CN111761252B

CN111761252B - 一种细直径金属粉芯无缝药芯焊丝

Info

Publication number: CN111761252B
Application number: CN202010576474.6A
Authority: CN
Inventors: 张文军; 徐飞; 王亚彬
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2020-06-22
Filing date: 2020-06-22
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2040-06-22
Also published as: CN111761252A

Abstract

本发明公开了一种细直径金属粉芯无缝药芯焊丝，无缝药芯焊丝包括药芯粉及低碳钢带外皮，所述的药芯粉包括如下以质量百分比计的组分：含Mn量为65%~72%、含C量为5.0~7.0%的高碳锰铁3%~5%；含Mn量不低于99.8%的电解金属锰8%~14%；含Na₂CO₃量不低于98.0%的碳酸钠1.5%~2%；含Si量为40%~47%的雾化硅铁12%~15%；含SiO₂量不低于99.5%的二氧化硅0.15%~0.3%；含C量不低于75%的泥状石墨0.3%~0.5%；含Fe量不低于99.0%的雾化铁粉余量；所述药芯粉的填充率为9%~12%；所述无缝药芯焊丝的直径为0.8~1.0mm。本发明中无缝药芯焊丝的生产过程稳定，可实现高速拉丝；能够稳定生产细直径无缝药芯焊丝，焊丝直径为0.8~1.0mm；焊丝的工艺性良好，适用于T形接头或薄板的焊接。

Description

一种细直径金属粉芯无缝药芯焊丝

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，具体的说是一种细直径金属粉芯无缝药芯焊丝。

背景技术

药芯焊丝在船舶及海洋工程建造领域有着广泛的应用，船舶建造中存在着大量的角焊缝，并且多处于立焊位置，随着钢铁行业的发展，船用钢板强度逐渐提高，相应钢板的厚度逐渐降低，促进构件不断实现轻量化，部分T型接头角焊缝焊喉尺寸要求不大于5mm。因此，在该工况下使用的细直径药芯焊丝(小于1.2mm)有着极大的优势。

药芯焊丝其组成为外皮钢带与内部药芯粉，由于拉拔过程中二者的流动特性不同，导致易出现药芯粉聚集不变形的现象(类似于竹节)，这种现象在生产细直径(小于1.2mm)焊丝过程中更易出现。金属粉芯型无缝药芯焊丝由于其内部药芯粉含大量高活性金属粉，在退火过程中极易结块，拉丝过程中更易出现竹节现象，无法稳定生产细直径焊丝，限制了细直径金属粉芯无缝药芯焊丝的应用。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种细直径金属粉芯无缝药芯焊丝，通过对药芯粉的组分进行合理选择，能够得到适用T型接头角焊缝或薄板焊接的无缝药芯焊丝。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

一种细直径金属粉芯无缝药芯焊丝，无缝药芯焊丝包括药芯粉及低碳钢带外皮，所述的药芯粉包括如下以质量百分比计的组分：

含Mn量为65％～72％、含C量为5.0～7.0％的高碳锰铁3％～5％；

含Mn量不低于99.8％的电解金属锰8％～14％；

含Na₂CO₃量不低于98.0％的碳酸钠1.5％～2％；

含Si量为40％～47％的雾化硅铁12％～15％；

含SiO₂量不低于99.5％的二氧化硅0.15％～0.3％；

含C量不低于75％的泥状石墨0.3％～0.5％；

含Fe量不低于99.0％的雾化铁粉余量；

所述药芯粉的填充率为9％～12％；

所述无缝药芯焊丝的直径为0.8～1.0mm。

进一步地，所述高碳锰铁的粒度为100～200目；

所述电解金属锰的粒度为100～200目；

所述碳酸钠的粒度不大于120目；

所述雾化硅铁的粒度为100～200目；

所述二氧化硅的粒度不大于1000目；

所述泥状石墨的粒度不大于320目；

所述雾化铁粉的粒度为60～160目。

进一步地，所述二氧化硅需先经过超微细化处理。

药芯粉中各组分的作用如下：

雾化铁粉：其主要作用是保证药芯粉的连续分布。此外，本发明中雾化铁粉的优选目数为60～160目，其目的是因为该目数范围内铁粉堆积时能够形成足够多的空隙，进而保证所有粉料混合时能够得到最密填充。

