CN107378304A

CN107378304A - PH13‑8Mo不锈钢用气保护型焊丝及其制备方法

Info

Publication number: CN107378304A
Application number: CN201710565108.9A
Authority: CN
Inventors: 张敏; 王裕; 李乐; 程康; 慕二龙; 史杰
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Li Ranran
Priority date: 2017-07-12
Filing date: 2017-07-12
Publication date: 2017-11-24
Anticipated expiration: 2037-07-12
Also published as: CN107378304B

Abstract

本发明PH13‑8Mo不锈钢用气保护型焊丝，由外皮和药芯组成，外皮材料为低碳钢钢带，从根本上解决了拉丝过程中现有不锈钢外皮带来的加工硬化的缺点；药芯配比出接近母材的成分，用于PH13‑8Mo马氏体时效不锈钢的焊接时，焊接时飞溅少，焊缝成型美观，具有很好的焊接工艺性；本发明还提供了上述焊丝的制备方法，将萤石、石英、纯碱和氧化镁加入粘结剂混合后烧结，研磨后过筛；将其与金属钼、金属镍、金属铬、电解铝、铁粉、金红石、锆英砂、硅铁、硼粉和稀土混合后烘干得到药芯；将药芯添加到碳钢钢带轧制成的U型槽、碾压闭合、拉拔、拉直，盘成圆盘，密封包装即可得到，制备方法简单，易于实现。

Description

PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝及其制备方法

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝，本发明还涉及该焊丝的制备方法。

背景技术

PH13-8Mo不锈钢属于高强钢的一种，是一种马氏体沉淀硬化性不锈钢0Cr13Ni8Mo2Al。这种钢一般用于制造工作温度在400℃以下的高强耐蚀承力构件，如发动机零件、紧固件等。PH13-8Mo不锈钢在航空承力耐蚀中温结构件方面的应用十分广泛，现已代替17-4PH钢应用于美国海军舰载机F/A18超级大黄蜂和E-2C鹰眼预警机的起落架中；此外，空客A340-300型客机的机翼梁也采用了该钢。在对高强度和高韧性，特别是冲击性能，有特殊要求的部位，如机身框架，均要求使用PH13-8Mo不锈钢。目前，PH13-8Mo不锈钢作为高强度耐腐蚀结构材料已广泛用于海上平台、航空、航天等。

PH13-8Mo不锈钢鲜有与之匹配的焊材，但是高强钢又是一个不可避免的发展趋势，所以研制与之匹配的焊材就相当必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝，用于PH13-8Mo马氏体时效不锈钢的焊接，解决焊丝拉丝时产生的加工硬化，得到的焊缝具有高耐蚀性能和良好的力学性能。

本发明还提供了上述焊丝的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：

金属铬7％-15％，金属镍6％-10％，金属钼12％-18％，电解铝4％-8％，石英1％-3％，萤石20％-26％，金红石12％-18％，锆英砂5％-8％，纯碱1％-2％，氧化镁6％-10％，硅铁1％-2％，硼粉和稀土各1％-2％，余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。

本发明的特点还在于：

药芯的填充率为20％-28％。

外皮材料为低碳钢钢带。

本发明所采用的另一个技术方案是，一种PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、按质量百分比分别称取如下原料：

金属铬7％-15％，金属镍6％-10％，金属钼12％-18％，电解铝4％-8％，石英1％-3％，萤石20％-26％，金红石12％-18％，锆英砂5％-8％，纯碱1％-2％，氧化镁6％-10％，硅铁1％-2％，硼粉和稀土各1％-2％，余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2、将步骤1中称取的萤石、石英、纯碱和氧化镁混合，得到混合药粉A，向混合药粉A中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，之后置于加热炉中烧结，再依次进行研磨、过筛处理，得到混合药粉B，其中，添加的水玻璃粘结剂的质量为混合药粉A质量的15％-21％；

步骤3、将步骤1中称取的金属钼、金属镍、金属铬、电解铝、铁粉、金红石、锆英砂、硅铁、硼粉和稀土与步骤2制得的混合粉B混合，搅拌均匀后烘干，得到药芯粉末；

步骤4、称取外皮，将外皮置于药芯焊丝成型机的放带机上，将外皮轧制成U型槽，然后向U型槽中添加经步骤3得到的药芯粉末，再通过成型机将U型槽外皮闭合、拉拔，得到药芯焊丝半成品；

步骤5、用拉丝机将步骤4制备得到的药芯焊丝半成品拉直，盘成圆盘，密封包装，最终得到PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝。

