CN107186379A - 一种低合金结构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结构钢用药芯焊丝及其制备方法，药芯焊丝由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成，药芯的原料包括：铬粉、硅粉、锰粉、钛粉、硼化钛粉末、氮化硅粉末、镁铝合金粉末、二氧化钛粉末、氧化铁粉末、氧化铟粉末、二氧化铈粉末、氧化镨粉末、碳酸盐、钼铁粉、钒铁粉、锆铁粉、还原铁粉。本发明提出的一种低合金结构钢用药芯焊丝及其制备方法，药芯焊丝具有飞溅小，成型好，易于脱渣，熔敷金属组织致密，无气孔和裂纹出现，与母材结合良好且性能稳定，且熔敷金属具有良好的硬度、低温韧性、耐磨、耐腐蚀、抗蠕变性等性能，具有良好的经济效益。

Description

一种低合金结构钢用药芯焊丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及焊丝技术领域，尤其涉及一种低合金结构钢用药芯焊丝及其制备方法。
背景技术
随着现代工业的快速发展，低合金钢越来越广泛地应用于建筑、化工、石油、航空等领域，对于低合金钢的焊接，现有药芯焊丝存在飞溅大，成型性差，同时还存在耐腐蚀性、耐磨性、低温韧性和硬度综合性能较差的问题，这些都严重影响低合金钢和药芯焊丝的生产使用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种低合金结构钢用药芯焊丝及其制备方法，药芯焊丝具有飞溅小，成型好，易于脱渣，熔敷金属组织致密，无气孔和裂纹出现，与母材结合良好且性能稳定，且熔敷金属具有良好的硬度、低温韧性、耐磨、耐腐蚀、抗蠕变性等性能，具有良好的经济效益。
本发明提出的一种低合金结构钢用药芯焊丝，其特征在于，由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成，药芯的原料按重量份包括：铬粉1-2份、硅粉0.2-0.6份、锰粉0.1-0.2份、钛粉0.2-0.6份、硼化钛粉末0.6-1.2份、氮化硅粉末0.2-0.5份、镁铝合金粉末0.2-0.6份、二氧化钛粉末0.1-0.4份、氧化铁粉末0.3-0.7份、氧化铟粉末0.04-0.1份、二氧化铈粉末0.06-0.12份、氧化镨粉末0.06-0.12份、碳酸盐0.8-1.5份、钼铁粉0.5-1份、钒铁粉0.3-0.6份、锆铁粉0.2-0.5份、还原铁粉90-100份。
具体实施例中，铬粉的重量份还可以为1.2、1.4、1.6、1.8、1.9份，硅粉的重量份还可以为0.25、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55份，锰粉的重量份还可以为0.12、0.14、0.15、0.16、0.18份，钛粉的重量份还可以为0.25、0.3、0.4、0.45、0.5、0.55份，硼化钛粉末的重量份还可以为0.7、0.8、0.9、1、1.1份，氮化硅粉末的重量份还可以为0.25、0.3、0.4、0.45、0.5份，镁铝合金粉末的重量份还可以为0.25、0.3、0.4、0.45、0.5份，二氧化钛粉末的重量份还可以为0.15、0.2、0.25、0.3、0.35份，氧化铁粉末的重量份还可以为0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65份，氧化铟粉末的重量份还可以为0.05、0.06、0.07、0.08份，二氧化铈粉末的重量份还可以为0.08、0.09、0.1、0.11份，氧化镨粉末的重量份还可以为0.07、0.08、0.09、0.1、0.11份，碳酸盐的重量份还可以为0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4份，钼铁粉的重量份还可以为0.6、0.7、0.8、0.9份，钒铁粉的重量份还可以为0.35、0.4、0.45、0.5、0.55份，锆铁粉的重量份还可以为0.25、0.3、0.35、0.4、0.45份，还原铁粉的重量份还可以为92、94、95、96、98.5份。
