CN108480875B

CN108480875B - 一种焊丝药粉、药芯焊丝及制备与应用

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Publication number: CN108480875B
Application number: CN201810385275.XA
Authority: CN
Inventors: 叶凡; 亢天佑; 王青云
Original assignee: LUOYANG SHUANGRUI SPECIAL ALLOY MATERIAL Co Ltd
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2038-04-26
Also published as: CN108480875A

Abstract

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种焊丝药粉、药芯焊丝及制备与应用。所述的焊丝药粉包含如下按质量百分比计的组分：金属铬15～18％，金属镍3～5％，金属锰6～8％，稀土硅铁0.6～1％，铝铁2～4％，钛铁0.8～1.5％，金红石25～28％，锆英砂1～2％，石英6～9％，氧化铝3～5％，磁铁矿3～5％，钛酸钾钠3～6％，氟化钠1～2％，脱水钾长石3～4.5％，氧化铋0.15～0.3％，氟化稀土0.5～1％，铁粉补足100％；本发明还提供了一种包含上述药粉的药芯焊丝，该焊丝焊接工艺良好，飞溅小、铺展和熔合性好、电弧稳定、脱渣容易、成形美观，力学性能优良。

Description

一种焊丝药粉、药芯焊丝及制备与应用

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种焊丝药粉、药芯焊丝及制备与应用。

背景技术

不锈钢药芯焊丝具有工艺性能优良、力学性能稳定、生产效率高和综合成本低等特点，促使近年来药芯焊丝在焊材中所占比例不断提高，因此不锈钢药芯焊丝的需求量不断增大。

E308LT1-1不锈钢药芯焊丝被广泛应用于石化、压力容器、造船、钢结构和工程机械等领域结构件的焊接和耐蚀层的堆焊。该类焊丝存在主要的技术问题是：E308LT1-1不锈钢药芯焊丝焊缝组织主要是奥氏体，热裂纹敏感性较大，焊接过程中只能采用较低的道间温度和较小的热输入进行焊接，否则会出现焊接裂纹，这大大制约了工程建造的进度，且影响其他配套不锈钢药芯焊丝的推广。这是因为：采用大规范进行焊接时，熔敷金属结晶时液相线和固相线的区间较大，一般的E308LT1-1不锈钢药芯焊丝常常会由于S、P等杂质未控制到位或者由于Si含量过高等原因，在结晶后期易形成低熔点相，从而在一次结晶粒边界形成低熔点的液态薄膜，冷却时收缩形成微裂纹，微裂纹在冷却过程中扩展至焊缝表面形成宏观裂纹。

目前检索到的相关专利有：(1)一种用于薄板焊接308(L)不锈钢药芯焊丝(公布号：CN 106312370A)。该专利提出的焊丝只适用于薄板焊接，本发明不仅适用于薄板焊接，也适用于厚板焊接。(2)一种低六排铬排放的308不锈钢药芯焊丝(公布号：CN103480984A)。该专利提出的合金成分和用途与本发明差别较大。(3)一种低六价铬308奥氏体不锈钢金属芯焊丝(公布号：103008914A)，该专利提出的焊丝时金属芯型焊丝，与本发明差别较大。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种焊丝药粉。

本发明的另一目的在于提供一种药芯焊丝，该药芯焊丝包含上述焊丝药粉，该药芯焊丝为具有低裂纹敏感性的E308LT1-1不锈钢药芯焊丝，热裂纹敏感性极低，可采用大的热输入、高的道间温度焊接，且焊接工艺性优良，成本较低，适合大规范焊接，且具有优良的力学性能和耐腐蚀性能，具有较大的市场推广前景和较好的经济效益。

本发明的再一目的在于提供上述药芯焊丝的制备方法。

本发明的第四个目的在于提供上述焊丝药粉和药芯焊丝的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种焊丝药粉，包含如下按质量百分比计的组分：

所述的金属铬的粒度优选为80目，其化学成分优选为Cr≥99.9wt％，C≤0.020wt％，S≤0.02wt％，P≤0.010wt％；

所述的金属镍的粒度优选为80目，其化学成分优选为Ni≥99.5wt％，C≤0.050wt％，S≤0.005wt％，P≤0.005wt％；

所述的金属锰的粒度优选为80目，其化学成分优选为Mn≥99.88wt％，C≤0.020wt％，S≤0.02wt％，P≤0.002wt％；

所述的稀土硅铁的粒度优选为80目，其化学成分优选为RE：30～34wt％，Si≥40.0wt％，Ce/RE≥46％；

所述的铝铁的粒度优选为80目，其化学成分优选为Al≥50wt％，C≤0.01wt％，S≤0.040wt％，P≤0.040wt％；

所述的钛铁的粒度优选为80目，其化学成分优选为Ti：27～32wt％，C≤0.10wt％，S≤0.030wt％，P≤0.050wt％，Al：6.0～8.0wt％，Si：3.0～4.5wt％；