高碳锰铁：其主要成分碳和锰在焊接过程中均为脱氧元素，可在焊接过程中调节液态熔池的脱氧，保证焊缝金属得到良好的性能，由于碳脱氧反应剧烈，因此加入量过高将会导致飞溅，影响焊接工艺性，反之，加入量过低将会影响焊缝性能。本发明所选高碳锰铁的目数要求为100目-200目，其作用为配合配方中的金属粉形成良好的粉料堆积，此外，控制目数下限为200目可减少细颗粒金属粉，从而避免退火过程中的结块现象，保证细直径焊丝稳定生产。因此，高碳锰铁的加入量应控制在3％-5％。

雾化硅铁：其冶金作用为焊接过程中调节液态熔池的脱氧，保证焊缝金属得到良好的性能，硅铁的脱氧产物能够调节液态熔池的流动性，改善焊丝的焊接工艺性。加入量过低则其作用发挥不明显，加入量过高则由于引入的Si增加导致焊丝工艺性恶化。本发明所选雾化硅铁的目数要求为100～200目，其作用为配合配方中的金属粉形成良好的粉料堆积，此外，控制目数下限为200目可减少细颗粒金属粉，从而避免退火过程中的结块现象，保证细直径焊丝稳定生产。因此，雾化硅铁的加入量应控制在12％-15％。

碳酸钠：其主要组成物为Na₂CO₃，具有一定润滑性，因此其主要作用改善药芯组成物颗粒中金属粉间的流动性并阻止金属颗粒间的直接接触，防止退火过程结块。此外，碳酸钠还具有稳定焊接电弧的作用。碳酸钠加入过少将不能均匀分散于药芯粉中间，因此，碳酸钠的加入量应控制在1.5％-2％。

电解金属锰：其冶金作用在于调节焊缝金属成分，保证焊缝金属得到合适的强度。电解金属锰加入过低将不能保证焊缝强度，含量过高将会导致焊缝金属强度过高，引起焊缝金属韧性下降。本发明所选电解金属锰的目数要求为100～200目，其作用为配合配方中的金属粉形成良好的粉料堆积，此外，控制目数下限为200目可减少细颗粒金属粉，从而避免退火过程中的结块现象，保证细直径焊丝稳定生产。因此电解金属锰的加入量为8％-14％。

二氧化硅：其主要特征在于该原料粒子经超微细化处理，其物理特征为超细膨松粉末，超微细化SiO₂本身具有抗结剂和润滑剂特性，该组分均匀分散于药芯粉中，可以起到阻隔金属粉颗粒作用，防止金属粉颗粒在退火过程中结块，还可以作为金属粉颗粒间的润滑剂，防止在拉拔细直径焊丝过程中出现竹节现象。此外，超微细化SiO₂焊接时熔化均匀，可以改善焊接工艺性。由于该组分松装密度极低，很少的加入量即可起到需要的作用，因此其加入量为0.15％-0.3％。

泥状石墨：主要组成物为石墨，其主要作用为改善药芯粉各组成物的润滑，提高药芯粉在拉丝过程的流动性，防止在拉拔细直径焊丝过程中出现竹节现象。此外，泥状石墨、碳酸钠和超微细化SiO₂共同作用可相互粘附，更好的改善三种粉料的均匀性。由于泥状石墨焊接过程中会引入C，加入过多将会恶化焊接工艺性并增高焊缝强度，因此其合理加入量为0.3％-0.5％。

有益效果：

1、本发明中的无缝药芯焊丝的药芯粉组分包括雾化铁粉、高碳锰铁、电解金属锰、碳酸钠、雾化硅铁、二氧化硅以及泥状石墨，其中，雾化铁粉能够保证药芯粉连续分布，高碳锰铁、雾化硅铁能够保证焊缝金属具有良好的性能，电解金属锰用于保证焊缝金属的强度，碳酸钠用于改善药芯粉间的流动性，二氧化硅起到润滑、抗结作用，泥状石墨用于提高药芯粉在拉丝过程中的流动性，通过各个组分的合理设计，配合无缝药芯焊丝的制备能够得到细直径的无缝药芯焊丝。

2、本发明通过控制药芯粉中各组分的粒度，能够避免在焊丝制备过程中出现粉料结块现象，有利于得到细直径无缝药芯焊丝。

3、本发明中无缝药芯焊丝的生产过程稳定，可实现高速拉丝；能够稳定生产细直径无缝药芯焊丝，焊丝直径为0.8～1.0mm；焊丝的工艺性良好，适用于T形接头或薄板的焊接。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

