CN107378306B - Wh80钢用自保护型药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

Wh80钢用自保护型药芯焊丝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了WH80钢用自保护型药芯焊丝，包括药芯和药皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：铬粉1％‑4％，镍粉4％‑8％，钼粉1.5％‑3.5％，锰粉8％‑12％，硅铁粉0.5％‑1.5％，镁铝粉2％‑6％，铌铁粉0.5％‑1.5％，钛铁粉0.5％‑1％，氟化钡粉13％‑17％，氧化镁粉10％‑16％，氧化铝粉1％‑5％，氧化铈粉1％‑3％，石英粉1％‑4％，金红石粉20％‑28％，锆英砂粉3％‑7％，碳酸锂粉2％‑4％，碳酸钙粉1％‑3％，氧化铁粉4％‑8％，以上组分质量百分比之和为100％；不需外加保护气体，可实现自保护焊接；药芯焊丝制备方法简单，便于进行大规模批量生产。

Description

WH80钢用自保护型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WH80钢用自保护型药芯焊丝，本发明还涉及该药芯焊丝的制备方法。
背景技术
WH80钢是低碳低合金高强钢，调质钢WH80具有高强度、良好的低温冲击韧性，抗层状撕裂性能、较低的时效敏感性系数。该钢采用低碳低合金的化学成分设计，运用控制轧制和控制冷却技术，使WH80具有比传统调质钢更低的碳当量和焊接裂纹敏感性系数。WH80钢属于高强钢结构钢，用于工程机械、矿山机械、煤矿机械、环保机械、冶金机械等企业制造液压支架、吊车伸长臂、起重机伸长臂、挖掘机支撑臂等。自保护药芯焊丝由于是在没有外加气体保护的条件下进行焊接的。所以药芯中要加入一定量的焊剂，主要依靠药芯焊丝自身产生的熔渣，气体对焊接熔池进行保护，同时焊剂中还需加入一定量的脱氧剂，如硅铁、锰铁、铝镁等组分除去熔池中的有害杂质氧元素。自保护药芯焊丝所用焊剂中需要含有造渣剂，造气剂，脱氧剂，三种成分，从造渣，造气，脱氧，三个层次对熔池进行保护，才能达到理想的保护效果。
发明内容
本发明的目的是提供WH80钢用自保护型药芯焊丝，实现WH80钢焊接接头力学性能优良。
本发明的另一个目的是提供WH80钢用自保护型药芯焊丝的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，WH80钢用自保护型药芯焊丝，包括药芯和药皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：药芯和药皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：铬粉1％-4％，镍粉4％-8％，钼粉1.5％-3.5％，锰粉8％-12％，硅铁粉0.5％-1.5％，镁铝粉2％-6％，铌铁粉0.5％-1.5％，钛铁粉0.5％-1％，氟化钡粉13％-17％，氧化镁粉10％-16％，氧化铝粉1％-5％，氧化铈粉1％-3％，石英粉1％-4％，金红石粉20％-28％，锆英砂粉3％-7％，碳酸锂粉2％-4％，碳酸钙粉1％-3％，氧化铁粉4％-8％，以上组分质量百分比之和为100％。
本发明的特点还在于：
药皮为碳钢钢带。
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，WH80钢用自保护型药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：分别称取铬粉1％-4％，镍粉4％-8％，钼粉1.5％-3.5％，锰粉8％-12％，硅铁粉0.5％-1.5％，镁铝粉2％-6％，铌铁粉0.5％-1.5％，钛铁粉0.5％-1％，氟化钡粉13％-17％，氧化镁粉10％-16％，氧化铝粉1％-5％，氧化铈粉1％-3％，石英粉1％-4％，金红石粉20％-28％，锆英砂粉3％-7％，碳酸锂粉2％-4％，碳酸钙粉1％-3％，氧化铁粉4％-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、石英粉、氧化铁粉、碳酸锂粉和碳酸钙粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后置于加热炉中烧结，烧结结束后研磨、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、镁铝粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉和锆英砂粉与步骤1得到的混合粉A混合，并置于烘干炉中烘干，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碳钢钢带内，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600-700℃，烧结时间为3-4h。
步骤2中：过筛采用粒度为80-120目筛网。
步骤3中：烘干温度为220-300℃，烘干时间为2-3h。
