CN110064863A - 一种药芯焊丝配方及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种药芯焊丝配方及工艺，具体涉及药芯焊丝制备领域，所述药芯焊丝使用的原料包括金红石、石英、铝镁合金、氟化物、钼粉、锆粉、铝粉、硅铁、电解锰、铁粉、稀土、稀有金属。本发明优化药粉配方和选材，使在焊接过程中熔滴为细小颗粒过渡，飞溅小，稳定性好，实现全方位焊接，熔渣覆盖均匀，脱渣容易，产品性能满足自保护药芯焊丝的焊接应用要求；同时也对生产工艺中药粉前处理、轧制技术进行调整，减少生产过程对成品质量的影响，降低用户的生产成本，满足市场需求，提高市场竞争力，获得更大的利润空间。

Description

一种药芯焊丝配方及工艺

技术领域

本发明涉及药芯焊丝制备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种药芯焊丝配方及工艺。

背景技术

随着焊接自动化的普及以及焊接要求的不断提高，CO2气体保护药芯焊丝凭借优越的综合性能，在各个行业应用越来越广泛，尤其在造船、输油管道、化工装备等应用突出。自保护药芯焊丝的研究得益于CO2气体保护药芯焊丝生产技术上的创新和积累，通过改善药芯中造渣剂、脱氧剂、脱氮剂、造气剂及其他成分，提高焊接工艺性能和焊缝力学性性能，不再使用CO2气体保护，改善焊接便利性，同时保证该焊丝具有全位置焊接作业性佳、熔敷效率高、抗锈能力强、电弧柔和稳定等优点，达到适用于野外恶劣现场焊接要求以及焊接自动化生产的双重目的。

（1）国内发展概况

国内自保护药芯焊丝的生产企业主要有天津金桥焊材和河北冀辰，但目前国产自保护药芯焊丝存在焊接作业性差，飞溅较大，烟尘较多，熔敷金属的冲击韧性较低，工艺参数适应性小、操作工艺性和接头力学性能很难统一等不足，使其应用受到某些限制，主要是药粉配方、钢材选用，生产制造工艺等原因造成对熔滴、熔池的保护不足而引起的。因此，重点工程和重大装备需要的高端优质焊接材料还严重依赖于从美国、日本、瑞典等国家和地区进口。为推动我国制造、再制造工业的发展，尽快研制和大力发展我国工程建设所急需的自保护药芯焊丝已刻不容缓。

（2）国外发展概况

自20世纪80年代以来，药芯焊丝在日本、美国、欧洲得到了很快的发展，尤其是日本新日铁及日本神钢的产品占据主要地位，开发出工艺性能优良的细径药芯焊丝，开始广泛应用于造船等行业。之后，各国药芯焊丝的产量逐年增大，主要应用在造船业、石油、化工工业、建筑、桥梁工程及机械制造等，而其中又以自保护药芯焊丝的发展速度最快，并相继出现了一些工艺性能和力学性能都令人较为满意的产品，同时，对自保护药芯焊丝烟雾大的问题也正在解决。国外的药芯焊丝品种现已超过80种，尤其开发的高性能药芯焊丝，基本可以满足各种特殊钢种的要求。针对目前发达国家焊接施工广泛采用优势、高效自保护药芯焊丝这一实际情况，为了赶上国外焊接施工的先进技术水平，提高国际竞争力，必须加快生产出质量稳定、性能可靠的药芯焊丝。

（3）当前发展趋势

在过去的三十多年中，自保护药芯焊丝在配方设计、生产制造工艺、产品性能等方面发展很快，应用范围已扩大到海洋平台，输油管道，高层建筑和机械制造等方面，特别在无气体或恶劣天气的情况下，自保护药芯焊丝具有突出的优点。但在另一方面，同气体保护焊相比，自保护药芯焊丝的工艺性能和机械性能稍差，价格也较高，因此，进一步提高自保护药芯焊丝的工艺性能和机械性能，并且增加品种，降低成本，以扩大其应用范围是以后自保护药芯焊丝的总的发展方向。