含Mn量为65％～72％、含C量为5.0～7.0％的高碳锰铁3％～5％；

含Mn量不低于99.8％的电解金属锰8％～14％；

含Na₂CO₃量不低于98.0％的碳酸钠1.5％～2％；

含Si量为40％～47％的雾化硅铁12％～15％；

含SiO₂量不低于99.5％的二氧化硅0.15％～0.3％；

含C量不低于75％的泥状石墨0.3％～0.5％；

含Fe量不低于99.0％的雾化铁粉余量；

所述药芯粉的填充率为9％～12％；

所述无缝药芯焊丝的直径为0.8～1.0mm。

其中，所述高碳锰铁的粒度为100～200目；

所述电解金属锰的粒度为100～200目；

所述碳酸钠的粒度不大于120目；

所述雾化硅铁的粒度为100～200目；

所述二氧化硅的粒度不大于1000目；

所述泥状石墨的粒度不大于320目；

所述雾化铁粉的粒度为60～160目。

详细地，所述二氧化硅需先经过超微细化处理。

组分实施例

本发明提供了一种细直径金属粉芯无缝药芯焊丝，包括焊芯粉和低碳钢带外皮，实施例1-4及对比例1-2所采用的药芯粉组分按质量百分比配比如表1所示，低碳钢带外皮的化学成分如表2所示。

表1实施例1-4及对比例1-2的药芯粉的组分(％)、填充率及制备的焊丝直径

表2实施例1-4及对比例1-2的低碳钢带外皮的化学成分(wt％)

C	Si	Mn	S	P	Fe
						0.02	0.01	0.22	0.005	0.009	余量

实施例1-4及对比例1-2的无缝药芯焊丝是采用如下方法制备的：按照质量百分比分别称取高碳锰铁、电解金属锰、碳酸钠、雾化硅铁、二氧化硅、泥状石墨、雾化铁粉，将称取的粉末混合均匀，然后将低碳钢带外皮经成型机组压制成U型，采用在线同步添加药芯粉，添加药芯粉后的低碳钢带外皮在成型机组压制下合口呈O型断面的药芯焊丝毛坯，采用高频焊接在合口处进行焊接，使有缝管成为无缝管，再经退火、拉拔减径制备直径为0.8的无缝药芯焊丝。

需要说明的是，上述组分实施例中，实施例1-4及对比例2均能够制备出直径为0.8的无缝药芯焊丝，而对比例1由于填充率过低导致焊丝出现空粉，未能完成焊丝的制备。

效果实施例

将实施例1-4和对比例2制备的无缝药芯焊丝进行接头焊接，熔敷试板焊接工艺为：焊接电流120A，焊接电压14V，保护气体为混合气(二氧化碳体积分数20％，氩气体积分数80％)。

需要说明的是，对比例2由于焊接过程不稳定，未能完成焊接。采用实施例1-4制备的无缝药芯焊丝焊接工艺性试验结果如表3所示。

表3采用实施例1-4制备的无缝药芯焊丝焊接工艺性试验结果

	焊接位置	焊喉尺寸/mm	焊缝情况
				实施例1	3F	3.5	良好
实施例2	3F	3.2	良好
				实施例3	3F	3.3	良好
实施例4	3F	3.3	良好

由表3可知，采用实施例1-4制备的无缝药芯焊丝进行薄板的角焊缝立焊时，工艺性良好，满足无缝药芯焊丝的使用要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非随本发明作任何形式上的限制。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种细直径金属粉芯无缝药芯焊丝，其特征在于：无缝药芯焊丝包括药芯粉及低碳钢带外皮，所述的药芯粉包括如下以质量百分比计的组分：

含Mn量为65%~72%、含C 量为5.0~7.0%的高碳锰铁 3%~5%；

含Mn量不低于99.8%的电解金属锰 12%~14%；

含Na₂CO₃量不低于98.0%的碳酸钠 1.5%~2%；

含Si量为40%~47%的雾化硅铁12%~15%；

含SiO₂量不低于99.5%的二氧化硅 0.15%~0.3%；

含C量不低于75%的泥状石墨 0.3%~0.5%；

含Fe量不低于99.0%的雾化铁粉余量；

其中，所述药芯粉的填充率为9%~12%；

所述无缝药芯焊丝的直径为0.8~1.0mm；

所述二氧化硅需先经过超微细化处理；

所述高碳锰铁的粒度为100~200目；

所述电解金属锰的粒度为100~200目；

所述碳酸钠的粒度不大于120目；

所述雾化硅铁的粒度为100~200目；

所述二氧化硅的粒度不大于1000目；

所述泥状石墨的粒度不大于320目；

所述雾化铁粉的粒度为60~160目。