。
优选地是,所述制造外壳的不锈钢为奥氏体不锈钢。
优选地是,所述药芯焊丝用于焊接不锈钢工件,所述不锈钢工件为奥氏体不锈钢制成。
优选地是,所述药芯焊丝用于焊接炼镁还原罐。
本发明的第三个目的是提供一种药芯焊丝的生产方法,其特征在于:前述配比选择材料,采用拉伸成型的方法拉制药芯焊丝。
上述的镍粉、铝镁合金、氟化物、氮化铬、氧化铝及氧化锆,可以选择其中一种或几种按照上述各自的百分含量加入药芯中。
优选地是,采用电弧焊焊接不锈钢。
本发明提供一种与炼镁还原罐材质相近的CO2气体保护药芯焊丝,所述焊丝具有较高的焊接效率,良好的操作性,而且电弧挺度好,飞溅小,可全位置焊接。
附图说明
图1为一种药芯焊丝的结构示意图。
图2为本发明中的药芯焊丝使用的不锈钢的钢带示意图。
图3为被加工成U型的不锈钢钢带示意图。
图4为U形的不锈钢钢带槽口被合上后的结构示意图。
图5为拉拔成形后的药芯焊丝结构示意图。
图6为本发明中的药芯焊丝横截面图。
具体实施方式
由于具有良好的耐腐蚀性能,不锈钢材料具有广泛的应用。能源、石油、化工、机械、建筑装修、食品机械、医疗器械等领域均大量使用不锈钢材料。根据成分的不同,不锈钢分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢、及马氏体不锈钢。奥氏体不锈钢含铬大于18%,另外还含有8%以上的镍及少量钼、钛、氮等元素。铁素体不锈钢含铬12%~30%,不含有或仅含有微量的镍。马氏体不锈钢中也不含有或仅含有微量的镍。奥氏体-铁素体不锈钢是由奥氏体和铁素体组成的不锈钢。不锈钢的另一种分类方法是按照数字命名,如200系列、300系列、400系列。每一系列均包括多种细分不锈钢。300系列主要是奥氏体不锈钢。400系列主要包括铁素体不锈钢和马氏体不锈钢。
不锈钢产品中,焊接是常用的不同零部件之间的连接方式。在上述各种应用中,奥氏体体不锈钢工件的焊接是不可避免的,特别是汽车领域,压力容器,热交换器等等。焊接是连接金属最经济且效率最高的方法,比如炼镁还原罐用到的耐热铸钢工件,大量使用焊接工艺。
炼镁还原罐的焊接通常都采用A402或A407焊条焊接,也有采用与罐体材质相近的M407焊条进行焊接。A402和A407焊条由于化学成分与罐体材质不匹配,罐体焊接后往往容易出现焊缝热裂纹,使罐体失效。M407虽与罐体材质相近,但焊条焊接效率低,耐热性较差,浪费较大。
图1为一种药芯焊丝的结构示意图。如图1所示,药芯焊丝60包括外壳33。外壳33为管状并设有管腔(图中未示出)。管腔内容纳有药芯31。药芯31沿外壳33的轴向充满管腔。其生产方法为,将图2所示的钢带13卷成如图3所示的U型,形成U型槽14。将药芯放置于U型槽14内,使U型槽14的开口闭合,如图4所示。然后再采用拉制机器拉伸U型钢带13。拉伸次数一般为两次。经过拉伸后,制成图5所示的药芯焊丝。图6是拉拔后的焊丝1的横截面示意图,药芯12被钢带11制成的外壳包裹在中部。其横截面为搭接,具有接缝15。
焊接不同材料制成的工件时,外壳及药芯的成分均需满足一定的要求。如外壳材料需要满足拉伸性能要求,以达到制造容易的目的。对熔敷金属的成分及性能要求,需要外壳、药芯或药芯与外壳共同配合实现。如要求熔敷金属达到防腐蚀的性能,则熔敷金属中必须含有13%以上的铬才能满足最基本的防腐蚀要求。
焊剂中各成分的作用如下所述:
含有SiO2的粉体,是很好的造渣剂,能够稳定电弧,提高液态金属的润湿性,使焊道成形美观。适量的SiO2或石英粉可获得良好脱渣性能。SiO2或石英粉太少,其优点不能发挥;含量太高,则熔渣呈玻璃状,脱渣性能恶化。使用石英粉,原料来源广泛,获取方便。
钛酸钾,是良好的造渣剂和稳弧剂。钛酸钾含量太少,稳弧效果不明显;含量过多,则对焊缝金属的塑性和韧性不利。
含有TiO2的粉体,是本发明中焊剂的主要造渣剂和稳弧剂,可以提高熔渣的流动性和脱渣性。TiO2或金红石含量太少,则电弧稳定性和脱渣性不好;TiO2或金红石含量过多,则焊缝金属塑性变差。使用金红石,原料来源广泛,获取方便。
