CN110539105A - 一种药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种药芯焊丝，包括钢带以及填充在钢带内部的药粉，所述药粉包括的组分及其占所述药粉总量的质量百分比如下：金红石35‑50%、石灰石5‑8%、石墨0.4‑0.6%、氧化铝5.5‑8.5%、镁铝合金3.5‑6.5%、氟化物2‑5%、硅锰合金1.6‑2.8%、硼粉4‑8%、铬粉3‑6%、镍粉2.5‑3.5%、钛粉0.8‑2%、铝粉0.5‑1.5%、铌粉0.1‑0.5%，余量为铁粉。本发明提高药芯焊丝与母体金属焊接时抗气孔性能的效果。

Description

一种药芯焊丝
技术领域
本发明涉及金属焊接材料的技术领域，尤其是涉及一种药芯焊丝。
背景技术
焊丝是作为填充金属或同时作为导电用的金属焊接材料。在气焊和钨极气体保护电弧焊时，焊丝用作填充金属；在埋弧焊、电渣焊和其他熔化极气体保护电弧焊时，焊丝既是填充金属，同时也是导电电极。焊丝一般分为实芯焊丝和药芯焊丝两大类，药芯焊丝外层为金属材料，内层包裹有满足不同焊接需求的药粉，而实芯焊丝则不包裹药粉药芯焊丝也称粉芯焊丝或管状焊丝，它分为加气保护和不加气保护两大类。药芯焊丝表面与实芯焊丝一样，是由塑性较好的低碳钢或低合金钢等材料制成的。药芯焊丝的制造方法是先把钢带轧制成U形断面形状，再把按剂量配好的药粉填加到U形钢带中，用压轧机将药粉压紧密封在管形焊丝内，卷成管形的焊丝再经过一连串拉拔操作制成不同规格的药芯焊丝，此拉拔动作也可以使填充的药粉均匀的固定在焊丝皮材内。
目前国内药芯焊丝生产技术基本成熟，但是普通药芯焊丝焊接喷涂件时普遍存在抗气孔力差等问题，使得在焊接焊缝时产生严重的气孔缺陷。因此焊接时的工艺操作必须严格把控，且焊接前必须对母材金属进行一次前处理，这样增加了工人的劳动强度，且降低了劳动效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种药芯焊丝，其具有提高药芯焊丝与母体金属焊接时抗气孔性能的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种药芯焊丝，包括钢带以及填充在钢带内部的药粉，所述药粉包括的组分及其占所述药粉总量的质量百分比如下：金红石35-50％、石灰石5-8％、石墨0.4-0.6％、氧化铝5.5-8.5％、镁铝合金3.5-6.5％、氟化物2-5％、硅锰合金1.6-2.8％、硼粉4-8％、铬粉3-6％、镍粉2.5-3.5％、钛粉0.8-2％、铝粉0.5-1.5％、铌粉0.1-0.5％，余量为铁粉。
通过采用上述技术方案，硅锰合金以及镁铝合金是复合脱氧剂，具有强脱氧作用，通过控制二者的添加比例而减轻或消除CO2等气体的氧化作用对熔敷金属的影响，以此降低熔敷金属中的气孔含量，硅锰合金以及镁铝合金增强了电弧的稳定性以及熔敷金属的抗气孔能力；
石灰石与氟化物在焊丝燃烧的过程中产生保护气体，从而分隔空气中氮元素对熔敷金属的影响，同时防止外界有害气体渗入熔敷金属中而在熔敷金属内部产生气孔，以此提高药芯焊丝的抗气孔性能；熔渣过少时，熔滴飞溅大，烟雾大，熔敷金属很难获得良好的成型效果，氟化物还作为熔渣成型剂使用，以弥补熔敷金属因熔渣过少而导致成型率差的缺陷；
金红石的主要成分是二氧化钛，二氧化钛在配方中有造渣和稳弧作用；
