CN107283088A - 无磁钢20Mn23Al用气保护药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了无磁钢20Mn23Al用气保护药芯焊丝，包括药芯和外皮，药芯由以下组分组成：铬粉20％‑35％，镍粉6％‑15％，钼粉5％‑13％，锰粉6％‑13％，硅铁粉0.5％‑4.5％，铌铁粉0.5％‑1.5％，钛铁粉0.5％‑1％，氟化钡粉10％‑17％，氧化镁粉5％‑13％，氧化铈粉0.5％‑1.5％，石英粉1％‑3.5％，金红石粉10％‑26％，锆英砂粉2％‑8％；用于20Mn23Al的焊接，得到具有高抗拉强度和耐蚀性的焊接接头；焊丝制备方法简单，便于进行大规模批量生产。

Description

无磁钢20Mn23Al用气保护药芯焊丝及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料焊接技术领域，具体涉及无磁钢20Mn23Al用气保护药芯焊丝，本发明还涉及该药芯焊丝的制备方法。
背景技术
无磁钢属Fe—Mn—Al—C系列奥氏体金属材料，20Mn23A1作为变压器专用低磁钢板，主要用于变压器铁芯拉杆、夹件、油箱壁、法兰等要求无磁的部件，由于其磁导率低而电阻率高。在磁场中的涡流损耗极小，从而提高变压器的使用性能，因此这种铁锰铝系低磁钢已在全国变压器制造厂得到广泛应用。而且力学性能优良，加工制造中切割、焊接、钻孔、弯曲等与普通钢材同样容易，与不锈钢相比，不但降低材料成本、提高产品性能，还可节省加工费用。现阶段对于无磁钢20Mn23Al的焊材研制较少，故特此研制一种无磁钢20Mn23Al的自保护药芯焊丝。
研制无磁钢20Mn23Al用气保护药芯焊丝，使焊接接头具有与无磁钢20Mn23Al匹配的力学性能与耐腐蚀性能，得到的焊接结构能够进一步推广无磁钢20Mn23Al的使用，并发挥其优势。
发明内容
本发明的目的是提供无磁钢20Mn23Al用气保护药芯焊丝，得到的焊接接头具有优良的力学性能。
本发明的另一个目的是提供无磁钢20Mn23Al用气保护药芯焊丝的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，无磁钢20Mn23Al用气保护药芯焊丝，包括药芯和外皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：铬粉20％-35％，镍粉6％-15％，钼粉5％-13％，锰粉6％-13％，硅铁粉0.5％-4.5％，铌铁粉0.5％-1.5％，钛铁粉0.5％-1％，氟化钡粉10％-17％，氧化镁粉5％-13％，氧化铈粉0.5％-1.5％，石英粉1％-3.5％，金红石粉10％-26％，锆英砂粉2％-8％，以上组分质量百分比之和为100％。
本发明的特点还在于：
外皮为316不锈钢钢带。
该药芯焊丝的填充量控制在18％-23％。
本发明所采用的第二个技术方案是，无磁钢20Mn23Al用气保护药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取铬粉20％-35％，镍粉6％-15％，钼粉5％-13％，锰粉6％-13％，硅铁粉0.5％-4.5％，铌铁粉0.5％-1.5％，钛铁粉0.5％-1％，氟化钡粉10％-17％，氧化镁粉5％-13％，氧化铈粉0.5％-1.5％，石英粉1％-3.5％，金红石粉10％-26％，锆英砂粉2％-8％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉和石英粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，烧结完毕后研磨、过筛，得到混合粉A；
步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、锰粉、硅铁粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉、锆英砂粉与步骤2得到的混合粉A混合均匀，放入炉子中烘干，得到药芯粉末；
步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3制备得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内，并进行拉拔，得到药芯焊丝；
步骤5：采用绕丝机把步骤4得到的药芯焊丝拉直、盘成圆盘，密封包装待用。
步骤2中：烧结温度为600-750℃，烧结时间为3-4h。
步骤3中：烘干温度为200-300℃，烘干时间为2-2.5h。
步骤4中：药芯焊丝的填充量控制在18％-23％。