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)采用本发明药芯焊丝施焊时不需外加保护气体，可实现自保护焊接；相比焊条和实心焊丝而言，焊接飞溅少，焊缝成型美观，具有很好的焊接工艺性；用于低合金高强钢的焊接，可得到具有较高抗拉强度和耐蚀性的焊接接头；(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WH80钢用自保护型药芯焊丝，包括药芯和药皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：铬粉1％-4％，镍粉4％-8％，钼粉1.5％-3.5％，锰粉8％-12％，硅铁粉0.5％-1.5％，镁铝粉2％-6％，铌铁粉0.5％-1.5％，钛铁粉0.5％-1％，氟化钡粉13％-17％，氧化镁粉10％-16％，氧化铝粉1％-5％，氧化铈粉1％-3％，石英粉1％-4％，金红石粉20％-28％，锆英砂粉3％-7％，碳酸锂粉2％-4％，碳酸钙粉1％-3％，氧化铁粉4％-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：
金属铬一方面具有提高接头耐蚀性的作用，另一方面对强度的提高也有一定作用，使焊接接头符合不锈钢的使用要求；
金属镍，Ni使奥氏体形成并稳定的元素，在焊缝金属中也能起到一定的固溶强化作用，还具有提高焊接接头韧性的作用；
铝镁合金粉合金是自保护药芯焊丝中常用的脱氧脱氮剂。铝镁合金粉具有除氧的作用，焊接时易与氧气结合，从而保护了其他组分；
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，石英，金红石，氧化铝是酸性渣，四者配合使用，可以调整熔渣的碱度，并且调节焊接性能。
上述WH80钢用自保护型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1％-4％，镍粉4％-8％，钼粉1.5％-3.5％，锰粉8％-12％，硅铁粉0.5％-1.5％，镁铝粉2％-6％，铌铁粉0.5％-1.5％，钛铁粉0.5％-1％，氟化钡粉13％-17％，氧化镁粉10％-16％，氧化铝粉1％-5％，氧化铈粉1％-3％，石英粉1％-4％，金红石粉20％-28％，锆英砂粉3％-7％，碳酸锂粉2％-4％，碳酸钙粉1％-3％，氧化铁粉4％-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、石英粉、氧化铁粉、碳酸锂粉和碳酸钙粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后置于加热炉中烧结，烧结温度为600-700℃，烧结时间为3-4h，烧结结束后研磨、过筛，过筛采用粒度为80-120目筛网，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、镁铝粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉和锆英砂粉与步骤1得到的混合粉A混合，并置于烘干炉中烘干，烘干温度为220-300℃，烘干时间为2-3h，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碳钢钢带内，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20g，镍粉60g，钼粉20g，锰粉100g，硅铁粉10g，镁铝粉60g，铌铁粉10g，钛铁粉10g，氟化钡粉140g，氧化镁粉130g，氧化铝粉30g，氧化铈粉10g，石英粉20g，金红石粉220g，锆英砂粉40g，碳酸锂粉30g，碳酸钙粉30g，氧化铁粉40g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉、石英粉、氧化铁粉、碳酸锂粉和碳酸钙粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后置于加热炉中烧结，烧结温度为600℃，烧结时间为3h，烧结结束后研磨、过筛，过筛采用粒度为80-120目筛网，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、镁铝粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉和锆英砂粉与步骤1得到的混合粉A混合，并置于烘干炉中烘干，烘干温度为220℃，烘干时间为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碳钢钢带内，药芯焊丝的填充量控制在18％，并进行拉拔至直径为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制备的药芯焊丝，适用于电弧焊(FCAW)，焊接电流为160-190A，焊接电压为21-24V。经测试，焊接接头力学性能为：抗拉强度为810Mpa，屈服极限为670Mpa，冲击功为125J。性能符合高强钢WH80使用要求。
实施例2