石墨的主要成分是碳，碳与钛粉、铌粉等发生反应生成颗粒较小的硬质碳化物，硬质碳化物分散在熔敷金属中，有利于提高熔敷金属的强度、硬度、抗开裂性、耐磨性、抗蠕变性、高温稳定性等理化性能；
氧化铝熔点较高，具有提高熔渣的熔点、粘度以及表面张力的作用；
硼粉与钛粉等微量元素的添加有利于细化晶粒，增加熔敷金属中针状铁素体的数量，从而提高焊缝金属的低温韧性，从而防止熔敷金属在焊接过程产生裂纹；
铬粉可固溶于铁基体中，起到增加基体强度及耐腐蚀性的作用；铬原子还与碳原子在基体组织晶界处形成碳化物，碳化物常呈网状或者树枝状分布，从而提高焊缝合金的耐磨性能以及抗拉强度；
镍粉、铌粉可以形成细小弥散相和新的固溶强化相，细化涂层组织，阻止奥氏体晶粒长大，从而使熔敷金属组织细致均匀，同时增强了熔敷金属的强度和韧性；
铝粉具有良好的脱氮作用，有利于降低焊接过程中空气中氮元素对熔敷金属的影响，避免熔敷金属内部产生大量的气孔，从而提高药芯焊丝的抗气孔能力；
铁粉用于降低熔敷金属中有害气体的含量，改善熔滴的过渡形式，减少熔滴飞溅，从而提高熔敷金属的成型率与抗气孔性能以及减少熔敷金属的裂纹。
本发明进一步设置为：所述药粉包括的组分及其占所述药粉总量的质量百分比如下：金红石42％、石灰石6.5％、石墨0.47％、氧化铝7.1％、镁铝合金4.3％、氟化物3％、硅锰合金1.7％、硼粉5.5％、铬粉4％、镍粉2.85％、钛粉1.2％、铝粉0.83％、铌粉0.18％，余量为铁粉。
本发明进一步设置为：所述药粉包括的组分及其占所述药粉总量的质量百分比如下：金红石44％、石灰石7.5％、石墨0.56％、氧化铝8.2％、镁铝合金5.5％、氟化物4.5％、硅锰合金2.5％、硼粉6.8％、铬粉5.3％、镍粉3.35％、钛粉1.7％、铝粉1.25％、铌粉0.38％，余量为铁粉。
本发明进一步设置为：所述硅锰合金中的硅锰比为1：(3-3.5)。
通过采用上述技术方案，将硅锰合金中的硅锰添加比控制在合适的范围内，有利于提高药芯焊丝的脱氧性能以及熔敷金属的力学性能。
本发明进一步设置为：所述氟化物为CaF2、LiBaF、NaF、K2SiF6以及K3AlF6中的任意两种或两种以上的组合。
通过采用上述技术方案，CaF2、LiBaF、NaF、K2SiF6以及K3AlF6均为金属氟化物，金属氟化物有利于熔渣形成，熔渣中的有效化学成分均为金属成分，金属成分的熔渣覆盖在熔敷金属的表面，有利于降低熔滴的飞溅度，提高熔敷金属的焊接成型效果；而CaF2、LiBaF、NaF、K2SiF6以及K3AlF6价廉易得，因此选用上述两种或两种以上的氟化物组合使用。
本发明进一步设置为：所述药粉占所述焊丝总量的质量百分比为16-18％。
通过采用上述技术方案，当药粉含量过低时，焊丝填充不实，其内部存在空隙，在后道工序中容易造成窜粉，且在送丝时容易被压扁，导致送丝不畅；焊丝内部的空隙在进入熔池时会带入气体,使熔敷金属的气孔增加，导致其抗气孔性能降低；当药粉含量多低时,会导致钢带包不住药粉，致使药粉外漏，造成严重浪费，甚至会增加焊接以及拉拔的难度，导致焊接以及拉拔的效率降低。
本发明进一步设置为：所述药粉需进行预处理，预处理步骤为：将药粉各原料混匀造粒，经700-850℃烧结15-20min后粉碎为细粉，细粉目数为75-90目。
通过采用上述技术方案，将药粉各原料混合均匀后造粒并粉碎，粉碎后的细粉粒径控制在75-90目，细粉的粒径过大，会影响药粉原料中金属元素的理化性能，因此，需将细粉控制在合适的范围内。
