CN107717258A - 二氧化碳气体保护低合金钢药芯焊丝及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种二氧化碳气体保护低合金钢药芯焊丝及其生产方法，其特征在于，由药芯和包裹药芯的低碳钢带组成，药芯包含以下质量百分比的组分：镍粉5‑10％、锰粉5‑10％、硅铁合金粉2‑5％、铬粉2‑5％、钼铁粉1‑4％、钒铁粉0.5‑2％、碳化钨粉0.1‑0.5％、金红石粉4‑8％、复合氟化物1‑4％、复合氮化物0.5‑2％、氧化铋0.1‑0.5％、二氧化碲0.1‑0.5％、氧化钇0.1‑0.5％、余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。本发明低合金钢药芯焊丝具有焊缝成形美观、易脱渣、飞溅小、电弧稳定，焊接过程中发尘量小，同时焊缝组织还具有优良的耐腐蚀、抗裂和抗疲劳性能。

Description

二氧化碳气体保护低合金钢药芯焊丝及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种焊丝技术领域，具体涉及一种用于500MPa级低合金钢的二氧化碳气体保护低合金钢药芯焊丝及其生产方法。
背景技术
低合金钢是相对于碳钢而言的，是在碳钢的基础上，为了改善钢的一种或几种性能，而有意向钢中加入一种或几种合金元素，加入的合金量超过碳钢正常生产方法所具有的一般含量时，称这种钢为合金钢，合金元素总量小于5％的合金钢叫做低合金钢。
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，现有的药芯焊丝存在飞溅大、焊接过程中发尘量大、焊缝成型差，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
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种焊缝成形美观、易脱渣、飞溅小、电弧稳定，焊缝不存在小气孔，焊接过程中发尘量小，同时焊缝组织具有优良的耐磨、耐腐蚀、抗裂和抗疲劳性能的二氧化碳气体保护低合金钢药芯焊丝及其生产方法。
本发明是这样实现的：
一种二氧化碳气体保护低合金钢药芯焊丝，其特征在于，由药芯和包裹药芯的低碳钢带组成，所述药芯占低合金钢药芯焊丝总重量的12-18％，所述药芯包含以下质量百分比的组分：镍粉5-10％、锰粉5-10％、硅铁合金粉2-5％、铬粉2-5％、钼铁粉1-4％、钒铁粉0.5-2％、碳化钨粉0.1-0.5％、金红石粉4-8％、复合氟化物1-4％、复合氮化物0.5-2％、氧化铋0.1-0.5％、二氧化碲0.1-0.5％、氧化钇0.1-0.5％、余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％；
所述低碳钢带包括以下质量百分比的组分：C:0.02-0.04％、Si:0.15-0.50％、Mn:0.2-1.2％、Sn:0.01-0.05％、S≤0.01％，P≤0.01％、N≤0.01％，余量为Fe及其他不可避免的杂质。
进一步优选，所述药芯包含以下质量百分比的组分：镍粉8％、锰粉7％、硅铁合金粉3％、铬粉3％、钼铁粉2％、钒铁粉1％、碳化钨粉0.2％、金红石粉6％、锆英石粉2％、复合氟化物2％、复合氮化物1％、氧化铋0.3％、二氧化碲0.3％、氧化钇0.2％、余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。