锰粉,尤其是电解锰粉是合金剂和奥氏体形成元素,锰还可以在焊接冶金过程中脱硫而防止焊接热裂纹的产生。
镍粉,是奥氏体形成元素,可以提高耐热钢的高温强度和抗蠕变性能。
铝镁合金,焊剂中加入铝镁合金主要起脱氧剂和稳定电弧的作用。铝镁合金含量太少,脱氧不足;含量太多,电弧稳定性恶化。
氟化物,氟化物可以LiF,MgF2,CaF2,Na3AlF6,K3AlF6,NaF等一种或者多种氟化物。氟化物的加入可以降低熔渣的熔点和粘度,提高液态金属的润湿性,同时还可以防止气孔和凹坑等焊接缺陷。氟化物含量太少,则其有益作用不明显;含量太多,则熔滴增大,电弧稳定性变差,飞溅增多。
金属铬,铬可以提高焊缝金属的高温强度,耐腐蚀性能和抗高温氧化性。为了保证炼镁还原罐在1200℃以下的抗高温氧化性,焊缝金属中的铬含量应控制在25%以上,则焊剂中金属铬的含量应控制在35-50%,优选40%-50%。
氮化铬,通过氮化铬的形式向焊缝中过渡氮。氮是奥氏体形成元素,在奥氏体耐热钢中,氮化物在晶界析出可以提高钢的高温强度和抗蠕变性能。但是焊缝金属中的氮含量不宜超过0.25%,否则会出现气孔且降低韧性。
Al2O3,可以调节熔渣的熔点而不会改变熔渣的粘度,有利于焊丝的全位置焊接。Al2O3的含量太少,则其作用不明显;含量太高,则会恶化脱渣性能。
ZrO2,可以改变熔渣的线膨胀系数,提高熔渣的粘度。适量的ZrO2可以提高脱渣性,但是过量的ZrO2将使熔渣的粘度过高而恶化脱渣性。
下面结合实施例对本发明进行详细的描述:
实施例
本发明中的药芯焊丝各实施例使用的外壳的成分及其性能如表1所示。
表1:(重量百分含量)
本发明的各实施例中的药芯焊丝的药芯配方如表2所示,实施例1-15外壳采用304L不锈钢;实施例16-21外壳采用304不锈钢。实施例1-14含有SiO2的粉体为石英粉,SiO2重量含量90%以上;实施例15-21含有SiO2的粉体为SiO2粉。实施例1-16含有TiO2的粉体为金红石粉,TiO2重量含量90%以上;实施例17-21含有TiO2的粉体为TiO2粉。实施例1-10中的氟化物为氟化钠;实施例11-14中的氟化物为氟化钙;实施例16-18中的氟化物为MgF2。实施例19-21中的氟化物为K3AlF6
表2:(重量百分含量)
表3采用上述方法制造的药芯焊丝的焊接炼镁还原罐,其熔敷金属成分如下表所示:(wt%)
C Si Mn P S Cr Ni
实施例1 0.023 0.40 2.28 0.026 0.007 26.3 8.18
实施例2 0.024 0.74 1.95 0.027 0.006 26.8 9.22
实施例3 0.027 0.52 1.73 0.025 0.005 27.4 8.28
实施例4 0.022 0.66 2.35 0.024 0.006 27.9 9.31
实施例5 0.025 0.71 2.43 0.028 0.004 27.3 9.06
实施例6 0.023 0.43 2.31 0.026 0.005 26.4 8.24
实施例7 0.026 0.52 2.58 0.025 0.004 27.5 9.17
实施例8 0.025 0.56 1.92 0.027 0.005 27.3 9.02
实施例9 0.028 0.61 1.97 0.029 0.007 26.2 8.25
实施例10 0.026 0.47 2.13 0.024 0.005 26.4 8.27
实施例11 0.027 0.41 2.16 0.027 0.006 26.1 8.07
实施例12 0.024 0.78 1.94 0.025 0.007 26.2 8.11
实施例13 0.026 0.55 1.91 0.023 0.007 25.1 9.17
实施例14 0.029 0.51 2.73 0.028 0.004 26.6 8.32
实施例15 0.26 0.61 1.93 0.028 0.006 27.1 8.25
实施例16 0.025 0.67 2.15 0.025 0.008 26.1 7.81