本发明进一步设置为：所述细粉在填充至钢带内部之前需进行烘干处理，烘干温度为150-200℃，烘干时间为10-15min。
通过采用上述技术方案，在细粉进行填充之前先将细粉烘干，除去细粉中的水分，从而延长细粉的存放周期，以此提高药芯焊丝的使用寿命，同时降低焊接过程中水分对熔敷金属性能的影响。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.通过控制硅锰合金以及镁铝合金的添加比例而减轻或消除CO2等气体的氧化作用对熔敷金属的影响，以此降低熔敷金属中的气孔含量，增强熔敷金属的抗气孔能力；
2.石灰石与氟化物在焊丝燃烧的过程中产生保护气体，从而分隔空气中氮元素对熔敷金属的影响，同时防止外界有害气体渗入熔敷金属中而在熔敷金属内部产生气孔，以此提高药芯焊丝的抗气孔性能；
3.将硅锰合金中的硅锰添加比控制在合适的范围内，有利于提高药芯焊丝的脱氧性能以及熔敷金属的力学性能。
具体实施方式
实施例1，为本发明公开的一种药芯焊丝，包括钢带以及填充在钢带内部的药粉，药粉包括的组分及其占药粉总量的质量百分比如下：金红石42％、石灰石6.5％、石墨0.47％、氧化铝7.1％、镁铝合金4.3％、氟化物3％、硅锰合金1.7％、硼粉5.5％、铬粉4％、镍粉2.85％、钛粉1.2％、铝粉0.83％、铌粉0.18％以及铁粉20.87％；
硅锰合金中的硅锰比为1：3.5；
氟化物为CaF2与LiBaF的混合物；
药粉占焊丝总量的质量百分比为17.5％；
药粉预处理步骤为：将药粉各原料混匀造粒，经750℃烧结15min后粉碎为细粉，细粉目数为85目；
细粉在填充至钢带内部之前需进行烘干处理，烘干温度为170℃，烘干时间为12min。
实施例2，为本发明公开的一种药芯焊丝，包括钢带以及填充在钢带内部的药粉，药粉包括的组分及其占药粉总量的质量百分比如下：金红石44％、石灰石7.5％、石墨0.56％、氧化铝8.2％、镁铝合金5.5％、氟化物4.5％、硅锰合金2.5％、硼粉6.8％、铬粉5.3％、镍粉3.35％、钛粉1.7％、铝粉1.25％、铌粉0.38％以及铁粉8.46％；
硅锰合金中的硅锰比为1：3.5；
氟化物为CaF2与LiBaF的混合物；
药粉占焊丝总量的质量百分比为17.5％；
药粉预处理步骤为：将药粉各原料混匀造粒，经750℃烧结15min后粉碎为细粉，细粉目数为85目；
细粉在填充至钢带内部之前需进行烘干处理，烘干温度为170℃，烘干时间为12min。
实施例3，为本发明公开的一种药芯焊丝，包括钢带以及填充在钢带内部的药粉，药粉包括的组分及其占药粉总量的质量百分比如下：金红石35％、石灰石5％、石墨0.4％、氧化铝5.5％、镁铝合金3.5％、氟化物2％、硅锰合金1.6％、硼粉4％、铬粉3％、镍粉2.5％、钛粉0.8％、铝粉0.5％、铌粉0.1％以及铁粉36.1％；
硅锰合金中的硅锰比为1：3.5；
氟化物为CaF2与LiBaF的混合物；
药粉占焊丝总量的质量百分比为17.5％；
药粉预处理步骤为：将药粉各原料混匀造粒，经750℃烧结15min后粉碎为细粉，细粉目数为85目；
细粉在填充至钢带内部之前需进行烘干处理，烘干温度为170℃，烘干时间为12min。
实施例4，为本发明公开的一种药芯焊丝，包括钢带以及填充在钢带内部的药粉，药粉包括的组分及其占药粉总量的质量百分比如下：金红石50％、石灰石8％、石墨0.6％、氧化铝5.5％、镁铝合金3.5％、氟化物3.5％、硅锰合金2.8％、硼粉8％、铬粉6％、镍粉2.5％、钛粉0.8％、铝粉1.5％、铌粉0.5％以及铁粉6.8％；