本发明的有益效果是，(1)用于无磁钢20Mn23Al的焊接，相比焊条和实心焊丝而言，焊接飞溅少，焊缝成型美观，具有良好的焊接工艺；可得到具有较高抗拉强度和耐蚀性的焊接接头；适用于自动焊接设备，具有较高的生产效率；(2)本发明药芯焊丝制备方法简单，操作方便，便于进行大规模批量生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明无磁钢20Mn23Al用气保护药芯焊丝，包括药芯和外皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：铬粉20％-35％，镍粉6％-15％，钼粉5％-13％，锰粉6％-13％，硅铁粉0.5％-4.5％，铌铁粉0.5％-1.5％，钛铁粉0.5％-1％，氟化钡粉10％-17％，氧化镁粉5％-13％，氧化铈粉0.5％-1.5％，石英粉1％-3.5％，金红石粉10％-26％，锆英砂粉2％-8％，以上组分质量百分比之和为100％。
该药芯焊丝中各组分的作用和功能如下：
铬是强烈形成并稳定奥氏体的元素，缩小奥氏体区。随着铬含量的增加，一些金属间相(比如δ相)的形成倾向增大，Cr元素还具有显著提高焊缝金属耐蚀性的能力，使焊缝的耐蚀性能够达到使用的要求；
金属镍，还具有提高焊接接头韧性的作用；
石英，氟化钡，金红石，氧化铝具有造渣的作用，焊接时产生熔渣对熔池进行保护；
氟化钡是碱性渣，与石英，金红石，三者配合使用，可以调整熔渣的碱度。
上述无磁钢20Mn23Al用气保护药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取铬粉20％-35％，镍粉6％-15％，钼粉5％-13％，锰粉6％-13％，硅铁粉0.5％-4.5％，铌铁粉0.5％-1.5％，钛铁粉0.5％-1％，氟化钡粉10％-17％，氧化镁粉5％-13％，氧化铈粉0.5％-1.5％，石英粉1％-3.5％，金红石粉10％-26％，锆英砂粉2％-8％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉和石英粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中600-750℃烧结3-4h，烧结完毕后研磨、过筛，得到混合粉A；
步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、锰粉、硅铁粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉、锆英砂粉与步骤2得到的混合粉A混合均匀，放入炉子中200-300℃烘干2-2.5h，得到药芯粉末；
步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3制备得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内，药芯焊丝的填充量控制在18％-23％，并进行拉拔，得到药芯焊丝；
步骤5：采用绕丝机把步骤4得到的药芯焊丝拉直、盘成圆盘，密封包装待用。
实施例1
步骤1：分别称取铬粉360g，镍粉80g，钼粉70g，锰粉60g，硅铁粉10g，铌铁粉10g，钛铁粉5g，氟化钡粉120g，氧化镁粉50g，氧化铈粉10g，石英粉15g，金红石粉160g，锆英砂粉50g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉和石英粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中600℃烧结3h，烧结完毕后研磨、过80-120目筛，得到混合粉A；
步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、锰粉、硅铁粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉、锆英砂粉与步骤2得到的混合粉A混合均匀，放入炉子中200℃烘干2h，得到药芯粉末；
步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3制备得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内，药芯粉末填充量控制在18％，并进行拉拔至直径1.2mm，得到药芯焊丝；
步骤5：采用绕丝机把步骤4得到的药芯焊丝拉直、盘成圆盘，密封包装待用。
用实施例1所制得的药芯焊丝焊接无磁钢20Mn23Al，采用电弧焊(FCAW)，外加保护气体。焊接电流为170-190A，焊接电压为21-24V，保护气体为CO2，气体流速为16L/min。经测试，焊接接头的抗拉强度为550Mpa，屈服极限为263Mpa，冲击功为31J。性能符合无磁钢20Mn23Al使用要求。
实施例2
步骤1：分别称取铬粉280g，镍粉80g，钼粉100g，锰粉100g，硅铁粉5g，铌铁粉5g，钛铁粉5g，氟化钡粉100g，氧化镁粉100g，氧化铈粉5g，石英粉15g，金红石粉180g，锆英砂粉25g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉和石英粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中630℃烧结3.5h，烧结完毕后研磨、过80-120目筛，得到混合粉A；