步骤2中：烧结温度为650℃-800℃，烧结时间为3h-4h。

步骤3中：烘干温度为200℃-300℃，烘干时间为2h-3h。

步骤4中：外皮材料为低碳钢钢带。

步骤4中：药芯的填充率为20％-28％。

本发明的有益效果在于：

本发明PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝，由外皮和药芯组成，外皮材料为低碳钢钢带，从根本上解决了拉丝过程中现有不锈钢外皮带来的加工硬化的缺点；药芯配比出接近母材的成分，用于PH13-8Mo马氏体时效不锈钢的焊接时，选用CO₂作为保护气体，焊接成本低，效率高，焊接时飞溅少，焊缝成型美观，具有很好的焊接工艺性；

本发明还提供了上述焊丝的制备方法，将萤石、石英、纯碱和氧化镁加入粘结剂混合后烧结，研磨后过筛；将其与金属钼、金属镍、金属铬、电解铝、铁粉、金红石、锆英砂、硅铁、硼粉和稀土混合后烘干得到药芯；将药芯添加到碳钢钢带轧制成的U型槽、碾压闭合、拉拔、拉直，盘成圆盘，密封包装即可得到，制备方法简单，易于实现。

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。

本发明所采用的技术方案是，一种PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：

其中，药芯中各组分的作用：

金属钼、铬，硅铁，具有铁素体化的作用，铝具有促进针状铁素体的形，使焊缝中有生成铁素体的趋势，镍具有奥氏体化的作用，使焊缝中有生成奥氏体的趋势，金属粉配合使用，从而使得奥氏体与铁素体在焊缝中形成比例与母材相似；

金属铬用来提高强度；Cr生成的钝化膜对不锈钢起到保护的作用。适量的铬元素能提高焊缝金属的强韧性；

金属镍，在焊缝金属中也能起到一定的固溶强化作用，可以促进针状铁素体析出，并细化晶粒；

电解铝粉，在焊缝金属中起到了提高焊接接头的韧性；

萤石，用于除去焊缝中的扩散氢，并且用来造气和造渣，适合于气保护药芯焊丝，可以实现气渣联合保护，对焊缝成形有很好的促进作用，可以进行造气和造渣，从而形成较为有效的气-渣联合自保护环境，再外加保护气使焊缝保护的更加完全；

金红石，适量的金红石不仅稳弧，而且减少焊接飞溅，还能促进熔池金属的铺展，使焊缝成型良好以减少焊缝中气孔的形成；还能用来使焊丝药芯在焊接熔化的过程中实现“短渣”的特性，对焊缝熔态金属的铺展十分有利，还可以起到稳定电弧的作用；

锆英砂，熔化产生两种变体，一种单斜晶体，另一种稳定的正方晶体；晶体转变体积发生约7％变化，利用这一特性可以改善焊剂的脱渣性能，有利于脱渣；

氧化镁，石英具有造渣的作用，在焊接时，形成的熔渣可以对熔池起到保护作用；氧化镁调节药芯焊丝中的碱度，制成低碱焊丝，此类焊丝具有优异的力学性能，满足该类钢的使用要求；

纯碱，可以在不影响熔敷金属冲击韧性的条件下抑制氮气孔的产生，Na的沸点很低，影响熔敷金属的组织和力学性能不会因为脱渣不干净而受到影响；

稀土、硼粉在焊缝的熔敷金属中起到细化晶粒的作用；

硅铁、铁用来补充剩余质量，使得药芯焊丝的药粉的质量达到100％；

药芯的填充率为20％-28％；

外皮材料为低碳钢钢带；

本发明PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、按质量百分比分别称取如下原料：

步骤2、将步骤1中称取的萤石、石英、纯碱和氧化镁混合，得到混合药粉A，向混合药粉A中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，其中，添加的水玻璃粘结剂的质量为混合药粉A质量的15％-21％，之后置于加热炉中烧结，烧结温度为650℃-800℃，烧结时间为3h-4h，再依次进行研磨、过筛处理，得到混合药粉B；

步骤3、将步骤1中称取的金属钼、金属镍、金属铬、电解铝、铁粉、金红石、锆英砂、硅铁、硼粉和稀土与步骤2制得的混合粉B混合，搅拌均匀后烘干，烘干温度为200℃-300℃，烘干时间为2h-3h，得到药芯粉末；

步骤4、称取低碳钢钢带外皮，将外皮置于药芯焊丝成型机的放带机上，将外皮轧制成U型槽，然后向U型槽中添加经步骤3得到的药芯粉末，药芯的填充率为20％-28％，再通过成型机将U型槽外皮闭合、拉拔，得到药芯焊丝半成品；

步骤5、用拉丝机将步骤4制备得到的药芯焊丝半成品拉直，盘成圆盘，密封包装，最终得到PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝；