硅锰合金中的硅锰比为1：3.5；
氟化物为CaF2与LiBaF的混合物；
药粉占焊丝总量的质量百分比为17.5％；
药粉预处理步骤为：将药粉各原料混匀造粒，经750℃烧结15min后粉碎为细粉，细粉目数为85目；
细粉在填充至钢带内部之前需进行烘干处理，烘干温度为170℃，烘干时间为12min。
实施例5，为本发明公开的一种药芯焊丝，包括钢带以及填充在钢带内部的药粉，药粉包括的组分及其占药粉总量的质量百分比如下：金红石42％、石灰石6.5％、石墨0.47％、氧化铝7.1％、镁铝合金4.3％、氟化物3％、硅锰合金1.7％、硼粉5.5％、铬粉4％、镍粉2.85％、钛粉1.2％、铝粉0.83％、铌粉0.18％以及铁粉20.87％；
硅锰合金中的硅锰比为1：3；
氟化物为CaF2与LiBaF的混合物；
药粉占焊丝总量的质量百分比为17.5％；
药粉预处理步骤为：将药粉各原料混匀造粒，经750℃烧结15min后粉碎为细粉，细粉目数为85目；
细粉在填充至钢带内部之前需进行烘干处理，烘干温度为170℃，烘干时间为12min。
实施例6，为本发明公开的一种药芯焊丝，包括钢带以及填充在钢带内部的药粉，药粉包括的组分及其占药粉总量的质量百分比如下：金红石42％、石灰石6.5％、石墨0.47％、氧化铝7.1％、镁铝合金4.3％、氟化物3％、硅锰合金1.7％、硼粉5.5％、铬粉4％、镍粉2.85％、钛粉1.2％、铝粉0.83％、铌粉0.18％以及铁粉20.87％；
硅锰合金中的硅锰比为1：3.5；
氟化物为LiBaF与NaF的混合物；
药粉占焊丝总量的质量百分比为17.5％；
药粉预处理步骤为：将药粉各原料混匀造粒，经750℃烧结15min后粉碎为细粉，细粉目数为85目；
细粉在填充至钢带内部之前需进行烘干处理，烘干温度为170℃，烘干时间为12min。
实施例7，为本发明公开的一种药芯焊丝，包括钢带以及填充在钢带内部的药粉，药粉包括的组分及其占药粉总量的质量百分比如下：金红石42％、石灰石6.5％、石墨0.47％、氧化铝7.1％、镁铝合金4.3％、氟化物3％、硅锰合金1.7％、硼粉5.5％、铬粉4％、镍粉2.85％、钛粉1.2％、铝粉0.83％、铌粉0.18％以及铁粉20.87％；
硅锰合金中的硅锰比为1：3.5；
氟化物为K2SiF6以及K3AlF6的混合物；
药粉占焊丝总量的质量百分比为17.5％；
药粉预处理步骤为：将药粉各原料混匀造粒，经750℃烧结15min后粉碎为细粉，细粉目数为85目；
细粉在填充至钢带内部之前需进行烘干处理，烘干温度为170℃，烘干时间为12min。
实施例8，为本发明公开的一种药芯焊丝，包括钢带以及填充在钢带内部的药粉，药粉包括的组分及其占药粉总量的质量百分比如下：金红石42％、石灰石6.5％、石墨0.47％、氧化铝7.1％、镁铝合金4.3％、氟化物3％、硅锰合金1.7％、硼粉5.5％、铬粉4％、镍粉2.85％、钛粉1.2％、铝粉0.83％、铌粉0.18％以及铁粉20.87％；
硅锰合金中的硅锰比为1：3.5；
氟化物为CaF2、NaF以及K3AlF6的混合物；
药粉占焊丝总量的质量百分比为17.5％；
药粉预处理步骤为：将药粉各原料混匀造粒，经750℃烧结15min后粉碎为细粉，细粉目数为85目；
细粉在填充至钢带内部之前需进行烘干处理，烘干温度为170℃，烘干时间为12min。
