CN106736032A - 一种用于薄板焊接的309(l)不锈钢药芯焊丝 - Google Patents
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Abstract
一种用于薄板焊接的309(L)不锈钢药芯焊丝,属于焊接领域。采用304L不锈钢带外皮;药芯组分TiO2:5.5‑7.5%,SiO2:1‑4%,Al2O3:0.5‑3%,氟化物0.1‑1%,ZrO2:0.02‑0.1%,Na2O+K2O:0.1‑0.5%,Ni:3.5‑7.5%,Cr:8‑18%,Mn 0.5‑2.5%,Si:0.1‑0.5%,FLC添加剂2‑7%,余量为铁粉;FLC添加剂包括铝镁合金30‑50%,Si:5‑7%,聚四氟乙烯10‑20%,氟化稀土3‑6%,锂辉石20‑40%,锂云母10‑30%。药粉填充率为25‑40%。本发明具有良好的焊接工艺性能和优良的电弧稳定性,焊缝铺展良好。
Description
技术领域
本发明属于材料加工工程中的焊接领域,具体涉及用于1.5-3mm不锈钢薄板和碳钢或低合金钢的异种焊接、不锈钢复合钢板覆层的打底焊接等领域的309(L)不锈钢药芯焊丝。
技术背景
不锈钢焊材发展至今已取得了重要的成果,不锈钢药芯焊丝的产量逐年增加,市场对不锈钢薄板,尤其是3mm以下的不锈钢板的需求越来越大。高端薄板焊件的主要特点是焊缝成形美观,焊缝表面铺展良好,良好的成形给人感官享受。对于薄板焊件,需要使用小规范焊接参数施焊,以防大规范参数下造成过大的焊接变形。
不锈钢药芯焊丝的熔滴过渡形式主要有:大滴排斥过渡、细颗粒过渡、射滴过渡、射流过渡、短路过渡五种形式。其中射滴过渡、射流过渡和细颗粒过渡时焊接过程稳定,飞溅小,焊缝成形良好,生产效率较高,而细颗粒过渡更是药芯焊丝熔滴过渡的主要形式。但是在焊接不锈钢薄板时,由于电流较小,不锈钢药芯焊丝多为短路过渡,周期性的短路过程降低了电弧对母材的热输入,母材熔化不足,使熔滴过渡后对熔池的润湿剂铺展程度不理想,即焊缝成形差。具体表现为焊道凸起(余高超标)且狭窄,有时伴有未熔合或咬边现象(如角焊缝)。
对此,本发明研制了一种能用于小电流(90-130A)板厚1.5-3mm焊接的E309(L)奥氏体不锈钢药芯焊丝,焊丝熔滴过渡形式以细颗粒过渡为主,焊缝润湿性良好,成形美观,符合GB/T17853中E309LT0-1的要求,焊后的焊缝表面平整,无需进行后续的打磨过程处理。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术问题,提供一种在小规范参数下(焊接电流90-130A),焊丝熔滴过渡以细颗粒过渡为主,具有良好的焊接工艺性和焊缝润湿性,焊缝成形美观的二氧化碳或混合气体保护用309(L)不锈钢药芯焊丝。它可以在保证焊丝熔敷金属化学成分、力学性能、耐腐蚀性能满足相关国家标准要求的情况下,焊后焊缝铺展较好,角焊缝时没有余高凸起,以满足高端药芯焊丝的需求,避免了焊后对焊缝余高超标的打磨处理,进一步提高了焊接的生产效率。
目前,不锈钢药芯焊丝主要为钛型渣系。本发明通过以下技术方案来实现:一种用于薄板焊接的气保护E309(L)奥氏体不锈钢药芯焊丝,采用304L不锈钢带为外皮,药芯的组分及其重量百分比为:TiO2:5.5-7.5%,SiO2:1-4%,Al2O3:0.5-3%,氟化物:0.1-1%,ZrO2:0.02-0.1%,Na2O+K2O:0.1-0.5%,Ni:3.5-7.5%,Cr:8-18%,Mn:0.5-2.5%,Si:0.1-0.5%,FLC添加剂:2-7%,余量为铁粉。药芯焊丝中药粉的填充率为25-40%。