自保护药芯焊丝代表了世界焊接材料发展的方向，其在各方面的性能，如焊接环境要求、焊接操作性及可实现焊接自动化程度远远超过其它焊材。今后在自保护药芯焊丝的进一步发展中，需要通过加强对熔滴、熔池的保护解决药粉配方、钢材选用，生产制造工艺等方面存在的问题，从而达到以下的效果：①低尘无毒；②完美的工艺性能和坚韧的力学性能的统一；③低成本；④满足不同要求，不同强度级别。

现有管线钢埋弧焊丝本公司能生产配套，但是在风力大、空间狭小的条件下急需的自保护药芯焊丝，仍大多依靠进口，并且价格昂贵，供货周期长，现在国家西气东输工程需要大量野外恶劣条件下焊接作业，所以急需研发一种重大工程装备焊接用高品质自保护药芯焊丝。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种药芯焊丝配方及工艺，通过本发明药芯焊丝配方包括金红石、石英、铝镁合金、氟化物、钼粉、锆粉、铝粉、硅铁、电解锰、铁粉、稀土、稀有金属，该配方制成的自保护药芯焊丝在焊接过程中熔滴为细小颗粒过渡，飞溅小，稳定性好，可实现全方位焊接，熔渣覆盖均匀，脱渣容易，产品性能能够满足管线钢的焊接应用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种药芯焊丝配方，所述药芯焊丝使用的原料（按重量计）包括金红石10-20份、石英-4.8份、铝镁合金8-18份、氟化物3.5-4.2份、钼粉3-4份、锆粉1-2份、铝粉2-2.5份、硅铁5.9-6.4份、电解锰5-8份、铁粉5.9-6.5份、稀土3-6份和稀有金属3-5份。

在一个优选地实施方式中，所述金红石具体为高品位97度金红石。

在一个优选地实施方式中，所述药芯焊丝使用的原料按重量百分比计包括金红石10份、石英4.8份、铝镁合金8份、氟化物4.2份、钼粉3份、锆粉2份、铝粉2份、硅铁6.4份、电解锰5份、铁粉6.5份、稀土3份和稀有金属5份。

在一个优选地实施方式中，所述药芯焊丝使用的原料按重量百分比计包括金红石15份、石英4.6份、铝镁合金13份、氟化物3.8份、钼粉3.5份、锆粉1.5份、铝粉2.25份、硅铁6.15份、电解锰6.5份、铁粉6.2份、稀土4.5份和稀有金属4份。

在一个优选地实施方式中，所述药芯焊丝使用的原料按重量百分比计包括金红石20份、石英4.2份、铝镁合金18份、氟化物3.5份、钼粉4份、锆粉1份、铝粉2.5份、硅铁5.9份、电解锰8份、铁粉5.9份、稀土6份和稀有金属3份。

本发明还包括一种药芯焊丝配方的加工工艺，具体加工步骤如下：

S1、先将配方中各种药粉按照不同含水情况，分别在不同温度下烘干除水，然后进行过滤筛分，备用；

S2、使用混合搅拌机，将各种过滤烘干后的药粉进行混合搅拌，混合均匀后备用；

S3、同时，将设定宽度的冷轧卷钢经过除油除尘除水，表面进行光亮处理；

S4、将处理后的冷轧卷钢进行干燥、层绕；

S5、然后送入成型机轧制成槽型，且截面为“U”字型；

S6、经过填粉机装入混合好的药粉，将药粉添加进成型后的槽型钢带内，再轧制合缝，制成截面为“O”字型药芯焊丝粗胚；

S7、将得到的药芯焊丝粗胚进一步多道次拉拔，得到直径为0.8mm-1.0mm的产品焊丝，然后层绕后装桶，最后检验合格后包装入库。

在一个优选地实施方式中，所述步骤S5中，冷轧卷钢的宽度为10mm-16mm。

在一个优选地实施方式中，所述步骤S7中焊丝的包装形式为2磅或者10磅的小盘包装。

本发明的技术效果和优点：

本发明主要针对药芯焊丝的药粉配方及金属包覆皮材料进行研究，根据样品的焊接性能、焊缝组织及性能的大量数据分析，优化药粉配方和选材，使在焊接过程中熔滴为细小颗粒过渡，飞溅小，稳定性好，实现全方位焊接，熔渣覆盖均匀，脱渣容易，产品性能满足自保护药芯焊丝的焊接应用要求；同时也对生产工艺中药粉前处理、轧制技术进行调整，减少生产过程对成品质量的影响，最终形成相对理想的整体生产工艺。从而使该产品替代进口，降低用户的生产成本，满足市场需求，提高市场竞争力，获得更大的利润空间；