对比例1，为本发明公开的一种药芯焊丝，包括钢带以及填充在钢带内部的药粉，药粉包括的组分及其占药粉总量的质量百分比如下：金红石42％、石灰石6.5％、石墨0.47％、氧化铝7.1％、镁铝合金4.3％、氟化物3％、硅锰合金1.7％、硼粉5.5％、铬粉4％、镍粉2.85％、钛粉1.2％、铝粉0.83％、铌粉0.18％以及铁粉20.87％；
硅锰合金中的硅锰比为1：2.5；
氟化物为CaF2与LiBaF的混合物；
药粉占焊丝总量的质量百分比为17.5％；
药粉预处理步骤为：将药粉各原料混匀造粒，经750℃烧结15min后粉碎为细粉，细粉目数为85目；
细粉在填充至钢带内部之前需进行烘干处理，烘干温度为170℃，烘干时间为12min。
对比例2，为本发明公开的一种药芯焊丝，包括钢带以及填充在钢带内部的药粉，药粉包括的组分及其占药粉总量的质量百分比如下：金红石42％、石灰石6.5％、石墨0.47％、氧化铝7.1％、镁铝合金4.3％、氟化物3％、硅锰合金1.7％、硼粉5.5％、铬粉4％、镍粉2.85％、钛粉1.2％、铝粉0.83％、铌粉0.18％以及铁粉20.87％；
硅锰合金中的硅锰比为1：4；
氟化物为CaF2与LiBaF的混合物；
药粉占焊丝总量的质量百分比为17.5％；
药粉预处理步骤为：将药粉各原料混匀造粒，经750℃烧结15min后粉碎为细粉，细粉目数为85目；
细粉在填充至钢带内部之前需进行烘干处理，烘干温度为170℃，烘干时间为12min。
对比例3，为本发明公开的一种药芯焊丝，包括钢带以及填充在钢带内部的药粉，药粉包括的组分及其占药粉总量的质量百分比如下：金红石42％、石灰石6.5％、石墨0.47％、氧化铝7.1％、镁铝合金4.3％、氟化物3％、硅锰合金1.7％、硼粉5.5％、铬粉4％、镍粉2.85％、钛粉1.2％、铝粉0.83％、铌粉0.18％以及铁粉20.87％；
硅锰合金中的硅锰比为1：3.5；
氟化物为CaF2与LiBaF的混合物；
药粉占焊丝总量的质量百分比为15.5％；
药粉预处理步骤为：将药粉各原料混匀造粒，经750℃烧结15min后粉碎为细粉，细粉目数为85目；
细粉在填充至钢带内部之前需进行烘干处理，烘干温度为170℃，烘干时间为12min。
对比例4，为本发明公开的一种药芯焊丝，包括钢带以及填充在钢带内部的药粉，药粉包括的组分及其占药粉总量的质量百分比如下：金红石42％、石灰石6.5％、石墨0.47％、氧化铝7.1％、镁铝合金4.3％、氟化物3％、硅锰合金1.7％、硼粉5.5％、铬粉4％、镍粉2.85％、钛粉1.2％、铝粉0.83％、铌粉0.18％以及铁粉20.87％；
硅锰合金中的硅锰比为1：2.5；
氟化物为CaF2与LiBaF的混合物；
药粉占焊丝总量的质量百分比为18.5％；
药粉预处理步骤为：将药粉各原料混匀造粒，经750℃烧结15min后粉碎为细粉，细粉目数为85目；
细粉在填充至钢带内部之前需进行烘干处理，烘干温度为170℃，烘干时间为12min。
对采用实施例1-8以及对比例1-4中药粉的配方制备出的药芯焊丝进行取样，每组取样20份，并将每组样品焊接至母材金属上，检测熔敷金属的抗气孔性能、抗拉强度以及延伸率，记录检测结果如表1所示；
抗气孔性能检测：观察其表面以及横切面的气孔数量；
抗拉强度检测：采用拉拔仪对样品进行检测；
延伸率检测：采用拉拔仪对样品进行检测。
表1-实施例1-8以及对比例1-4中各项性能测试数据