所述的金红石的粒度优选为120目，其化学成分优选为TiO₂≥90wt％，C≤0.060wt％，S≤0.030wt％，P≤0.040wt％；

所述的锆英砂的粒度优选为80目，其化学成分优选为ZrO₂≥60.0wt％，SiO₂≤34wt％，S≤0.050wt％，P≤0.020wt％；

所述的石英的粒度优选为60～200目，其化学成分优选为SiO₂≥97wt％，S≤0.040wt％，P≤0.040wt％；

所述的氧化铝的粒度优选为60～200目，其化学成分优选为Al₂O₃≥98wt％，S≤0.035wt％，P≤0.035wt％；

所述的磁铁矿的粒度优选为120目，其化学成分优选为Fe₃O₄≥92wt％，S≤0.050wt％，P≤0.050wt％；

所述的钛酸钾钠的化学成分优选为TiO₂≥60wt％，K₂O≥28wt％，S≤0.050wt％，P≤0.050wt％；

所述的氟化钠的化学成分优选为NaF≥94wt％；

所述的脱水钾长石的化学成分优选为K₂O+Na₂O≥12wt％，K₂O≥8wt％，SiO₂：63～73wt％，Al₂O₃：15～24wt％，S≤0.040wt％，P≤0.040wt％；

所述的氧化铋的化学成分优选为Bi₂O₃≥98wt％；

所述的氟化稀土的化学成分优选为REO≥83wt％，CeO₂/REO≥45％，F≥26wt％；

所述的铁粉的粒度优选为80目，其化学成分优选为Fe≥98wt％，C≤0.050wt％，S≤0.020wt％，P≤0.020wt％；

一种药芯焊丝，包含上述焊丝药粉；

所述的药芯焊丝，还包含外皮；

所述的外皮优选为不锈钢钢带；

所述的药芯焊丝的制备方法，包含如下步骤：

(1)将上述焊丝药粉的各组分混合均匀，得到焊丝药粉；

(2)将不锈钢钢带包裹焊丝药粉经轧制减径，得到药芯焊丝；

所述的不锈钢钢带优选为304L不锈钢钢带；

所述的焊丝药粉的填充率为23～28wt％；

所述的不锈钢药芯焊丝的直径优选为1.2mm；

所述的焊丝药粉和药芯焊丝在焊接领域中的应用；

本发明主采用以下途径降低药芯焊丝的热裂纹敏感性：

(1)严格控制熔敷金属中S、P等杂质含量。S、P易在熔敷金属中生成低熔点相，并在粗大的奥氏体边界偏析并形成液态薄膜，凝固时在收缩应力的作用下极易产生热裂纹，因此应该严格限制。S应控制在0.015wt％以下，P控制在0.020wt％以下。

(2药粉中添加一定的稀土元素，可降低熔敷金属中S、P等杂质含量，提高熔敷金属的纯净度，从而降低热裂纹的敏感性。

(3)控制熔敷金属的成分，使其凝固组织具有6FN～10FN的铁素体，可减少S、P等低熔点元素在奥氏体边界的偏析，从而极大提高其抗裂性。

(4)控制Si熔敷金属含量。熔敷金属中的硅主要来源于石英、硅铝酸盐等，熔敷金属中Si含量过高会造成低熔点物质的偏析，增加热裂纹的敏感性。熔敷金属的硅含量应控制在0.65wt％以下，相对应的药粉中的总SiO₂含量10wt％以下。

本发明提供的焊丝药粉中各成分的主要作用如下：

金属铬：向焊缝金属中过渡铬元素，本发明加入量范围为15～18wt％。

金属镍：向焊缝金属中过渡镍元素，本发明加入量范围为3～5wt％。

金属锰：一方面向焊缝金属中过渡锰元素，提高强度，另一方面对焊缝金属进行脱氧、脱硫。锰含量过低会降低焊缝金属强度，含量过高则生成过多的氧化锰，增大表面张力，影响焊缝铺展。因此金属锰的加入量为6～8wt％。

稀土硅铁：一方面硅与锰联合脱氧，合适的Mn/Si可以很好地固定焊缝里的氧元素，生成氧化物质点进入渣中，净化焊缝金属；另一方面向焊缝金属中渗硅，提高不锈钢耐腐蚀性能。稀土元素能够和S等低熔点物质结合，减少熔敷金属凝固时低熔点物质偏析，降低热裂纹倾向。本发明加入稀土硅铁的范围为0.6～1wt％。