上述FLC添加剂包括铝镁合金、Si、聚四氟乙烯、氟化稀土、锂辉石、锂云母,它们的重量比依次为铝镁合金:30-50%,Si:5-7%,聚四氟乙烯10-20%,氟化稀土:3-6%,锂辉石:20-40%,锂云母:10-30%,且铝镁合金粉:80-120目,硅粉:80-120目,聚四氟乙烯粉:100-200目,氟化稀土:100-200目,锂辉石:80-200目,锂云母:80-200目,通过机械混合后,需在电炉中加热至300-400℃搅拌均匀。
进一步,药粉中TiO2含量在6-7.5%,SiO2的含量在1.5-3%,ZrO2的含量在0.05-0.1%。
进一步,焊丝的填充率在30-38%,其中TiO2、SiO2和Al2O3作为造渣剂,造渣剂成分总含量为8-11%。
其中,所述的TiO2以金红石或钛白粉的形式添加。所述的SiO2以石英和长石的形式添加。所述的Al2O3以长石的形式添加;所述的氟化物以氟化钾、氟化钠、氟硅酸钾或四氟乙烯的形式添加;所述的ZrO2以锆英砂的形式添加;所述的Mn以锰铁的形式添加;所述的Si以硅铁的形式添加。其中TiO2与SiO2的质量比例控制在2-3之间,Si与Mn的质量比控制在0.3-0.7之间。
一种用于添加在309(L)不锈钢药芯焊丝中细化熔滴的添加剂,它由铝镁合金、Si、聚四氟乙烯、氟化稀土、锂辉石、锂云母,它们的重量比依次为铝镁合金:30-50%,Si:5-7%,聚四氟乙烯10-20%,氟化稀土:3-6%,锂辉石:20-40%,锂云母:10-30%。且添加剂的颗粒度为80-200目。优选:铝镁合金粉:80-120目,硅粉:80-120目,聚四氟乙烯粉:100-200目,氟化稀土:100-200目,锂辉石:80-200目,锂云母:80-200目,通过机械混合后,需在电炉中加热至300-400℃搅拌均匀。
如上所述的奥氏体不锈钢药芯焊丝,其中所述不锈钢带优选为含碳量小于0.03%(重量)的304L不锈钢带,本发明药芯焊丝采用常规药芯焊丝制备技术制得。
如上所述的E309L奥氏体不锈钢药芯焊丝的制备方法其特征在于:
选用宽度为8-12mm,厚度为0.2-0.5mm的304L不锈钢带为药芯焊丝的外皮,并将其轧制成U型槽填入上述的药粉,药粉重量是焊丝重量的25-40%,将U型槽合口后,逐次通过不同直径的拉丝模,逐道拉拔、减径,并对焊丝的表面进行清理得到焊丝成品,其直径在1.2mm。
所述焊丝药芯的组分如下:
Cr:铁素体形成元素,向熔敷金属中过渡铬元素。
Ni:奥氏体形成元素,向熔敷金属中过渡镍元素。
FLC添加剂中Al:起到先期脱氧的作用,提高铬、镍。锰等元素的过度系数,减弱氮向金属内部的扩散作用。
TiO2:主要造渣剂,造成短渣,可改善焊缝金属的脱渣性,调整焊缝的成形,增加导电性具有稳定电弧的作用。
SiO2:主要造渣剂,可改善焊缝金属的脱渣性,调整熔渣粘度及线膨胀系数,并且能够细化熔滴。
Al2O3:用于造渣,调整熔渣的物理化学性能,可起到稳定电弧、细化熔滴的作用,若加入过量熔渣粘度显著下降,促使焊缝成形变坏脱渣困难。
ZrO2:改善焊缝成形,提高电弧稳定性。
FLC添加剂:细化熔滴,降低熔滴表面张力,提高焊接材料的润湿性。
FLC添加剂具体作用及机理表现为:
添加剂中的硅粉与铁粉作用,形成FeSi45化合物,可提高焊缝金属的润湿性,减小余高;铝镁合金燃烧放热,使熔滴温度升高,熔滴的表面张力减小;一定量的多种氟化物的作用可优化熔滴过渡形式,提高焊接的工艺性,同时也降低了熔渣的表面张力,利于焊缝的铺展成形;锂辉石和锂云母中的碱金属元素可以细化熔滴,提高电弧稳定性,降低熔滴的表面张力,从而具有良好的铺展性。此外,药粉中适量的ZrO2能改善焊缝成形,增加焊缝的润湿性,同时也可提高电弧稳定性,但是加入量过大,会使药芯滞熔严重,造成严重飞溅;加入硅铝酸盐矿石粉可明显细化熔滴,其中的SiO2以及K2O、Na2O可使熔滴的表面张力减小,熔滴被细化,改善液态金属的流动性,有利于液态金属的传热和铺展,可减小焊缝凸起和咬边缺陷,改善焊缝成形。