步骤1：分别称取铬粉30g，镍粉70g，钼粉20g，锰粉110g，硅铁粉10g，镁铝粉60g，铌铁粉15g，钛铁粉7g，氟化钡粉160g，氧化镁粉100g，氧化铝粉30g，氧化铈粉20g，石英粉20g，金红石粉210g，锆英砂粉38g，碳酸锂粉40g，碳酸钙粉20g，氧化铁粉40g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉、石英粉、氧化铁粉、碳酸锂粉和碳酸钙粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后置于加热炉中烧结，烧结温度为650℃，烧结时间为3.5h，烧结结束后研磨、过筛，过筛采用粒度为80-120目筛网，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、镁铝粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉和锆英砂粉与步骤1得到的混合粉A混合，并置于烘干炉中烘干，烘干温度为250℃，烘干时间为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碳钢钢带内，药芯焊丝的填充量控制在19％，并进行拉拔至直径为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制备的药芯焊丝，适用于电弧焊(FCAW)，焊接电流为170-210A，焊接电压为21-23V。经测试，焊接接头力学性能为：抗拉强度为833Mpa，屈服极限为659Mpa，冲击功为129J。性能符合高强钢WH80使用要求。
实施例3
步骤1：分别称取铬粉35g，镍粉75g，钼粉35g，锰粉120g，硅铁粉15g，镁铝粉60g，铌铁粉7g，钛铁粉7g，氟化钡粉150g，氧化镁粉110g，氧化铝粉10g，氧化铈粉10g，石英粉20g，金红石粉230g，锆英砂粉30g，碳酸锂粉20g，碳酸钙粉25g，氧化铁粉40g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉、石英粉、氧化铁粉、碳酸锂粉和碳酸钙粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后置于加热炉中烧结，烧结温度为700℃，烧结时间为4h，烧结结束后研磨、过筛，过筛采用粒度为80-120目筛网，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、镁铝粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉和锆英砂粉与步骤1得到的混合粉A混合，并置于烘干炉中烘干，烘干温度为300℃，烘干时间为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碳钢钢带内，药芯焊丝的填充量控制在20％，并进行拉拔至直径为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制备的药芯焊丝，适用于电弧焊(FCAW)，焊接电流为200-220A，焊接电压为22-24V。经测试，焊接接头力学性能为：抗拉强度为835Mpa，屈服极限为664Mpa，冲击功为132J。性能符合高强钢WH80使用要求。
实施例4
步骤1：分别称取铬粉25g，镍粉65g，钼粉25g，锰粉95g，硅铁粉15g，镁铝粉50g，铌铁粉15g，钛铁粉5g，氟化钡粉150g，氧化镁粉120g，氧化铝粉30g，氧化铈粉20g，石英粉20g，金红石粉240g，锆英砂粉50g，碳酸锂粉30g，碳酸钙粉20g，氧化铁粉30g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉、石英粉、氧化铁粉、碳酸锂粉和碳酸钙粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后置于加热炉中烧结，烧结温度为680℃，烧结时间为4h，烧结结束后研磨、过筛，过筛采用粒度为80-120目筛网，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、镁铝粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉和锆英砂粉与步骤1得到的混合粉A混合，并置于烘干炉中烘干，烘干温度为220℃，烘干时间为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碳钢钢带内，药芯焊丝的填充量控制在23％，并进行拉拔至直径为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制备的药芯焊丝，适用于电弧焊(FCAW)，焊接电流为210-230A，焊接电压为22-24V。经测试，焊接接头力学性能为：抗拉强度为843Mpa，屈服极限为662Mpa，冲击功为128J。性能符合高强钢WH80使用要求。
实施例5