本发明药芯焊丝配方包括金红石、石英、铝镁合金、氟化物、钼粉、锆粉、铝粉、硅铁、电解锰、铁粉、稀土、稀有金属，该配方制成的自保护药芯焊丝在焊接过程中熔滴为细小颗粒过渡，飞溅小，稳定性好，可实现全方位焊接，熔渣覆盖均匀，脱渣容易，产品性能能够满足管线钢的焊接应用；

本发明药芯焊丝配方中加入中少量合金元素氧化铝和铝镁合金成分，对焊丝的耐气体、抗气孔保护起着决定作用；同时添加适量的Zr、Ti、B等元素使之具有优质的强韧、抗裂、抗疲劳等特性；少量的CeO2对电弧电压电流的稳定型及焊渣的成型及覆盖焊道完善性起着重要作用；

本发明加工工艺采用了高档冷冲钢，通过在化学成分和力学性能上进行极其精确的控制，并利用炉外精炼、真空脱氧等先进工艺，开发出专用于药芯焊丝产生用钢带，钢带的厚度误差控制在±0.03mm，解决了由于钢带误差给药粉填充率造成的严重影响，使药粉填冲率在9%（误差小于1%），保证焊接过程中焊接性能稳定；

本发明配方及工艺解决了自保护药芯焊丝药粉配方、钢材选用，生产制造工艺等存在的现有问题，将对海洋钻井平台、造船、输油管道等领域用自保护药芯焊丝发展产生积极意义，可以替代美国、日本等自保护药芯焊丝的进口，有利于推广高效、节能、绿色焊接技术，促进相关产业发展，对提高我公司焊接材料的竞争力具有重要意义。同时，也可以为公司培养一批技术骨干，为企业今后的发展起到技术支撑的作用，并带动本行业技术、经济的发展；

本发明针对国内自保护药芯焊丝的不足，围绕其焊接工艺性能和熔敷金属的力学性能中的关键技术进行系统的研究，旨在开发出低温韧性好，脱渣易，烟雾小的自保护药芯焊丝，使其可以被应用于野外、施工环境复杂场所的作业中。

附图说明

图1为本发明的生产自保护药芯焊丝的技术路线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种药芯焊丝配方，所述药芯焊丝使用的原料（按重量计）包括金红石10-20份、石英-4.8份、铝镁合金8-18份、氟化物3.5-4.2份、钼粉3-4份、锆粉1-2份、铝粉2-2.5份、硅铁5.9-6.4份、电解锰5-8份、铁粉5.9-6.5份、稀土3-6份和稀有金属3-5份；

而具体到本实施例中，所述药芯焊丝使用的原料按重量百分比计包括金红石10份、石英4.8份、铝镁合金8份、氟化物4.2份、钼粉3份、锆粉2份、铝粉2份、硅铁6.4份、电解锰5份、铁粉6.5份、稀土3份和稀有金属5份；

根据图1所示的一种药芯焊丝配方的加工工艺，具体加工步骤如下：

S1、先将配方中各种药粉按照不同含水情况，分别在不同温度下烘干除水，然后进行过滤筛分，备用；

S2、使用混合搅拌机，将各种过滤烘干后的药粉进行混合搅拌，混合均匀后备用；

S3、同时，将设定宽度的冷轧卷钢经过除油除尘除水，表面进行光亮处理；

S4、将处理后的冷轧卷钢进行干燥、层绕；

S5、然后送入成型机轧制成槽型，冷轧卷钢的宽度为10mmmm，且截面为“U”字型，钢带的厚度误差控制在±0.03mm；

S6、经过填粉机装入混合好的药粉，将药粉添加进成型后的槽型钢带内，药粉填冲率在9%，再轧制合缝，制成截面为“O”字型药芯焊丝粗胚；

S7、将得到的药芯焊丝粗胚进一步多道次拉拔，得到直径为0.8mm的产品焊丝，然后层绕后装桶，最后检验合格后包装入库，包装形式为2磅或者10磅的小盘包装。

实施例2：

一种药芯焊丝配方，所述药芯焊丝使用的原料（按重量计）包括金红石10-20份、石英-4.8份、铝镁合金8-18份、氟化物3.5-4.2份、钼粉3-4份、锆粉1-2份、铝粉2-2.5份、硅铁5.9-6.4份、电解锰5-8份、铁粉5.9-6.5份、稀土3-6份和稀有金属3-5份；