通过添加剂中的活性物质,在焊接过程中增大电弧等离子流力,促进过渡过渡并细化熔滴;添加剂中氟化物的综合作用可减小电极斑点压力,细化熔滴。本发明中添加剂涉及到的物质经过大量的挑选,含量在2-7%,粒度在80-200目,同时控制药粉中氧化物重量百分比小于40%。
本发明的不锈钢药芯焊丝采用100%CO2气体或80%Ar+20%CO2作为保护气体,焊缝在小规范焊接下成形良好,无凸起、咬边等缺陷,焊丝熔敷金属的各项性能均符合国标(GB/T17853-1999,不锈钢药芯焊丝)。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明,但本发明的保护范围并不局限于下述实施例。以下实施例中的FLC包括铝镁合金、Si、聚四氟乙烯、氟化稀土、锂辉石、锂云母,它们的重量比依次为铝镁合金:30-50%,Si:5-7%,聚四氟乙烯10-20%,氟化稀土:3-6%,锂辉石:20-40%,锂云母:10-30%,且铝镁合金粉:80-120目,硅粉:80-120目,聚四氟乙烯粉:100-200目,氟化稀土:100-200目,锂辉石:80-200目,锂云母:80-200目,通过机械混合后,在电炉中加热至300-400℃搅拌均匀。
实施例1
用于奥氏体不锈钢焊接的E309L奥氏体不锈钢药芯焊丝采用304L不锈钢带为外皮8×0.3mm(成分如表1中所示),焊丝直径为1.2mm;药芯的化学组成(重量%)为:TiO2:6.0%,SiO2:2.5%,Al2O3:0.6%,ZrO2:0.08%,K2O+Na2O:0.3%,氟化物:0.5%,Ni:4.1%,Cr:10.7%,Mn:1.6%,Si:0.5%,FLC添加剂:3%,余量为铁粉,药芯焊丝中药芯的填充率为:33.5%。采用100%CO2作为保护气体,气体流量为15L/min,焊接电流90A,焊接电压22V。
实施例2
用于奥氏体不锈钢焊接的E309L奥氏体不锈钢药芯焊丝采用304L不锈钢带为外皮8×0.4mm(成分如表1中所示),焊丝直径为1.2mm;药芯的化学组成(重量%)为:TiO2:6.0%,SiO2:2.5%,Al2O3:0.6%,ZrO2:0.08%,K2O+Na2O:0.3%,氟化物:0.5%,Ni:4.1%,Cr:10.7%,Mn:1.3%,Si:0.4%,FLC添加剂:4%,余量为铁粉,药芯焊丝中药芯的填充率为:33.0%。采用100%CO2作为保护气体,气体流量为16L/min,焊接电流100A,焊接电压23V。
实施例3
用于奥氏体不锈钢焊接的E309L奥氏体不锈钢药芯焊丝采用304L不锈钢带为外皮9×0.3mm(成分如表1中所示),焊丝直径为1.2mm;药芯的化学组成(重量%)为:TiO2:6.0%,SiO2:2.5%,Al2O3:0.5%,ZrO2:0.09%,K2O+Na2O:0.2%,氟化物:0.5%,Ni:4.1%,Cr:10.7%,Mn:1.4%,Si:0.5%,FLC添加剂:5%,余量为铁粉,药芯焊丝中药芯的填充率为:34.0%。采用100%CO2作为保护气体,气体流量为17L/min,焊接电流110A,焊接电压24V。
实施例4
用于奥氏体不锈钢焊接的E309L奥氏体不锈钢药芯焊丝采用304L不锈钢带为外皮9×0.4mm(成分如表1中所示),焊丝直径为1.2mm;药芯的化学组成(重量%)为:TiO2:6.0%,SiO2:2.5%,Al2O3:1.4%,ZrO2:0.05%,K2O+Na2O:0.2%,氟化物:0.5%,Ni:4.1%,Cr:10.7%,Mn:1.5%,Si:0.5%,FLC添加剂:6%,余量为铁粉,药芯焊丝中药芯的填充率为:35.0%。采用100%CO2作为保护气体,气体流量为18L/min,焊接电流120A,焊接电压25V。
实施例5