一般，将药芯焊丝的直径拉拔至1.2mm-2.0mm；

其中，稀土主要成分为氧化铈。

实施例1

制备PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝：

步骤1，称取萤石220g、石英20g、纯碱10g和氧化镁70g混合，得到混合药粉A，向混合药粉A中加入48g水玻璃粘结剂并混合均匀，之后置于加热炉中烧结，烧结温度为650℃，烧结时间为3h，再依次进行研磨、过筛处理，过筛的目数为140目(即109μm)，得到混合粉B；

步骤2，金属钼140g、金属镍80g、金属铬100g、电解铝60g、铁粉70g、金红石140g、锆英砂60g、硅铁10g、硼粉10g和稀土10g与步骤1制得的混合粉B混合，搅拌均匀后放入烘干炉中烘烤2h，烘烤温度为200℃，得到药芯粉末；

步骤3，称取低碳钢钢带，其中钢带宽度为7mm、厚度为0.3mm，放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加经步骤2得到的药芯粉末，药芯的填充率控制为20％，再通过成型机将碳钢钢带轧制成U型槽碾压闭合，拉拔，第一道拉拔工序完毕后，磨具孔径以次换至2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.4mm、1.2mm、1.2mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.2mm，得到药芯焊丝半成品；

步骤4，最后用拉丝机将步骤3制备得到的药芯焊丝半成品拉直，盘成圆盘，密封包装，最终得到PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝。

采用实施例1的方法制得的PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(FCAW-G)，焊接工艺为：保护气体为CO₂、焊接电流为250A-270A，焊接电压为22.5V-24.6V；最终测得焊接接头的抗拉强度为887Mpa，屈服极限为679Mpa，断面收缩率57％，冲击功为56J。性能符合PH13-8Mo马氏体时效不锈钢的使用要求。

实施例2

步骤1，称取萤石200g、石英20g、纯碱15g和氧化镁80g混合，得到混合药粉A，向混合药粉A中加入66.2g水玻璃粘结剂并混合均匀，之后置于加热炉中烧结，烧结温度为800℃，烧结时间为4h，再依次进行研磨、过筛处理，过筛的目数为140目(即109μm)，得到混合粉B；

步骤2，金属钼160g、金属镍100g、金属铬120g、电解铝70g、铁粉35g、金红石120g、锆英砂50g、硅铁10g、硼粉10g和稀土10g与步骤1制得的混合粉B混合，搅拌均匀后放入烘干炉中烘烤3h，烘烤温度为300℃，得到药芯粉末；

步骤3，称取低碳钢钢带，其中钢带宽度为7mm、厚度为0.3mm，放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加经步骤2得到的药芯粉末，药芯的填充率控制为22％，再通过成型机将碳钢钢带轧制成U型槽碾压闭合，拉拔，第一道拉拔工序完毕后，磨具孔径以次换至2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.4mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.4mm，得到药芯焊丝半成品；

采用实施例2的方法制得的PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝，焊接工艺为：保护气体为CO₂、焊接电流为250A-270A，焊接电压为22.5V-24.6V；最终测得焊接接头的抗拉强度为783Mpa，屈服极限为621Mpa，断面收缩率52％，冲击功为54J。性能符合PH13-8Mo马氏体时效不锈钢的使用要求。

实施例3

步骤1，称取萤石200g、石英10g、纯碱15g和氧化镁60g混合，得到混合药粉A，向混合药粉A中加入57g水玻璃粘结剂并混合均匀，之后置于加热炉中烧结，烧结温度为700℃，烧结时间为3.5h，再依次进行研磨、过筛处理，过筛的目数为140目(即109μm)，得到混合粉B；

步骤2，金属钼180g、金属镍70g、金属铬90g、电解铝60g、铁粉40g、金红石150g、锆英砂80g、硅铁15g、硼粉15g和稀土15g与步骤1制得的混合粉B混合，搅拌均匀后放入烘干炉中烘烤2.5h，烘烤温度为250℃，得到药芯粉末；

步骤3，称取低碳钢钢带，其中钢带宽度为7mm、厚度为0.3mm，放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加经步骤2得到的药芯粉末，药芯的填充率控制为24％，再通过成型机将碳钢钢带轧制成U型槽碾压闭合，拉拔，第一道拉拔工序完毕后，磨具孔径以次换至2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.6mm，得到药芯焊丝半成品；

采用实施例3的方法制得的PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝，焊接工艺为：保护气体为CO₂、焊接电流为250A-270A，焊接电压为22.5V-24.6V；最终测得焊接接头的抗拉强度为845Mpa，屈服极限为678Mpa，断面收缩率53％，冲击功为59J。性能符合PH13-8Mo马氏体时效不锈钢的使用要求。

实施例4

步骤1，称取萤石260g、石英10g、纯碱10g和氧化镁60g混合，得到混合药粉A，向混合药粉A中加入65g水玻璃粘结剂并混合均匀，之后置于加热炉中烧结，烧结温度为750℃，烧结时间为3.5h，再依次进行研磨、过筛处理，过筛的目数为140目(即109μm)，得到混合粉B；