根据表1中实施例1-4的样品各项性能测试数据可知：将药粉原料的配比控制在合适的范围内，熔敷金属表面以及其横截面的气孔数量较少，说明其具有较高的抗气孔性能，另外，熔敷金属的抗拉强度以及延伸率都较高，说明熔敷金属还具有良好的强度以及韧性；
根据表1中实施例1、实施例5以及对比例1-2的样品的各项性能测试数据可知：将硅锰比控制在合适的范围内，熔敷金属的抗气孔性能、强度以及韧性均保持在较高的水平；当硅锰合金中锰元素的含量过多或过少时，熔敷金属的抗气孔性能、强度以及韧性均下降；
根据表1中实施例1以及实施例6-8的样品的各项性能测试数据可知：选用CaF2、LiBaF、NaF、K2SiF6以及K3AlF6中的两种或两种以上的组合，熔敷金属的抗气孔性能、强度以及韧性均保持在较高的水平；
根据表1中实施例1以及对比例3-4的样品的各项性能测试数据可知：药粉的添加量过少时，熔敷金属的抗气孔性能明显下降，且其抗拉强度以及韧性均降低；药粉的添加量过多时，熔敷金属的抗气孔性能下降不明显，但其抗拉强度以及韧性均有所下降，因此，药粉的添加需控制在合理的范围内，才能确保药芯焊丝的品质。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种药芯焊丝，包括钢带以及填充在钢带内部的药粉，其特征在于：所述药粉包括的组分及其占所述药粉总量的质量百分比如下：金红石35-50%、石灰石5-8%、石墨0.4-0.6%、氧化铝5.5-8.5%、镁铝合金3.5-6.5%、氟化物2-5%、硅锰合金1.6-2.8%、硼粉4-8%、铬粉3-6%、镍粉2.5-3.5%、钛粉0.8-2%、铝粉0.5-1.5%、铌粉0.1-0.5%，余量为铁粉。
2.根据权利要求1所述的一种药芯焊丝，其特征在于：所述药粉包括的组分及其占所述药粉总量的质量百分比如下：金红石42%、石灰石6.5%、石墨0.47%、氧化铝7.1%、镁铝合金4.3%、氟化物3%、硅锰合金1.7%、硼粉5.5%、铬粉4%、镍粉2.85%、钛粉1.2%、铝粉0.83%、铌粉0.18%，余量为铁粉（20.37）。
3.根据权利要求1所述的一种药芯焊丝，其特征在于：所述药粉包括的组分及其占所述药粉总量的质量百分比如下：金红石44%、石灰石7.5%、石墨0.56%、氧化铝8.2%、镁铝合金5.5%、氟化物4.5%、硅锰合金2.5%、硼粉6.8%、铬粉5.3%、镍粉3.35%、钛粉1.7%、铝粉1.25%、铌粉0.38%，余量为铁粉（8.46）。
4.根据权利要求1所述的一种药芯焊丝，其特征在于：所述硅锰合金中的硅锰比为1：（3-3.5）。
5.根据权利要求1所述的一种药芯焊丝，其特征在于：所述氟化物为CaF2、LiBaF、NaF、K2SiF6以及K3AlF6中的任意两种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的一种药芯焊丝，其特征在于：所述药粉占所述焊丝总量的质量百分比为16-18%。
7.根据权利要求1所述的一种药芯焊丝，其特征在于：所述药粉需进行预处理，预处理步骤为：将药粉各原料混匀造粒，经700-850℃烧结15-20min后粉碎为细粉，细粉目数为75-90目。
8.根据权利要求7所述的一种药芯焊丝，其特征在于：所述细粉在填充至钢带内部之前需进行烘干处理，烘干温度为150-200℃，烘干时间为10-15min。
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