步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、锰粉、硅铁粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉、锆英砂粉与步骤2得到的混合粉A混合均匀，放入炉子中220℃烘干2.5h，得到药芯粉末；
步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3制备得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内，药芯粉末填充量控制在19％，并进行拉拔至直径1.4mm，得到药芯焊丝；
步骤5：采用绕丝机把步骤4得到的药芯焊丝拉直、盘成圆盘，密封包装待用。
用实施例2所制得的药芯焊丝焊接无磁钢20Mn23Al，采用电弧焊(FCAW)，外加保护气体，焊接电流为170-200A，焊接电压为22-25V，保护气体为CO2，气体流速为16L/min。经测试，焊接接头的抗拉强度为565Mpa，屈服极限为270Mpa，冲击功为35J。性能符合无磁钢20Mn23Al使用要求。
实施例3
步骤1：分别称取铬粉305g，镍粉120g，钼粉60g，锰粉70g，硅铁粉30g，铌铁粉5g，钛铁粉5g，氟化钡粉130g，氧化镁粉70g，氧化铈粉5g，石英粉10g，金红石粉160g，锆英砂粉30g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉和石英粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中700℃烧结4h，烧结完毕后研磨、过80-120目筛，得到混合粉A；
步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、锰粉、硅铁粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉、锆英砂粉与步骤2得到的混合粉A混合均匀，放入炉子中300℃烘干3h，得到药芯粉末；
步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3制备得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内，药芯粉末填充量控制在23％，并进行拉拔至直径1.6mm，得到药芯焊丝；
步骤5：采用绕丝机把步骤4得到的药芯焊丝拉直、盘成圆盘，密封包装待用。
用实施例3所制得的药芯焊丝焊接无磁钢20Mn23Al，采用电弧焊(FCAW)，外加保护气体，焊接电流为170-190A，焊接电压为22-25V，保护气体为CO2，气体流速为15L/min。经测试，焊接接头的抗拉强度为583Mpa，屈服极限为279Mpa，冲击功为32J。性能符合无磁钢20Mn23Al使用要求。
实施例4
步骤1：分别称取铬粉210g，镍粉80g，钼粉110g，锰粉110g，硅铁粉20g，铌铁粉15g，钛铁粉15g，氟化钡粉150g，氧化镁粉80g，氧化铈粉15g，石英粉15g，金红石粉140g，锆英砂粉40g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉和石英粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中680℃烧结4h，烧结完毕后研磨、过80-120目筛，得到混合粉A；
步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、锰粉、硅铁粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉、锆英砂粉与步骤2得到的混合粉A混合均匀，放入炉子中280℃烘干3h，得到药芯粉末；
步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3制备得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内，药芯粉末填充量控制在22％，并进行拉拔至直径1.8mm，得到药芯焊丝；
步骤5：采用绕丝机把步骤4得到的药芯焊丝拉直、盘成圆盘，密封包装待用。
用实施例4所制得的药芯焊丝焊接无磁钢20Mn23Al，采用电弧焊(FCAW)，外加保护气体，焊接电流为170-190A，焊接电压为23-25V，保护气体为CO2，气体流速为15L/min。经测试，焊接接头的抗拉强度为568Mpa，屈服极限为269Mpa，冲击功为33J。性能符合无磁钢20Mn23Al使用要求。
实施例5
步骤1：分别称取铬粉315g，镍粉90g，钼粉70g，锰粉100g，硅铁粉5g，铌铁粉5g，钛铁粉5g，氟化钡粉100g，氧化镁粉100g，氧化铈粉5g，石英粉15g，金红石粉180g，锆英砂粉25g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉和石英粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中650℃烧结3.5h，烧结完毕后研磨、过80-120目筛，得到混合粉A；