步骤2，金属钼130g、金属镍70g、金属铬150g、电解铝80g、铁粉30g、金红石120g、锆英砂50g、硅铁10g、硼粉10g和稀土10g与步骤1制得的混合粉B混合，搅拌均匀后放入烘干炉中烘烤3h，烘烤温度为300℃，得到药芯粉末；

步骤3，称取低碳钢钢带，其中钢带宽度为7mm、厚度为0.3mm，放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加经步骤2得到的药芯粉末，药芯的填充率控制为26％，再通过成型机将碳钢钢带轧制成U型槽碾压闭合，拉拔，第一道拉拔工序完毕后，磨具孔径以次换至2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.8mm，得到药芯焊丝半成品；

采用实施例4的方法制得的PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝，焊接工艺为：保护气体为CO₂、焊接电流为250A-270A，焊接电压为22.5V-24.6V；最终测得焊接接头的抗拉强度为865Mpa，屈服极限为607Mpa，断面收缩率55％，冲击功为63J。性能符合PH13-8Mo马氏体时效不锈钢的使用要求。

实施例5

步骤1，称取萤石200g、石英30g、纯碱20g和氧化镁60g混合，得到混合药粉A，向混合药粉A中加入60g水玻璃粘结剂并混合均匀，之后置于加热炉中烧结，烧结温度为700℃，烧结时间为3.5h，再依次进行研磨、过筛处理，过筛的目数为140目(即109μm)，得到混合粉B；

步骤2，金属钼120g、金属镍60g、金属铬70g、电解铝40g、铁粉90g、金红石150g、锆英砂60g、硅铁10g、硼粉150和稀土10g与步骤1制得的混合粉B混合，搅拌均匀后放入烘干炉中烘烤2.5h，烘烤温度为200℃，得到药芯粉末；

步骤3，称取低碳钢钢带，其中钢带宽度为7mm、厚度为0.3mm，放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将碳钢钢带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加经步骤2得到的药芯粉末，药芯的填充率控制为28％，再通过成型机将碳钢钢带轧制成U型槽碾压闭合，拉拔，第一道拉拔工序完毕后，磨具孔径以次换至2.4mm、2.2mm、2.0mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为2.0mm，得到药芯焊丝半成品；

采用实施例5的方法制得的PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝，焊接工艺为：保护气体为CO₂、焊接电流为250A-270A，焊接电压为22.5V-24.6V；最终测得焊接接头的抗拉强度为845Mpa，屈服极限为783Mpa，断面收缩率52％，冲击功为51J。性能符合PH13-8Mo马氏体时效不锈钢的使用要求。

本发明PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝，由外皮和药芯组成，外皮材料为低碳钢钢带，从根本上解决了拉丝过程中现有不锈钢外皮带来的加工硬化的缺点；药芯配比出接近母材的成分，用于PH13-8Mo马氏体时效不锈钢的焊接时，焊接时飞溅少，焊缝成型美观，具有很好的焊接工艺性；

本发明还提供了上述PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝的制备方法，将萤石、石英、纯碱和氧化镁加入粘结剂混合后烧结，研磨后过筛；将其与金属钼、金属镍、金属铬、电解铝、铁粉、金红石、锆英砂、硅铁、硼粉和稀土混合后烘干得到药芯；将药芯添加到碳钢钢带轧制成的U型槽、碾压闭合、拉拔、拉直，盘成圆盘，密封包装即可得到，制备方法简单，易于实现。

Claims

1.PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝，其特征在于，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比由以下组分组成：

金属铬7％-15％，金属镍6％-10％，钼12％-18％，电解铝4％-8％，石英1％-3％，萤石20％-26％，金红石12％-18％，锆英砂5％-8％，纯碱1％-2％，氧化镁6％-10％，硅铁1％-2％，硼粉和稀土各1％-2％，余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。

2.根据权利要求1所述的PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝，其特征在于，所述药芯的填充率为20％-28％。

3.根据权利要求1或2所述的PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝，其特征在于，所述外皮材料为低碳钢钢带。

4.一种如权利要求1所述的PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、按质量百分比分别称取如下原料：

5.根据权利要求4所述的PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤2中：烧结温度为650℃-800℃，烧结时间为3h-4h。

6.根据权利要求4所述的PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤3中：烘干温度为200℃-300℃，烘干时间为2h-3h。

7.根据权利要求4所述的PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝的制备方法，所述步骤4中：外皮材料为低碳钢钢带。

8.根据权利要求4所述的PH13-8Mo不锈钢用气保护型焊丝的制备方法，所述步骤4中：药芯的填充率为20％-28％。