用于奥氏体不锈钢焊接的E309L奥氏体不锈钢药芯焊丝采用304L不锈钢带为外皮10×0.4mm(成分如表1中所示),焊丝直径为1.2mm;药芯的化学组成(重量%)为:TiO2:6.0%,SiO2:2.5%,Al2O3:0.6%,ZrO2:0.08%,K2O+Na2O:0.3%,氟化物:0.4%,Ni:5%,Cr:10.4%,Mn:1.2%,Si:0.4%,FLC添加剂:7%,余量为铁粉,药芯焊丝中药芯的填充率为:30.0%。采用100%CO2作为保护气体,气体流量为19L/min,焊接电流130A,焊接电压26V。
实施例6
用于奥氏体不锈钢焊接的E309L奥氏体不锈钢药芯焊丝采用304L不锈钢带为外皮10×0.5mm(成分如表1中所示),焊丝直径为1.2mm;药芯的化学组成(重量%)为:TiO2:6.0%,SiO2:2.5%,Al2O3:0.6%,ZrO2:0.08%,K2O+Na2O:0.3%,氟化物:0.4%,Ni:5.1%,Cr:10.5%,Mn:1.1%,Si:0.4%,FLC添加剂:2%,余量为铁粉,药芯焊丝中药芯的填充率为:30.0%。采用100%CO2作为保护气体,气体流量为20L/min,焊接电流100A,焊接电压24V。
对比例1
用于奥氏体不锈钢焊接的E309L奥氏体不锈钢药芯焊丝采用304L不锈钢带为外皮10×0.4mm(成分如表1中所示),焊丝直径为1.2mm;药芯的化学组成(重量%)为:TiO2:6.1%,SiO2:2.7%,Al2O3:0.6%,ZrO2:0.08%,K2O+Na2O:0.3%,氟化物:0.4%,Ni:5.4%,Cr:10.6%,Mn:1.3%,Si:0.2%,FLC添加剂:1%,余量为铁粉,药芯焊丝中药芯的填充率为:30.0%。采用100%CO2作为保护气体,气体流量为15L/min,焊接电流90A,焊接电压22V。
对比例2
用于奥氏体不锈钢焊接的E309L奥氏体不锈钢药芯焊丝采用304L不锈钢带为外皮10×0.5mm(成分如表1中所示),焊丝直径为1.2mm;药芯的化学组成(重量%)为:TiO2:6.0%,SiO2:2.4%,Al2O3:0.6%,ZrO2:0.08%,K2O+Na2O:0.3%,氟化物:0.4%,Ni:5.1%,Cr:10.4%,Mn:1.5%,Si:0.3%,FLC添加剂:8%,余量为铁粉,药芯焊丝中药芯的填充率为:30.5%。采用100%CO2作为保护气体,气体流量为17L/min,焊接电流110A,焊接电压24V。
对比例3
用于奥氏体不锈钢焊接的E309L奥氏体不锈钢药芯焊丝采用304L不锈钢带为外皮9×0.3mm(成分如表1中所示),焊丝直径为1.2mm;药芯的化学组成(重量%)为:TiO2:6.1%,SiO2:2.5%,Al2O3:0.6%,ZrO2:0.07%,K2O+Na2O:0.3%,氟化物:0.4%,Ni:4.9%,Cr:10.7%,Mn:1.4%,Si:0.2%,FLC添加剂:9%,余量为铁粉,药芯焊丝中药芯的填充率为:32.0%。采用100%CO2作为保护气体,气体流量为19L/min,焊接电流130A,焊接电压26V。
表1实施例1-6及对比例1-3中所使用的304L不锈钢钢带的化学成分(重量%)
C | Cr | Ni | Mn | Si | P | S |
0.02 | 18.5 | 10.0 | 1.2 | 0.3 | 0.03 | 0.02 |
将实施例1-6中制备的药芯焊丝进行焊接试验:采用直流反接法,焊接电流:90-130A,焊接电压:22-26V,焊接试板为1.5-3mm厚的304L不锈钢试板或Q235钢板,焊接速度30-50cm/min,气体流量15-20L/min,干伸长15mm。在平焊及角焊位置施焊,观察焊接过程。焊后对焊接过程的工艺性、电弧稳定性及焊缝成形性等性能进行评价。结果表明:在专利配方范围内的焊丝,其焊接过程中工艺性良好,电弧稳定,焊缝成形美观;但在专利配方外的焊丝,其焊接的工艺性、电弧稳定性及焊缝成形均表现不佳。各实施例焊接性能测试结果对比见表2。
表2各实施例的性能对比如下:
①直径小于2mm的焊接熔滴所占全部熔滴比例