优选地，碳酸盐的原料为碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铁、碳酸锰按重量比为2-4:1-2:1-2:2-4:1-2组成的混合物。
优选地，钼铁粉中钼元素的含量为50-60％，钒铁粉中钒元素的含量为58-65％，锆铁粉中锆元素的含量为55-65％。
优选地，焊接参数如下：焊接电流为500-600A，电弧电压为22-26V，送丝速度为480-520mm/min，焊丝伸出导电嘴的长度为15-25mm。
本发明还提出了一种低合金结构钢用药芯焊丝的制备方法，按照以下工艺进行制备：将药芯中各原料过80-150目筛后混合均匀，然后加热至260-300℃，保温1-2h，得到预处理药芯粉末；将不锈钢轧制成U形槽，再向U形槽中加入预处理药芯粉末；将U形槽合口，使预处理药芯粉末包裹其中，然后在药芯焊丝成型机上闭合成O形，通过连续拉拔，减径，最后使其直径达到2-3mm，得到药芯焊丝。
优选地，按照以下工艺进行制备：将药芯中各原料过100-120目筛后混合均匀，然后加热至270-280℃，保温1.2-1.6h，得到预处理药芯粉末；将不锈钢轧制成U形槽，再向U形槽中加入预处理药芯粉末；将U形槽合口，使预处理药芯粉末包裹其中，然后在药芯焊丝成型机上闭合成O形，通过连续拉拔，减径，最后使其直径达到2.2-2.8mm，得到药芯焊丝。
本发明通过控制硅粉、镁粉、钛粉、镁铝合金粉末和碳酸盐的含量，一方面能生成保护气体隔绝空气，减少焊接过程中熔敷金属与大气的接触，另一方面，使熔敷金属具有良好的脱氧、脱氮能力，在硅粉、镁粉、钛粉、镁铝合金粉末和碳酸盐配合下，有效避免熔敷金属因氧氮含量的增加而导致的韧性下降、气孔敏感性增加等问题，从而改善熔敷金属的整体性能，并且能有效防止药芯中合金元素的烧损和流失，提高了药芯的利用率，使熔敷金属易于脱渣，成型性好；药芯中硼化钛粉末、氮化硅粉末、二氧化铈粉末和氧化镨粉末四者相互配合，显著增加熔敷金属中结晶形核质点，提高了初生碳化物的形核率，增加了初生碳化物的数量，随着初生碳化物数量的增加，熔敷金属凝固过程释放的相变潜热越大，降低了固液界面的过冷，从而有效抑制了初生碳化物的生长，提高了熔敷金属的硬度、耐磨性和抗蠕变性；再通过加入铬粉、钼铁粉、钒铁粉、锆铁粉，在熔敷金属中生成强碳无物，弥散分布在初生碳化物和基体组织中，钛粉与氧元素结合生成微小的TiO颗粒，分布在焊缝中作为变质剂，充当异质形核的质点，促使针状铁素体的形成，两者相互配合，同时在基体内部起到良好的钉扎作用，与母材结合良好且性能稳定，提高了熔敷金属的强度、硬度、韧性等力学性能，同时改善了熔敷金属的耐磨性、耐腐蚀性；再通过加入锰粉，具有良好的晶粒细化作用，提高熔敷金属的位错密度，改善熔敷金属内部的组织形态，使熔敷金属组织致密，有效防止气孔和裂纹的出现；在制备过程中，将药芯粉末的粒度控制在80-150目，使其具有良好的分散性和流动性，将其加热到260-300℃下预处理，得到的药芯致密性良好，便于拉拨工艺的进行，提高药芯的填充率。本发明提出的一种低合金结构钢用药芯焊丝及其制备方法，药芯焊丝具有飞溅小，成型好，易于脱渣，熔敷金属组织致密，无气孔和裂纹出现，与母材结合良好且性能稳定，且熔敷金属具有良好的硬度、低温韧性、耐磨、耐腐蚀、抗蠕变性等性能，具有良好的经济效益。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种低合金结构钢用药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成，药芯的原料按重量份包括：铬粉1份、硅粉0.6份、锰粉0.1份、钛粉0.6份、硼化钛粉末0.6份、氮化硅粉末0.5份、镁铝合金粉末0.2份、二氧化钛粉末0.4份、氧化铁粉末0.3份、氧化铟粉末0.1份、二氧化铈粉末0.06份、氧化镨粉末0.12份、碳酸盐0.8份、钼铁粉1份、钒铁粉0.3份、锆铁粉0.5份、还原铁粉90份。
实施例2