进一步优选，所述硅铁合金粉中硅含量为50-60wt％，钒铁粉中钒含量为40-50wt％。
进一步优选，所述复合氮化物包括氮化钼、氮化钛和氮化铬，所述氮化钼、氮化钛和氮化铬的重量比为1:1:2。
进一步优选，所述复合氟化物包括氟化钠、氟硅酸钠和六氟铝酸钠，所述氟化钠、氟硅酸钠和六氟铝酸钠的重量比为2-3:1:0.5。
本发明二氧化碳气体保护低合金钢药芯焊丝的生产方法，包括如下步骤：
S1、按照配比称取金红石粉、复合氟化物、复合氮化物、氧化铋、二氧化碲和氧化钇混合，向混合药粉中加入适量水玻璃粘结剂搅拌均匀，置于加热炉中进行烧结，然后放入研磨机中进行研磨，得到混合粉末A；
S2、按照配比称取镍粉、锰粉、硅铁合金粉、铬粉、钼铁粉、钒铁粉、碳化钨粉和铁粉混合均匀，得到金属混合粉末，将金属混合粉末加入步骤1的混合粉末A中搅拌均匀后放入烘干机中进行烘干，研磨至粒径为100-150μm，得到药芯粉末；
S3、将低碳钢带放入药芯焊丝成型机上，药芯焊丝成型机将低碳钢带轧制成低碳钢U型带，然后向低碳钢U型带中加入药芯粉末，再通过成型机将低碳钢U型带闭合，用洗涤剂将低碳钢带擦拭干净，再通过拉拔机进行拉拔，拉拔至直径为1.2-1.6mm，得到低合金钢药芯焊丝。
进一步优选，所述步骤1中的烧结温度为700-750℃，烧结时间为2-2.5小时。
进一步优选，所述步骤2中的烘干温度为150-200℃，烘干时间为1-2小时。
进一步优选，所述拉拔时每次拉拔延伸率为10％-15％，直到将低碳钢带拉拔成直径为1.2-1.6mm规格的低合金钢药芯焊丝。
进一步优选，述洗涤剂由十二烷基苯磺酸钠、醋酸乙酯、丙酮、乙基甲基苯组成，所述十二烷基苯磺酸钠、醋酸乙酯、丙酮、乙基甲基的质量比为4:2:2:1。
本发明的突出的实质性特点和显著的进步是：
1、本发明低合金钢药芯焊丝通过调整药芯原料以及低碳钢带成分含量，使得焊丝焊接后焊缝成形美观、易脱渣、飞溅小、电弧稳定，焊缝不存在小气孔，焊接过程中发尘量小，同时焊缝组织具有优良的耐磨、耐腐蚀、抗裂和抗疲劳性能。
2、本发明对原料采用温度为700-750℃，烧结时间为2-2.5小时的工艺进行烧结，经过烧结之后形成新的体系，具有小的比表面积，耐潮性得到了有效的提升，使得焊丝的吸潮最少，耐潮性最好，而且烧结后熔敷金属扩散氢含量低。
3、本发明对原料烧结后再进行研磨至粒径为100-150μm，使得药芯总的比表面积增大，在焊接熔滴熔化、升温的过程中，传热表面积越大，层间温度差越小，熔滴内部的传热表面积增大，层间温差减小，熔滴温度梯度也减小，其表面温度降低，使表面金属铁的蒸发量减少，使得发尘量减少，而且电弧稳定性最好。
4、本发明添加少量的氧化铋、二氧化碲和氧化钇，能够增加熔滴的润湿性和铺展性，降低熔滴的表面张力，减少焊接漏点发生率，减少飞溅。
5、本发明采用复合氟化物能够改善熔滴的流动性，消除熔敷金属的小气孔；碳化钨粉和复合氮化物能够提高焊缝的耐磨、耐腐蚀、抗裂和抗疲劳等力学性能。
具体实施方式
实施例1
低合金钢药芯焊丝由药芯和包裹药芯的低碳钢带组成，所述药芯占低合金钢药芯焊丝总重量的12-18％，所述药芯包含以下质量百分比的组分：镍粉5％、锰粉5％、硅铁合金粉2％、铬粉2％、钼铁粉1％、钒铁粉0.5％、碳化钨粉0.1％、金红石粉4％、复合氟化物1％、复合氮化物0.5％、氧化铋0.1％、二氧化碲0.1％、氧化钇0.1％、余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％；