实施例17 0.025 0.64 2.63 0.023 0.005 26.6 8.94
实施例18 0.027 0.68 2.14 0.029 0.007 27.2 8.95
实施例19 0.027 0.67 2.38 0.022 0.004 27.5 9.11
实施例20 0.028 0.61 2.06 0.027 0.008 27.4 8.97
实施例21 0.027 0.67 2.12 0.026 0.006 27.1 9.04
表4采用上述方法制造的药芯焊丝焊接炼镁还原罐,其熔覆金属机械性能如下表所示:
抗拉强度Rm(MPa) 伸长率A(%)
实施例1 780 35
实施例2 765 33
实施例3 740 32
实施例4 765 31
实施例5 775 33
实施例6 760 32
实施例7 775 34
实施例8 765 30
实施例9 760 30.5
实施例10 770 31
实施例11 745 33
实施例12 780 29
实施例13 750 30
实施例14 765 31
实施例15 750 28
实施例16 745 30
实施例17 750 32
实施例18 755 31
实施例19 760 33
实施例20 745 33
实施例21 760 33
从表3和表4中的数据可以看出,使用本发明中的药芯焊丝焊接炼镁还原罐,其熔敷金属成分和机械性能与炼镁还原罐的成分及机械性能相近,适于焊接炼镁还原罐。
表5焊接参数
焊接位置 平焊 立焊
焊接电流(A) 180-220 140-180
焊接电压(V) 27-32 23-27
保护气体 100%CO2 100%CO2
电源极性 DCEP DCEP
采用表5的焊接参数进行平焊和立焊,以测试焊丝的工艺性能。对于电弧能够连续燃烧,不出现断弧,电弧不出现飘逸和闪动,则评价为良好,反之则评价为差。对于飞溅的评价,在焊接过程中以不出现大颗粒金属爆出,且飞溅颗粒直径小于2mm,则评价为小,否则评价为大。对于脱渣性的评价,以能自动脱除或者以1kg的铁锤从角焊缝试板背部敲击能够全部脱除为良好,否则为差。对于熔渣覆盖性的评价,以熔渣能够完整且均匀的覆盖于焊道表面为良好,反之为差。对于焊缝成形的评价,以焊缝与工件过渡圆滑,焊缝成形平整,立焊焊道没有下坠为良好,反之为差。
表6平焊工艺性
实施例 电弧稳定性 飞溅 脱渣性 熔渣覆盖性 焊缝成形
实施例1 良好 良好 良好 良好
实施例2 良好 良好 良好 良好
实施例3 良好 良好 良好 良好
实施例4 良好 良好 良好 良好
实施例5 良好 良好 良好 良好
实施例6 良好 良好 良好 良好
实施例7 良好 良好 良好 良好
实施例8 良好 良好 良好 良好
实施例9 良好 良好 良好 良好
实施例10 良好 良好 良好 良好
实施例11 良好 良好 良好 良好
实施例12 良好 良好 良好 良好
实施例13 良好 良好 良好 良好
实施例14 良好 良好 良好 良好
实施例15 良好 良好 良好 良好
实施例16 良好 良好 良好 良好
实施例17 良好 良好 良好 良好
实施例18 良好 良好 良好 良好
实施例19 良好 良好 良好 良好
实施例20 良好 良好 良好
实施例21 良好 良好 良好
表7立焊工艺性
实施例 电弧稳定性 飞溅 脱渣性 熔渣覆盖性 焊缝成形
实施例1 良好 良好 良好 良好
实施例2 良好 良好 良好 良好
实施例3 良好 良好 良好 良好
实施例4 良好 良好 良好 良好
实施例5 良好 良好 良好 良好
实施例6 良好 良好 良好 良好
实施例7 良好 良好 良好 良好
实施例8 良好 良好 良好 良好
实施例9 良好 良好 良好 良好
实施例10 良好 良好 良好 良好
实施例11 良好 良好 良好 良好
实施例12 良好
实施例13 良好 良好 良好 良好
实施例14 良好 良好 良好 良好
实施例15 良好 良好 良好 良好
实施例16 良好 良好 良好 良好
实施例17 良好 良好 良好 良好
实施例18 良好 良好