而具体到本实施例中，所述药芯焊丝使用的原料按重量百分比计包括金红石15份、石英4.6份、铝镁合金13份、氟化物3.8份、钼粉3.5份、锆粉1.5份、铝粉2.25份、硅铁6.15份、电解锰6.5份、铁粉6.2份、稀土4.5份和稀有金属4份；

根据图1所示的一种药芯焊丝配方的加工工艺，具体加工步骤如下：

S1、先将配方中各种药粉按照不同含水情况，分别在不同温度下烘干除水，然后进行过滤筛分，备用；

S2、使用混合搅拌机，将各种过滤烘干后的药粉进行混合搅拌，混合均匀后备用；

S3、同时，将设定宽度的冷轧卷钢经过除油除尘除水，表面进行光亮处理；

S4、将处理后的冷轧卷钢进行干燥、层绕；

S5、然后送入成型机轧制成槽型，冷轧卷钢的宽度为13mm，且截面为“U”字型，钢带的厚度误差控制在±0.03mm；

S6、经过填粉机装入混合好的药粉，将药粉添加进成型后的槽型钢带内，药粉填冲率在9%，再轧制合缝，制成截面为“O”字型药芯焊丝粗胚；

S7、将得到的药芯焊丝粗胚进一步多道次拉拔，得到直径为0.9mm的产品焊丝，然后层绕后装桶，最后检验合格后包装入库，包装形式为2磅或者10磅的小盘包装。

实施例3：

一种药芯焊丝配方，所述药芯焊丝使用的原料（按重量计）包括金红石10-20份、石英-4.8份、铝镁合金8-18份、氟化物3.5-4.2份、钼粉3-4份、锆粉1-2份、铝粉2-2.5份、硅铁5.9-6.4份、电解锰5-8份、铁粉5.9-6.5份、稀土3-6份和稀有金属3-5份；

而具体到本实施例中，所述药芯焊丝使用的原料按重量百分比计包括金红石20份、石英4.2份、铝镁合金18份、氟化物3.5份、钼粉4份、锆粉1份、铝粉2.5份、硅铁5.9份、电解锰8份、铁粉5.9份、稀土6份和稀有金属3份；

根据图1所示的一种药芯焊丝配方的加工工艺，具体加工步骤如下：

S1、先将配方中各种药粉按照不同含水情况，分别在不同温度下烘干除水，然后进行过滤筛分，备用；

S2、使用混合搅拌机，将各种过滤烘干后的药粉进行混合搅拌，混合均匀后备用；

S3、同时，将设定宽度的冷轧卷钢经过除油除尘除水，表面进行光亮处理；

S4、将处理后的冷轧卷钢进行干燥、层绕；

S5、然后送入成型机轧制成槽型，冷轧卷钢的宽度为16mm，且截面为“U”字型，钢带的厚度误差控制在±0.03mm；

S6、经过填粉机装入混合好的药粉，将药粉添加进成型后的槽型钢带内，药粉填冲率在9%，再轧制合缝，制成截面为“O”字型药芯焊丝粗胚；

S7、将得到的药芯焊丝粗胚进一步多道次拉拔，得到直径为1.0mm的产品焊丝，然后层绕后装桶，最后检验合格后包装入库，包装形式为2磅或者10磅的小盘包装。

实施例4：

分别取上述实施例1-3所制得的药芯焊丝进行焊接试验，得到的结果为：焊接过程中熔滴为细小颗粒过渡，飞溅小，稳定性好，能够实现全方位焊接，熔渣覆盖均匀，脱渣容易，产品性能满足自保护药芯焊丝的焊接应用要求；

再分别取上述实施例1-3所制得的药芯焊丝各50根，通过抗拉强度、屈服强度、伸长率等性能指标的测定，得到以下数据：

由上表可知，实施例2中原料配合比例适中，得到的焊丝质量好，抗拉强度、屈服强度和拉伸率都较高，结果符合美国焊接产品标准AWS A5.20-2015要求，经过三一重工的实验性测试，产品性能达到世界领先水平的美国哈勃特相同牌号的要求，需要在产品的稳定性上进一步完善；