铝铁：一方面辅助脱氧，另一方面配合刚玉调节熔渣黏度和熔点，本发明加入铝铁的范围为2～4wt％。

钛铁：钛与氧的结合能力强，是强脱氧剂，用来减轻焊缝氧化色及改善脱渣性，本发明加入钛铁含量为0.8～1.5wt％。

金红石：主要作用是造渣，决定熔渣的流动性。加入量过少，造成熔渣覆盖不全；加入量过多，熔渣多且波纹粗，不易脱渣且成型不美观，本发明加入量为25～28wt％。

锆英砂、石英、氧化铝：造渣的同时调节熔渣熔点和黏度。石英加入量过少，易出现熔渣覆盖不全。石英加入量过多，焊缝铺展不好，余高大，且易粘渣。本发明锆英砂、石英、氧化铝的加入量分别控制在锆英砂1～2wt％、石英6～9wt％、氧化铝3～5wt％。

磁铁矿：调节熔渣碱度和粘度，从而改善焊缝铺展，本发明加入磁铁矿的范围为3～5wt％。

钛酸钾钠：稳定电弧并改善铺展，本发明加入钛酸钾钠的范围为3～6wt％。

氟化钠：起到降低表面张力和改善铺展的作用，但是加入量过多会使飞溅增大。本发明氟化钠加入量控制在1～2wt％。

脱水钾长石：一方面长石中的Na₂O和K₂O可以提高电弧的稳定性起到稳弧作用，另一方面长石中的SiO₂和Al₂O₃代替一部分石英和氧化铝可以改善脱渣，有利于全位置焊接。但是加入量太高使熔渣变黏，影响铺展。本发明脱水钾长石的加入量控制在3～4.5wt％。

氧化铋：表面活性物质，改善脱渣性，但量过多会形成低熔点夹杂物，恶化焊缝质量，加入量控制在0.15～0.3wt％。

氟化稀土：主要作用稀土能够和S等低熔点物质结合，减少熔敷金属凝固时低熔点物质偏析，降低热裂纹倾向。氟可以降低熔敷金属中的氢含量，降低气孔敏感性。用来调节焊缝抗裂性能，加入量为0.5～1wt％。

铁粉：主要作用是调节药粉松装比，以保持合适的药粉填充率。铁粉加入量过多会产生大量烟尘。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明提供的药芯焊丝适应大范围焊接：焊接电流160～240A，焊接电压28～35V。

(2)本发明提供的药芯焊丝熔敷金属力学性能稳定，强度合适(室温抗拉：525～580MPa)，延伸率不小于40％。

(3)本发明提供的药芯焊丝焊接电弧稳定、飞溅小；铺展性和熔合性好，焊缝成形美观；脱渣容易。

(4)本发明提供的药芯焊丝适用于石化、压力容器、造船、钢结构和工程机械等领域结构件的焊接和耐蚀层的堆焊，不仅适用于薄板焊接，也适用于厚板焊接。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种焊丝药粉，包含如下按质量百分比计的组分：