②按照分数对电弧稳定性进行评价,满分10分
③余高系数=焊缝熔宽/余高,余高系数一般在3-6之间,在此范围内,余高系数越大越好。
④√表示良好,○表示一般,×表示不合格。
本发明上述实施例中FLC添加剂的具体组成的用量对焊接性能,影响不大,而FLC添加剂的总用量影响大。
Claims (9)
1.一种用于薄板焊接的气保护309(L)奥氏体不锈钢药芯焊丝,其特征在于,采用304L不锈钢带为外皮,药芯的组分及其重量百分比为:TiO2:5.5-7.5%,SiO2:1-4%,Al2O3:0.5-3%,氟化物:0.1-1%,ZrO2:0.02-0.1%,Na2O+K2O:0.1-0.5%,Ni:3.5-7.5%,Cr:8-18%,Mn:0.5-2.5%,Si:0.1-0.5%,FLC添加剂:2-7%,余量为铁粉;药芯焊丝中药粉的填充率为25-40%;
FLC添加剂包括铝镁合金、Si、聚四氟乙烯、氟化稀土、锂辉石、锂云母,它们的重量比依次为铝镁合金:30-50%,Si:5-7%,聚四氟乙烯10-20%,氟化稀土:3-6%,锂辉石:20-40%,锂云母:10-30%,且铝镁合金粉:80-120目,硅粉:80-120目,聚四氟乙烯粉:100-200目,氟化稀土:100-200目,锂辉石:80-200目,锂云母:80-200目,通过机械混合后,在电炉中加热至300-400℃搅拌均匀。
2.按照权利要求1所述的一种用于薄板焊接的气保护E309(L)奥氏体不锈钢药芯焊丝,其特征在于,药粉中TiO2含量在6-7.5%,SiO2的含量在1.5-3%,ZrO2的含量在0.05-0.1%。
3.按照权利要求1所述的一种用于薄板焊接的气保护E309(L)奥氏体不锈钢药芯焊丝,其特征在于,焊丝的填充率在30-38%。
4.按照权利要求1所述的一种用于薄板焊接的气保护E309(L)奥氏体不锈钢药芯焊丝,其特征在于,TiO2、SiO2和Al2O3作为造渣剂,造渣剂成分总含量为8-11%。
5.按照权利要求1所述的一种用于薄板焊接的气保护E309(L)奥氏体不锈钢药芯焊丝,其特征在于,TiO2以金红石或钛白粉的形式添加;SiO2以石英和长石的形式添加;Al2O3以长石的形式添加;氟化物以氟化钾、氟化钠、氟硅酸钾或四氟乙烯的形式添加;ZrO2以锆英砂的形式添加;Mn以锰铁的形式添加;Si以硅铁的形式添加;其中TiO2与SiO2的质量比例控制在2-3之间,Si与Mn的质量比控制在0.3-0.7之间。
6.制备权利要求1-5任一项所述的用于薄板焊接的气保护E309(L)奥氏体不锈钢药芯焊丝的方法,其特征在于,选用宽度为8-12mm,厚度为0.2-0.5mm的304L不锈钢带为药芯焊丝的外皮,并将其轧制成U型槽填入上述的药粉,药粉重量是焊丝重量的25-40%,将U型槽合口后,逐次通过不同直径的拉丝模,逐道拉拔、减径,并对焊丝的表面进行清理得到焊丝成品,其直径在1.2mm。
7.权利要求1-5任一项所述的用于薄板焊接的气保护E309(L)奥氏体不锈钢药芯焊丝的应用,采用小电流90-130A,焊接的板厚1.5-3mm。
8.一种用于添加在309(L)不锈钢药芯焊丝中细化熔滴的添加剂,其特征在于,由铝镁合金、Si、聚四氟乙烯、氟化稀土、锂辉石、锂云母,它们的重量比依次为铝镁合金:30-50%,Si:5-7%,聚四氟乙烯10-20%,氟化稀土:3-6%,锂辉石:20-40%,锂云母:10-30%;且添加剂的颗粒度为80-200目。
9.按照权利要求8的一种用于添加在309(L)不锈钢药芯焊丝中细化熔滴的添加剂,其特征在于,铝镁合金粉:80-120目,硅粉:80-120目,聚四氟乙烯粉:100-200目,氟化稀土:100-200目,锂辉石:80-200目,锂云母:80-200目。
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