实施例19 良好
实施例20 良好 良好 良好
实施例21 良好 良好 良好
本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明,并不构成对权利要求范围的限制,本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代,均在本发明保护范围内。

Claims (23)

1.一种药芯焊丝,所述药芯焊丝包括外壳,所述外壳设有管腔,所述管腔容纳有药芯,其特征在于:
所述制造外壳的不锈钢为奥氏体不锈钢。
2.根据权利要求1所述的药芯焊丝,其特征在于:所述药芯按照重量百分比含有:含有SiO2的粉体2%-10%;钛酸钾2%-8%;含有TiO2的粉体20%-35%;锰粉5%-15%;镍粉0-4%;铝镁合金0-4%;氟化物0-4%;金属铬35%-50%;氮化铬0.5-4%;Al2O30-4%;ZrO20-4%;Bi2O30-2%。
3.根据权利要求1所述的药芯焊丝,其特征在于:所述含有SiO2的粉体中SiO2重量含量为90%以上。
4.根据权利要求3所述的药芯焊丝,其特征在于:所述含有SiO2的粉体为石英粉或SiO2粉体。
5.根据权利要求1所述的药芯焊丝,其特征在于:所述含有TiO2的粉体中TiO2重量含量为90%以上。
6.根据权利要求5所述的药芯焊丝,其特征在于:所述含有TiO2的粉体为金红石粉或TiO2粉。
7.根据权利要求1所述的药芯焊丝,其特征在于:所述药芯重量为药芯焊丝重量的20%~35%。
8.根据权利要求1所述的药芯焊丝,其特征在于:所述的奥氏体不锈钢为304或304L不锈钢。
9.根据权利要求1所述的药芯焊丝,其特征在于:所述的氟化物选自LiF,MgF2,CaF2,Na3AlF6,K3AlF6,NaF中的一种或者多种。
10.权利要求1-9之一所述的药芯焊丝,其特征在于:所述药芯焊丝用于焊接不锈钢工件,所述不锈钢工件为奥氏体不锈钢制成。
11.权利要求1-9之一所述的药芯焊丝,其特征在于:所述药芯焊丝用于焊接炼镁还原罐。
12.一种药芯焊丝,所述药芯焊丝包括外壳,所述外壳设有管腔,所述管腔容纳有药芯,其特征在于:所述药芯按照重量百分比含有:含有SiO2的粉体2%-10%;钛酸钾2%-8%;含有TiO2的粉体20%-35%;锰粉5%-15%;镍粉0-4%;铝镁合金0-4%;氟化物0-4%;金属铬35%-50%;氮化铬0.5-4%;Al2O30-4%;ZrO20-4%;Bi2O30-2%。
13.根据权利要求12所述的药芯焊丝,其特征在于:所述含有SiO2的粉体中SiO2重量含量为90%以上。
14.根据权利要求13所述的药芯焊丝,其特征在于:所述含有SiO2的粉体为石英粉或SiO2粉体。
15.根据权利要求12所述的药芯焊丝,其特征在于:所述含有TiO2的粉体中TiO2重量含量为90%以上。
16.根据权利要求15所述的药芯焊丝,其特征在于:所述含有TiO2的粉体为金红石粉或TiO2粉。
17.根据权利要求12所述的药芯焊丝,其特征在于:所述药芯重量为药芯焊丝重量的20%~35%。
18.根据权利要求12所述的药芯焊丝,其特征在于:所述的奥氏体不锈钢为304或304L不锈钢。
19.根据权利要求12所述的药芯焊丝,其特征在于:所述的氟化物选自LiF,MgF2,CaF2,Na3AlF6,K3AlF6,NaF中的一种或者多种。
20.根据权利要求12所述的药芯焊丝,其特征在于:所述制造外壳的不锈钢为奥氏体不锈钢。
21.权利要求12-20之一所述的药芯焊丝,其特征在于:所述药芯焊丝用于焊接不锈钢工件,所述不锈钢工件为奥氏体不锈钢制成。
22.权利要求12-20之一所述的药芯焊丝,其特征在于:所述药芯焊丝用于焊接炼镁还原罐。
23.药芯焊丝的生产方法,其特征在于:
按照权利要求1至9或权利要求12至20之一所述选择材料,采用拉伸成型的方法拉制药芯焊丝。
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