一种药芯焊丝，包含上述焊丝药粉和外皮(不锈钢钢带)；

所述的药芯焊丝的制备方法，包含如下步骤：

(1)将上述焊丝药粉的各组分混合均匀，得到焊丝药粉；

(2)将304L不锈钢钢带包裹步骤(1)制得的药粉经轧制、减径，得到药芯焊丝，其中，药粉的填充率为25wt％，药芯焊丝的直径为1.2mm。

实施例2

一种焊丝药粉，包含如下按质量百分比计的组分：

一种药芯焊丝，包含上述焊丝药粉和外皮(不锈钢钢带)；

所述的药芯焊丝的制备方法，包含如下步骤：

(1)将上述焊丝药粉的各组分混合均匀，得到焊丝药粉；

(2)将304L不锈钢钢带包裹步骤(1)制得的药粉经轧制、减径，得到药芯焊丝，其中，药粉的填充率为23.5wt％，药芯焊丝的直径为1.2mm。

实施例3

一种焊丝药粉，包含如下按质量百分比计的组分：

一种药芯焊丝，包含上述焊丝药粉和外皮(不锈钢钢带)；

所述的药芯焊丝的制备方法，包含如下步骤：

(1)将上述焊丝药粉的各组分混合均匀，得到焊丝药粉；

(2)将304L不锈钢钢带包裹步骤(1)制得的药粉经轧制、减径，得到药芯焊丝，其中，药粉的填充率为21wt％，药芯焊丝的直径为1.2mm。

对比实施例1

一种焊丝药粉，包含如下按质量百分比计的组分：

一种药芯焊丝，包含上述焊丝药粉和外皮(不锈钢钢带)；

所述的药芯焊丝的制备方法，同实施例2，其中，药粉的填充率为23.5wt％，药芯焊丝的直径为1.2mm。

对比实施例2

一种焊丝药粉，包含如下按质量百分比计的组分：

一种药芯焊丝，包含上述焊丝药粉和外皮(不锈钢钢带)；

对比实施例3

一种焊丝药粉，包含如下按质量百分比计的组分：

一种药芯焊丝，包含上述焊丝药粉和外皮(不锈钢钢带)；

效果实施例

实施例1～3以及对比实施例1～3制得的焊丝药粉的各组分的化学成分要求如表1所示。

表1主要原材料的化学成分要求

将实施例1～3制得的药芯焊丝按照如下规范进行焊接：保护气体采用100％CO₂，接入直流反接式电源进行焊接操作，焊接电流160～240A，焊接电压28～35V，焊接速度25～35cm/min，150℃的预热和道间温度。按照中国国家标准GB/T17853-1999《不锈钢药芯焊丝》对焊接熔敷金属性能进行检测，其化学成分、力学性能如表2、表3所示。

表2实施例1～3制得的药芯焊丝熔敷金属化学成分(wt％)

项目	C	Cr	Ni	Mo	Mn	Si	P	S
									实施例1	0.039	19.78	10.05	0.024	1.63	0.63	0.054	0.014
实施例2	0.033	20.53	10.24	0.022	1.43	0.59	0.0056	0.018
									实施例3	0.036	20.84	10.86	0.020	1.41	0.60	0.053	0.014

表3实施例1～3制得的药芯焊丝熔敷金属力学性能

项目	Rm/MPa	A/％
			要求值	≥520	≥35
实施例1	529	40.5
			实施例2	531	45
实施例3	537	44

按照中国国家标准《GB/T 2653-2008焊接接头弯曲试验方法》、《GB/T 4334-200金属和合金的腐蚀不锈钢晶间腐蚀试验方法》要求制取侧弯及晶间腐蚀试样，并进行侧弯曲试验以及晶间腐蚀试验，检测结果均满足要求，如表4所示，每个实施例2个样品。

表4实施例1～3制得的药芯焊丝侧弯及晶间腐蚀性能

三个实施例分别在160A、200A、240A电流下焊接试板，根据中华人民共和国能源行业标准NBT 47013.2-2015、NBT47013.3-2015要求，进行射线和超声探伤，均没有发现裂纹，说明其裂纹敏感性较小。

用铁素体以测量各实施例的铁素体含量，如表5所示。

表5实施例1～3制得的药芯焊丝铁素体含量(FN)

序号	实施例1	实施例2	实施例3
				铁素体含量	6.7	8.4	9.1

而对比实施例1去掉稀土元素后，当焊接电流增至220A时，进行超声和射线探伤，发现存在裂纹。对比实施例2去掉磁铁矿后，焊缝变窄和润湿角变小，使铺展变差。对比实施例3将脱水钾长石中的SiO₂、Al₂O₃、K₂O、Na₂O分别用石英、氧化铝、钛酸钾和纯碱补充，发现焊缝表面容易粘渣且焊缝表面粗糙不光滑。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种焊丝药粉，其特征在于包含如下按质量百分比计的组分：

2.根据权利要求1所述的焊丝药粉，其特征在于：

所述的稀土硅铁的粒度为80目，其中，RE：30～34wt％，Si≥40.0wt％，Ce/RE≥46％。

3.根据权利要求1所述的焊丝药粉，其特征在于：

所述的铝铁的粒度为80目，其中，Al≥50wt％，C≤0.01wt％，S≤0.040wt％，P≤0.040wt％。

4.根据权利要求1所述的焊丝药粉，其特征在于：

所述的钛铁的粒度为80目，其中，Ti：27～32wt％，C≤0.10wt％，S≤0.030wt％，P≤0.050wt％，Al：6.0～8.0wt％，Si：3.0～4.5wt％。

5.根据权利要求1所述的焊丝药粉，其特征在于：

所述的磁铁矿的粒度为120目，其中，Fe₃O₄≥92wt％，S≤0.050wt％，P≤0.050wt％。

6.根据权利要求1所述的焊丝药粉，其特征在于：

所述的脱水钾长石的化学成分为K₂O+Na₂O≥12wt％，K₂O≥8wt％，SiO₂：63～73wt％，Al₂O₃：15～24wt％，S≤0.040wt％，P≤0.040wt％。

7.一种药芯焊丝，其特征在于包含权利要求1～6任一项所述的焊丝药粉。

8.权利要求7所述的药芯焊丝的制备方法，其特征在于包含如下步骤：

(1)将权利要求1～6任一项所述的焊丝药粉的各组分混合均匀，得到焊丝药粉；

(2)将不锈钢钢带包裹焊丝药粉经轧制减径，得到药芯焊丝。

9.根据权利要求8所述的药芯焊丝的制备方法，其特征在于：

所述的焊丝药粉的填充率为23～28wt％。

10.权利要求1～6所述的焊丝药粉在焊接领域中的应用。

11.权利要求7所述的药芯焊丝在焊接领域中的应用。