所述低碳钢带包括以下质量百分比的组分：C:0.02％、Si:0.15％、Mn:0.2％、Sn:0.01％、S≤0.01％，P≤0.01％、N≤0.01％，余量为Fe及其他不可避免的杂质。
低合金钢药芯焊丝的生产方法为：
S1、按照配比称取金红石粉、复合氟化物、复合氮化物、氧化铋、二氧化碲和氧化钇混合，向混合药粉中加入适量水玻璃粘结剂搅拌均匀，置于加热炉中进行烧结，然后放入研磨机中进行研磨，得到混合粉末A；
S2、按照配比称取镍粉、锰粉、硅铁合金粉、铬粉、钼铁粉、钒铁粉、碳化钨粉和铁粉混合均匀，得到金属混合粉末，将金属混合粉末加入步骤1的混合粉末A中搅拌均匀后放入烘干机中进行烘干，研磨至粒径为100-150μm，得到药芯粉末；
S3、将低碳钢带放入药芯焊丝成型机上，药芯焊丝成型机将低碳钢带轧制成低碳钢U型带，然后向低碳钢U型带中加入药芯粉末，再通过成型机将低碳钢U型带闭合，用洗涤剂将低碳钢带擦拭干净，再通过拉拔机进行拉拔，拉拔至直径为1.2-1.6mm，得到低合金钢药芯焊丝。
实施例2
低合金钢药芯焊丝由药芯和包裹药芯的低碳钢带组成，所述药芯占低合金钢药芯焊丝总重量的12-18％，所述药芯包含以下质量百分比的组分：镍粉6％、锰粉6％、硅铁合金粉3％、铬粉3％、钼铁粉2％、钒铁粉1％、碳化钨粉0.2％、金红石粉5％、复合氟化物2％、复合氮化物1％、氧化铋0.2％、二氧化碲0.2％、氧化钇0.2％、余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％；
所述低碳钢带包括以下质量百分比的组分：C:0.03％、Si:0.3％、Mn:0.5％、Sn:0.02％、S≤0.01％，P≤0.01％、N≤0.01％，余量为Fe及其他不可避免的杂质。
低合金钢药芯焊丝的生产方法为：
S1、按照配比称取金红石粉、复合氟化物、复合氮化物、氧化铋、二氧化碲和氧化钇混合，向混合药粉中加入适量水玻璃粘结剂搅拌均匀，置于加热炉中进行烧结，然后放入研磨机中进行研磨，得到混合粉末A；
S2、按照配比称取镍粉、锰粉、硅铁合金粉、铬粉、钼铁粉、钒铁粉、碳化钨粉和铁粉混合均匀，得到金属混合粉末，将金属混合粉末加入步骤1的混合粉末A中搅拌均匀后放入烘干机中进行烘干，研磨至粒径为100-150μm，得到药芯粉末；
S3、将低碳钢带放入药芯焊丝成型机上，药芯焊丝成型机将低碳钢带轧制成低碳钢U型带，然后向低碳钢U型带中加入药芯粉末，再通过成型机将低碳钢U型带闭合，用洗涤剂将低碳钢带擦拭干净，再通过拉拔机进行拉拔，拉拔至直径为1.2-1.6mm，得到低合金钢药芯焊丝。
实施例3
低合金钢药芯焊丝由药芯和包裹药芯的低碳钢带组成，所述药芯占低合金钢药芯焊丝总重量的12-18％，所述药芯包含以下质量百分比的组分：镍粉8％、锰粉7％、硅铁合金粉3％、铬粉3％、钼铁粉2％、钒铁粉1％、碳化钨粉0.2％、金红石粉6％、锆英石粉2％、复合氟化物2％、复合氮化物1％、氧化铋0.3％、二氧化碲0.3％、氧化钇0.2％、余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％；
所述低碳钢带包括以下质量百分比的组分：C:0.035％、Si:0.4％、Mn:0.8％、Sn:0.03％、S≤0.01％，P≤0.01％、N≤0.01％，余量为Fe及其他不可避免的杂质。
低合金钢药芯焊丝的生产方法为：