步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、锰粉、硅铁粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉、锆英砂粉与步骤2得到的混合粉A混合均匀，放入炉子中260℃烘干2.5h，得到药芯粉末；
步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3制备得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内，药芯粉末填充量控制在23％，并进行拉拔至直径2.0mm，得到药芯焊丝；
步骤5：采用绕丝机把步骤4得到的药芯焊丝拉直、盘成圆盘，密封包装待用。
用实施例5所制得的药芯焊丝焊接无磁钢20Mn23Al，采用电弧焊(FCAW)，外加保护气体，焊接电流为170-190A，焊接电压为23-25V，保护气体为CO2，气体流速为15L/min。经测试，焊接接头的抗拉强度为553Mpa，屈服极限为243Mpa，冲击功为35J。性能符合无磁钢20Mn23Al使用要求。
本发明药芯焊丝用于无磁钢20Mn23Al的焊接，用于无磁钢20Mn23Al的焊接，相比焊条和实心焊丝而言，焊接飞溅少，焊缝成型美观，具有良好的焊接工艺；可得到具有较高抗拉强度和耐蚀性的焊接接头；适用于自动焊接设备，具有较高的生产效率；本发明药芯焊丝制备方法简单，操作方便，便于进行大规模批量生产。

Claims (7)

1.无磁钢20Mn23Al用气保护药芯焊丝，其特征在于，包括药芯和外皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：铬粉20％-35％，镍粉6％-15％，钼粉5％-13％，锰粉6％-13％，硅铁粉0.5％-4.5％，铌铁粉0.5％-1.5％，钛铁粉0.5％-1％，氟化钡粉10％-17％，氧化镁粉5％-13％，氧化铈粉0.5％-1.5％，石英粉1％-3.5％，金红石粉10％-26％，锆英砂粉2％-8％，以上组分质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的无磁钢20Mn23Al用气保护药芯焊丝，其特征在于，外皮为316不锈钢钢带。
3.根据权利要求1所述的无磁钢20Mn23Al用气保护药芯焊丝，其特征在于，该药芯焊丝的填充量控制在18％-23％。
4.无磁钢20Mn23Al用气保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取铬粉20％-35％，镍粉6％-15％，钼粉5％-13％，锰粉6％-13％，硅铁粉0.5％-4.5％，铌铁粉0.5％-1.5％，钛铁粉0.5％-1％，氟化钡粉10％-17％，氧化镁粉5％-13％，氧化铈粉0.5％-1.5％，石英粉1％-3.5％，金红石粉10％-26％，锆英砂粉2％-8％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉和石英粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，烧结完毕后研磨、过筛，得到混合粉A；
步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、锰粉、硅铁粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉、锆英砂粉与步骤2得到的混合粉A混合均匀，放入炉子中烘干，得到药芯粉末；
步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3制备得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内，并进行拉拔，得到药芯焊丝；
步骤5：采用绕丝机把步骤4得到的药芯焊丝拉直、盘成圆盘，密封包装待用。
5.根据权利要求4所述的无磁钢20Mn23Al用气保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤2中：烧结温度为600-750℃，烧结时间为3-4h。
6.根据权利要求4所述的无磁钢20Mn23Al用气保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤3中：烘干温度为200-300℃，烘干时间为2-2.5h。
7.根据权利要求4所述的无磁钢20Mn23Al用气保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤4中：药芯焊丝的填充量控制在18％-23％。
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