本发明提出的一种低合金结构钢用药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成，药芯的原料按重量份包括：铬粉2份、硅粉0.2份、锰粉0.2份、钛粉0.2份、硼化钛粉末1.2份、氮化硅粉末0.2份、镁铝合金粉末0.6份、二氧化钛粉末0.1份、氧化铁粉末0.7份、氧化铟粉末0.04份、二氧化铈粉末0.12份、氧化镨粉末0.06份、碳酸盐1.5份、钼铁粉0.5份、钒铁粉0.6份、锆铁粉0.2份、还原铁粉100份。
实施例3
本发明提出的一种低合金结构钢用药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成，药芯的原料按重量份包括：铬粉1.6份、硅粉0.42份、锰粉0.16份、钛粉0.44份、硼化钛粉末0.92份、氮化硅粉末0.32份、镁铝合金粉末0.45份、二氧化钛粉末0.22份、氧化铁粉末0.45份、氧化铟粉末0.06份、二氧化铈粉末0.08份、氧化镨粉末0.08份、碳酸盐1.25份、钼铁粉0.75份、钒铁粉0.48份、锆铁粉0.32份、还原铁粉96份。
其中，碳酸盐的原料为碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铁、碳酸锰按重量比为2:1:1:2:1组成的混合物；
钼铁粉中钼元素的含量为55％，钒铁粉中钒元素的含量为60％，锆铁粉中锆元素的含量为60％；
焊接参数如下：焊接电流为550A，电弧电压为25V，送丝速度为500mm/min，焊丝伸出导电嘴的长度为20mm；
本发明还提出了一种低合金结构钢用药芯焊丝的制备方法，按照以下工艺进行制备：将药芯中各原料过120目筛后混合均匀，然后加热至280℃，保温1.5h，得到预处理药芯粉末；将不锈钢轧制成U形槽，再向U形槽中加入预处理药芯粉末；将U形槽合口，使预处理药芯粉末包裹其中，然后在药芯焊丝成型机上闭合成O形，通过连续拉拔，减径，最后使其直径达到2.5mm，得到药芯焊丝。
实施例4
本发明提出的一种低合金结构钢用药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成，药芯的原料按重量份包括：铬粉1.2份、硅粉0.56份、锰粉0.12份、钛粉0.56份、硼化钛粉末0.68份、氮化硅粉末0.45份、镁铝合金粉末0.26份、二氧化钛粉末0.18份、氧化铁粉末0.37份、氧化铟粉末0.08份、二氧化铈粉末0.07份、氧化镨粉末0.11份、碳酸盐0.95份、钼铁粉0.85份、钒铁粉0.36份、锆铁粉0.45份、还原铁粉92.5份。
其中，碳酸盐的原料为碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铁、碳酸锰按重量比为2:2:1:2:1组成的混合物；
钼铁粉中钼元素的含量为50％，钒铁粉中钒元素的含量为58％，锆铁粉中锆元素的含量为55％；
焊接参数如下：焊接电流为500A，电弧电压为22V，送丝速度为480mm/min，焊丝伸出导电嘴的长度为15mm；
本发明提出的一种低合金结构钢用药芯焊丝的制备方法，按照以下工艺进行制备：将药芯中各原料过80目筛后混合均匀，然后加热至300℃，保温1h，得到预处理药芯粉末；将不锈钢轧制成U形槽，再向U形槽中加入预处理药芯粉末；将U形槽合口，使预处理药芯粉末包裹其中，然后在药芯焊丝成型机上闭合成O形，通过连续拉拔，减径，最后使其直径达到3mm，得到药芯焊丝。
实施例5
本发明提出的一种低合金结构钢用药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成，药芯的原料按重量份包括：铬粉1.8份、硅粉0.26份、锰粉0.17份、钛粉0.26份、硼化钛粉末1.1份、氮化硅粉末0.25份、镁铝合金粉末0.56份、二氧化钛粉末0.12份、氧化铁粉末0.65份、氧化铟粉末0.05份、二氧化铈粉末0.11份、氧化镨粉末0.07份、碳酸盐1.35份、钼铁粉0.65份、钒铁粉0.56份、锆铁粉0.25份、还原铁粉98.5份。