S1、按照配比称取金红石粉、复合氟化物、复合氮化物、氧化铋、二氧化碲和氧化钇混合，向混合药粉中加入适量水玻璃粘结剂搅拌均匀，置于加热炉中进行烧结，然后放入研磨机中进行研磨，得到混合粉末A；
S2、按照配比称取镍粉、锰粉、硅铁合金粉、铬粉、钼铁粉、钒铁粉、碳化钨粉和铁粉混合均匀，得到金属混合粉末，将金属混合粉末加入步骤1的混合粉末A中搅拌均匀后放入烘干机中进行烘干，研磨至粒径为100-150μm，得到药芯粉末；
S3、将低碳钢带放入药芯焊丝成型机上，药芯焊丝成型机将低碳钢带轧制成低碳钢U型带，然后向低碳钢U型带中加入药芯粉末，再通过成型机将低碳钢U型带闭合，用洗涤剂将低碳钢带擦拭干净，再通过拉拔机进行拉拔，拉拔至直径为1.2-1.6mm，得到低合金钢药芯焊丝。
实施例4
低合金钢药芯焊丝由药芯和包裹药芯的低碳钢带组成，所述药芯占低合金钢药芯焊丝总重量的12-18％，所述药芯包含以下质量百分比的组分：镍粉10％、锰粉10％、硅铁合金粉5％、铬粉5％、钼铁粉4％、钒铁粉2％、碳化钨粉0.5％、金红石粉8％、复合氟化物4％、复合氮化物2％、氧化铋0.5％、二氧化碲0.5％、氧化钇0.5％、余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％；
所述低碳钢带包括以下质量百分比的组分：C:0.04％、Si:0.50％、Mn:1.2％、Sn:0.05％、S≤0.01％，P≤0.01％、N≤0.01％，余量为Fe及其他不可避免的杂质。
低合金钢药芯焊丝的生产方法为：
S1、按照配比称取金红石粉、复合氟化物、复合氮化物、氧化铋、二氧化碲和氧化钇混合，向混合药粉中加入适量水玻璃粘结剂搅拌均匀，置于加热炉中进行烧结，然后放入研磨机中进行研磨，得到混合粉末A；
S2、按照配比称取镍粉、锰粉、硅铁合金粉、铬粉、钼铁粉、钒铁粉、碳化钨粉和铁粉混合均匀，得到金属混合粉末，将金属混合粉末加入步骤1的混合粉末A中搅拌均匀后放入烘干机中进行烘干，研磨至粒径为100-150μm，得到药芯粉末；
S3、将低碳钢带放入药芯焊丝成型机上，药芯焊丝成型机将低碳钢带轧制成低碳钢U型带，然后向低碳钢U型带中加入药芯粉末，再通过成型机将低碳钢U型带闭合，用洗涤剂将低碳钢带擦拭干净，再通过拉拔机进行拉拔，拉拔至直径为1.2-1.6mm，得到低合金钢药芯焊丝。
试验效果
使用本实施例1-4制备的低合金钢药芯焊丝对500MPa级低合金钢进行焊接，对照例采用上海某公司的低合金钢药芯焊丝，焊丝直径为1.6mm，采用二氧化碳气体保护，焊接电流220-280A，焊接电压22-28V，保护气体气流量20L/min，按照GB/T25776-2010和GB/T228-2008标准进行检测，结果如下：
表1为本发明低合金钢药芯焊丝的焊接工艺性能：
注：飞溅量(g/min)从大到小为：较大＜较小＜小。
表2为本发明熔敷金属的力学性能：
由表1和表2得知，本发明的低合金钢药芯焊丝具有优良的焊接工艺性能和力学性能，能更好地应用在工业生产中，能满足在建筑、化工、石油、航空等行业的500MPa级低合金钢的焊接。

Claims (10)

1.一种二氧化碳气体保护低合金钢药芯焊丝，其特征在于，由药芯和包裹药芯的低碳钢带组成，所述药芯占低合金钢药芯焊丝总重量的12-18％，所述药芯包含以下质量百分比的组分：镍粉5-10％、锰粉5-10％、硅铁合金粉2-5％、铬粉2-5％、钼铁粉1-4％、钒铁粉0.5-2％、碳化钨粉0.1-0.5％、金红石粉4-8％、复合氟化物1-4％、复合氮化物0.5-2％、氧化铋0.1-0.5％、二氧化碲0.1-0.5％、氧化钇0.1-0.5％、余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％；