将本发明产品机械性能指标与AWS规范的对比，具体见下表：

本发明制备的自保护药芯焊丝的化学及力学性能符合国际标准；

（a）熔敷技术化学成分：C≤ 0.30,Mn≤1.75,Si≤0.60；

（b）P≤0.030，S≤0.030，Ni：≤ 0.50，Cr≤0.20，Mo≤0.30，

（c）V≤0.08，Cu≤0.35；

（d）抗拉强度≥490Mpa；

（e）屈服强度≥390Mpa；

（f）伸长率≥20%。

本发明的实施，使我国药芯焊丝领域的产品具有国际竞争力，项目产品在能源工程装备制造中有显著的技术和经济价值；项目研发过程中形成的具有我国自主知识产权的药芯焊丝技术，能提升我国药芯焊丝制造水平，推动我国药芯焊丝技术发展；将会对重大工程装备焊接用自保护药芯焊丝发展产生积极意义，可以替代药芯焊丝的进口，有利于推广高效焊接技术，促进桥梁、船舶制造、海工装备制造等产业发展，提升相关行业的市场竞争能力。

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种药芯焊丝配方，其特征在于：所述药芯焊丝使用的原料（按重量计）包括金红石10-20份、石英-4.8份、铝镁合金8-18份、氟化物3.5-4.2份、钼粉3-4份、锆粉1-2份、铝粉2-2.5份、硅铁5.9-6.4份、电解锰5-8份、铁粉5.9-6.5份、稀土3-6份和稀有金属3-5份。

2.根据权利要求1所述的一种药芯焊丝配方，其特征在于：所述金红石具体为高品位97度金红石。

3.根据权利要求1所述的一种药芯焊丝配方，其特征在于：所述药芯焊丝使用的原料按重量百分比计包括金红石10份、石英4.8份、铝镁合金8份、氟化物4.2份、钼粉3份、锆粉2份、铝粉2份、硅铁6.4份、电解锰5份、铁粉6.5份、稀土3份和稀有金属5份。

4.根据权利要求1所述的一种药芯焊丝配方，其特征在于：所述药芯焊丝使用的原料按重量百分比计包括金红石15份、石英4.6份、铝镁合金13份、氟化物3.8份、钼粉3.5份、锆粉1.5份、铝粉2.25份、硅铁6.15份、电解锰6.5份、铁粉6.2份、稀土4.5份和稀有金属4份。

5.根据权利要求1所述的一种药芯焊丝配方，其特征在于：所述药芯焊丝使用的原料按重量百分比计包括金红石20份、石英4.2份、铝镁合金18份、氟化物3.5份、钼粉4份、锆粉1份、铝粉2.5份、硅铁5.9份、电解锰8份、铁粉5.9份、稀土6份和稀有金属3份。

6.一种药芯焊丝配方的加工工艺，其特征在于：具体加工步骤如下：

S1、先将配方中各种药粉按照不同含水情况，分别在不同温度下烘干除水，然后进行过滤筛分，备用；

S2、使用混合搅拌机，将各种过滤烘干后的药粉进行混合搅拌，混合均匀后备用；

S3、同时，将设定宽度的冷轧卷钢经过除油除尘除水，表面进行光亮处理；

S4、将处理后的冷轧卷钢进行干燥、层绕；

S5、然后送入成型机轧制成槽型，且截面为“U”字型；

S6、经过填粉机装入混合好的药粉，将药粉添加进成型后的槽型钢带内，再轧制合缝，制成截面为“O”字型药芯焊丝粗胚；

S7、将得到的药芯焊丝粗胚进一步多道次拉拔，得到直径为0.8mm-1.0mm的产品焊丝，然后层绕后装桶，最后检验合格后包装入库。

7.根据权利要求1所述的一种药芯焊丝配方及工艺，其特征在于：所述步骤S5中，冷轧卷钢的宽度为10mm-16mm。

8.根据权利要求1所述的一种药芯焊丝配方及工艺，其特征在于：所述步骤S7中焊丝的包装形式为2磅或者10磅的小盘包装。