其中，碳酸盐的原料为碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铁、碳酸锰按重量比为3:2:1:4:2组成的混合物；
钼铁粉中钼元素的含量为60％，钒铁粉中钒元素的含量为65％，锆铁粉中锆元素的含量为65％；
焊接参数如下：焊接电流为600A，电弧电压为26V，送丝速度为520mm/min，焊丝伸出导电嘴的长度为25mm；
本发明提出的一种低合金结构钢用药芯焊丝的制备方法，按照以下工艺进行制备：将药芯中各原料过150目筛后混合均匀，然后加热至260℃，保温2h，得到预处理药芯粉末；将不锈钢轧制成U形槽，再向U形槽中加入预处理药芯粉末；将U形槽合口，使预处理药芯粉末包裹其中，然后在药芯焊丝成型机上闭合成O形，通过连续拉拔，减径，最后使其直径达到2mm，得到药芯焊丝。
对本发明实施例5中所述低合金结构钢用药芯焊丝焊接后的熔敷金属进行性能测试，与现有技术相比结果如下：
现有技术 实施例5
屈服强度/MPa 650 745
抗拉强度/MPa 610 695
-50℃冲击吸收功/J 140 190
伸长率/％ 22.5 23.2
通过上述表格可以看出，本发明所述低合金结构钢用药芯焊丝与现有技术相比，在屈服强度、抗拉强度、伸长率与低温冲击功发面都得到了提升，表现出的优异性能，更加适合生产使用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低合金结构钢用药芯焊丝，其特征在于，由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成，药芯的原料按重量份包括：铬粉1-2份、硅粉0.2-0.6份、锰粉0.1-0.2份、钛粉0.2-0.6份、硼化钛粉末0.6-1.2份、氮化硅粉末0.2-0.5份、镁铝合金粉末0.2-0.6份、二氧化钛粉末0.1-0.4份、氧化铁粉末0.3-0.7份、氧化铟粉末0.04-0.1份、二氧化铈粉末0.06-0.12份、氧化镨粉末0.06-0.12份、碳酸盐0.8-1.5份、钼铁粉0.5-1份、钒铁粉0.3-0.6份、锆铁粉0.2-0.5份、还原铁粉90-100份。
2.根据权利要求1所述低合金结构钢用药芯焊丝，其特征在于，碳酸盐的原料为碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铁、碳酸锰按重量比为2-4:1-2:1-2:2-4:1-2组成的混合物。
3.根据权利要求1所述低合金结构钢用药芯焊丝，其特征在于，钼铁粉中钼元素的含量为50-60％，钒铁粉中钒元素的含量为58-65％，锆铁粉中锆元素的含量为55-65％。
4.根据权利要求1所述低合金结构钢用药芯焊丝，其特征在于，焊接参数如下：焊接电流为500-600A，电弧电压为22-26V，送丝速度为480-520mm/min，焊丝伸出导电嘴的长度为15-25mm。
5.根据权利要求1所述低合金结构钢用药芯焊丝，其特征在于，药芯焊丝的填充率为35-42％。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述低合金结构钢用药芯焊丝的制备方法，其特征在于，按照以下工艺进行制备：将药芯中各原料过80-150目筛后混合均匀，然后加热至260-300℃，保温1-2h，得到预处理药芯粉末；将不锈钢轧制成U形槽，再向U形槽中加入预处理药芯粉末；将U形槽合口，使预处理药芯粉末包裹其中，然后在药芯焊丝成型机上闭合成O形，通过连续拉拔，减径，最后使其直径达到2-3mm，得到药芯焊丝。
7.根据权利要求6所述低合金结构钢用药芯焊丝的制备方法，其特征在于，按照以下工艺进行制备：将药芯中各原料过100-120目筛后混合均匀，然后加热至270-280℃，保温1.2-1.6h，得到预处理药芯粉末；将不锈钢轧制成U形槽，再向U形槽中加入预处理药芯粉末；将U形槽合口，使预处理药芯粉末包裹其中，然后在药芯焊丝成型机上闭合成O形，通过连续拉拔，减径，最后使其直径达到2.2-2.8mm，得到药芯焊丝。
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