所述低碳钢带包括以下质量百分比的组分：C:0.02-0.04％、Si:0.15-0.50％、Mn:0.2-1.2％、Sn:0.01-0.05％、S≤0.01％，P≤0.01％、N≤0.01％，余量为Fe及其他不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳气体保护低合金钢药芯焊丝，其特征在于，所述药芯包含以下质量百分比的组分：镍粉8％、锰粉7％、硅铁合金粉3％、铬粉3％、钼铁粉2％、钒铁粉1％、碳化钨粉0.2％、金红石粉6％、锆英石粉2％、复合氟化物2％、复合氮化物1％、氧化铋0.3％、二氧化碲0.3％、氧化钇0.2％、余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳气体保护低合金钢药芯焊丝，其特征在于：所述硅铁合金粉中硅含量为50-60wt％，钒铁粉中钒含量为40-50wt％。
4.根据权利要求1所述的二氧化碳气体保护低合金钢药芯焊丝，其特征在于：所述复合氮化物包括氮化钼、氮化钛和氮化铬，所述氮化钼、氮化钛和氮化铬的重量比为1:1:2。
5.根据权利要求1所述的二氧化碳气体保护低合金钢药芯焊丝，其特征在于：所述复合氟化物包括氟化钠、氟硅酸钠和六氟铝酸钠，所述氟化钠、氟硅酸钠和六氟铝酸钠的重量比为2-3:1:0.5。
6.如权利要求1所述的二氧化碳气体保护低合金钢药芯焊丝的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按照配比称取金红石粉、复合氟化物、复合氮化物、氧化铋、二氧化碲和氧化钇混合，向混合药粉中加入适量水玻璃粘结剂搅拌均匀，置于加热炉中进行烧结，然后放入研磨机中进行研磨，得到混合粉末A；
S2、按照配比称取镍粉、锰粉、硅铁合金粉、铬粉、钼铁粉、钒铁粉、碳化钨粉和铁粉混合均匀，得到金属混合粉末，将金属混合粉末加入步骤1的混合粉末A中搅拌均匀后放入烘干机中进行烘干，研磨至粒径为100-150μm，得到药芯粉末；
S3、将低碳钢带放入药芯焊丝成型机上，药芯焊丝成型机将低碳钢带轧制成低碳钢U型带，然后向低碳钢U型带中加入药芯粉末，再通过成型机将低碳钢U型带闭合，用洗涤剂将低碳钢带擦拭干净，再通过拉拔机进行拉拔，拉拔至直径为1.2-1.6mm，得到低合金钢药芯焊丝。
7.根据权利要求6所述的二氧化碳气体保护低合金钢药芯焊丝的生产方法，其特征在于：所述步骤1中的烧结温度为700-750℃，烧结时间为2-2.5小时。
8.根据权利要求6所述的二氧化碳气体保护低合金钢药芯焊丝的生产方法，其特征在于：所述步骤2中的烘干温度为150-200℃，烘干时间为1-2小时。
9.根据权利要求6所述的二氧化碳气体保护低合金钢药芯焊丝的生产方法，其特征在于：所述拉拔时每次拉拔延伸率为10％-15％，直到将低碳钢带拉拔成直径为1.2-1.6mm规格的低合金钢药芯焊丝。
10.根据权利要求6所述的二氧化碳气体保护低合金钢药芯焊丝的生产方法，其特征在于：所述洗涤剂由十二烷基苯磺酸钠、醋酸乙酯、丙酮、乙基甲基苯组成，所述十二烷基苯磺酸钠、醋酸乙酯、丙酮、乙基甲基的质量比为4:2:2:1。
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