步骤1：分别称取铬粉25g，镍粉60g，钼粉20g，锰粉100g，硅铁粉10g，镁铝粉65g，铌铁粉10g，钛铁粉10g，氟化钡粉150g，氧化镁粉120g，氧化铝粉30g，氧化铈粉15g，石英粉15g，金红石粉250g，锆英砂粉40g，碳酸锂粉20g，碳酸钙粉15g，氧化铁粉45g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉、石英粉、氧化铁粉、碳酸锂粉和碳酸钙粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后置于加热炉中烧结，烧结温度为680℃，烧结时间为3h，烧结结束后研磨、过筛，过筛采用粒度为80-120目筛网，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、镁铝粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉和锆英砂粉与步骤1得到的混合粉A混合，并置于烘干炉中烘干，烘干温度为220℃，烘干时间为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碳钢钢带内，药芯焊丝的填充量控制在23％，并进行拉拔至直径为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制备的药芯焊丝，适用于电弧焊(FCAW)，外加保护气体，焊接电流为160-180A，焊接电压为22-25V。经测试，焊接接头力学性能为：抗拉强度为825Mpa，屈服极限为664Mpa，冲击功为128J。性能符合高强钢WH80使用要求。
本发明药芯焊丝包括药芯和药皮，采用本发明药芯焊丝施焊时不需外加保护气体，可实现自保护焊接；相比焊条和实心焊丝而言，焊接飞溅少，焊缝成型美观，具有很好的焊接工艺性；用于低合金高强钢的焊接，可得到具有较高抗拉强度和耐蚀性的焊接接头；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.WH80钢用自保护型药芯焊丝，其特征在于，包括药芯和药皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：铬粉1％-4％，镍粉4％-8％，钼粉1.5％-3.5％，锰粉8％-12％，硅铁粉0.5％-1.5％，镁铝粉2％-6％，铌铁粉0.5％-1.5％，钛铁粉0.5％-1％，氟化钡粉13％-17％，氧化镁粉10％-16％，氧化铝粉1％-5％，氧化铈粉1％-3％，石英粉1％-4％，金红石粉20％-28％，锆英砂粉3％-7％，碳酸锂粉2％-4％，碳酸钙粉1％-3％，氧化铁粉4％-8％，以上组分质量百分比之和为100％；
所述药芯焊丝的填充量控制在18％～23％。
2.根据权利要求1所述的WH80钢用自保护型药芯焊丝，其特征在于，药皮为碳钢钢带。
3.WH80钢用自保护型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1％-4％，镍粉4％-8％，钼粉1.5％-3.5％，锰粉8％-12％，硅铁粉0.5％-1.5％，镁铝粉2％-6％，铌铁粉0.5％-1.5％，钛铁粉0.5％-1％，氟化钡粉13％-17％，氧化镁粉10％-16％，氧化铝粉1％-5％，氧化铈粉1％-3％，石英粉1％-4％，金红石粉20％-28％，锆英砂粉3％-7％，碳酸锂粉2％-4％，碳酸钙粉1％-3％，氧化铁粉4％-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、石英粉、氧化铁粉、碳酸锂粉和碳酸钙粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后置于加热炉中烧结，烧结结束后研磨、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、镁铝粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉和锆英砂粉与步骤1得到的混合粉A混合，并置于烘干炉中烘干，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碳钢钢带内，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。
4.根据权利要求3所述的WH80钢用自保护型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600-700℃，烧结时间为3-4h。
5.根据权利要求3所述的WH80钢用自保护型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤2中：过筛采用粒度为80-120目筛网。
6.根据权利要求3所述的WH80钢用自保护型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220-300℃，烘干时间为2-3h。
7.根据权利要求3所述的WH80钢用自保护型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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