CN112719685A

CN112719685A - 熔化极氩弧焊用涂层不锈钢焊丝及其制备方法

Info

Publication number: CN112719685A
Application number: CN202011466631.4A
Authority: CN
Inventors: 赵英利; 张雲飞; 胡连海; 张坤; 嵇爽; 许昌玲; 陶国栋; 冷宇轩
Original assignee: HBIS Co Ltd
Current assignee: HBIS Co Ltd
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2040-12-14
Also published as: CN112719685B

Abstract

本发明公开了一种熔化极氩弧焊用涂层不锈钢焊丝及其制备方法，其涂层组分的质量百分含量为：碳酸钙粉末1～6%、硅酸钙粉末4～26%、氟化钠粉末1～5%、氟化钙粉末1～10%、金红石粉末20～45%、钛白粉粉末1～6%、二氧化硅粉末3～15%、不锈钢粉末5%～15%、镍粉末5～25%、二硫化钼粉末1～5%。本焊丝质量优良，对电流、电压的适应范围大，适用的焊接工艺参数范围宽，对焊接电源设备的性能要求低，焊接过程飞溅少、稳定；显著提高了电弧稳定性，降低了发尘量，减少了飞溅，改善了焊缝成形等。本方法工艺高效，过程绿色环保，制造成本低，制备的涂层均匀一致，所得焊丝质量优良。

Description

熔化极氩弧焊用涂层不锈钢焊丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种焊接材料，尤其是一种熔化极氩弧焊用涂层不锈钢焊丝及其制备方法。

背景技术

随着科学技术和经济建设的发展及焊接机械化，自动化水平的不断提高，实心焊丝作为一种高效焊接材料，其在整个焊接材料构成中的比例不断增加，在国民经济建设中起着越来越重要的作用。然而，用于熔化极氩弧焊的不锈钢实心焊丝存在诸多问题，如焊接飞溅大，焊接工艺参数范围窄，对焊接电源设备的性能要求高，且质量难以满足日益增长的市场需求。

国内外学者围绕如何改善实心焊丝的焊接工艺性和提高焊接质量做了大量的研究工作。其中，通过不同的表面处理方式（机械涂覆，湿法涂覆），根据各种成分的作用，加入多种成分以制造表面涂层焊丝，改善焊丝性能，如：公开号CN 102962598 A（申请号201210429109.8）公开的一种用于二氧化碳气体保护焊的活性涂层焊丝及其制备方法。近年来，国内外焊材厂商采用各种表面处理技术，对低合金高强钢实心焊丝进行表面改性，制备无镀铜焊丝产品，显著提高了电弧稳定性，降低了发尘量，减少了飞溅，改善了焊缝成形等，受到了应用企业的广泛关注和欢迎。因此，对熔化极氟弧焊用不锈钢实心焊丝进行表面改性是提高不锈钢焊丝质量的重要方法和途径。但不锈钢与低合金高强钢以及碳钢在物化性能、送丝性能、抗腐蚀性、导电性、耐磨性及涂层涂覆性能等方面存在较大的差异；因此，需要设计一种适用于熔化极氩弧焊用不锈钢焊丝及其相应的涂层制备方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高质量的熔化极氩弧焊用涂层不锈钢焊丝；本发明还提供了一种熔化极氩弧焊用涂层不锈钢焊丝的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的涂层组分的质量百分含量为：碳酸钙粉末1～6%、硅酸钙粉末4～26%、氟化钠粉末1～5%、氟化钙粉末1～10%、金红石粉末20～45%、钛白粉粉末1～6%、二氧化硅粉末3～15%、不锈钢粉末5%～15%、镍粉末5～25%、二硫化钼粉末1～5%。

本发明所述碳酸钙粉末、硅酸钙粉末、氟化钠粉末和氟化钙粉末的目数≥200目；所述钛白粉粉末、二氧化硅粉末、不锈钢粉末和镍粉末的目数≥300目；所述二硫化钼粉末的目数≥1000目；所述金红石粉末的粒径为100～1000nm。

本发明所述涂层不锈钢焊丝的直径为0.8～1.6mm。

本发明方法为：按配比称取涂层的组分，将组分混合均匀后干燥，得到涂层粉；将焊丝基体采用双圆台形齿轮压痕装置进行粗化处理，得到表面粗化的焊丝基体；所述表面粗化的焊丝基体穿过所述涂层粉，使涂层粉粘附在其表面；然后通过拉丝模进行减径拉拔，即可得到所述的涂层不锈钢焊丝。

本发明方法所述拉丝模孔径为0.8～5.5mm，压缩率为11～25%。

本发明方法所述拉拔速率为4～180m/min。

本发明方法所述粗化处理后的压痕深度为0.02～0.15mm。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明焊丝质量优良，对电流、电压的适应范围大，适用的焊接工艺参数范围宽，对焊接电源设备的性能要求低，焊接过程飞溅少、稳定；显著提高了电弧稳定性，降低了发尘量，减少了飞溅，改善了焊缝成形等。

本发明方法工艺高效，过程绿色环保，制造成本低，制备的涂层均匀一致，所得焊丝质量优良，焊丝对电流、电压的适应范围大，适用的焊接工艺参数范围宽，对焊接电源设备的性能要求低，焊接过程飞溅少、稳定。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明所述双圆台形齿轮压痕过程示意图；

图2是本发明所述焊丝压痕效果图。

图中：1-双圆台形齿轮的齿夹角；2-双圆台形齿轮；3-焊丝基体；4-压痕。

具体实施方式

实施例1-8：本熔化极氩弧焊用涂层不锈钢焊丝包括有焊丝基体和包覆在焊丝基体外部的涂层；其制备方法如下所述。

1、涂层粉的制备：

（1）按下述配比称取涂层粉的组分，将组分混合均匀后干燥，即可得到涂层粉；所述干燥处理的温度为60～100℃、处理时间为1～3小时，能有效地避免粉末受潮后结块，以避免影响焊丝表面涂层制备过程。涂层粉组分的质量百分含量为：碳酸钙粉末1～6%、硅酸钙粉末4～26%、氟化钠粉末1～5%、氟化钙粉末1～10%、金红石粉末20～45%、钛白粉粉末1～6%、二氧化硅粉末3～15%、不锈钢粉末5%～15%、镍粉末5～25%、二硫化钼粉末1～5%；其中，所述碳酸钙粉末、硅酸钙粉末、氟化钠粉末和氟化钙粉末的目数≥200目；所述钛白粉粉末、二氧化硅粉末、不锈钢粉末和镍粉末的目数≥300目；所述二硫化钼粉末的目数≥1000目；所述金红石粉末的粒径为100～1000nm；所述不锈钢粉末采用与焊丝基体相同的钢种。

（2）本涂层粉各组分的作用为：碳酸钙粉末、硅酸钙粉末、氟化钠粉末、氟化钙粉末、金红石粉末、钛白粉末含有易电离的Ca、Na、Ti元素，能够增大电弧气氛的电离程度，增强了焊接电弧的导电性，促进了电弧扩展，提高电弧稳定性。金红石粉末有利于提高涂层结合强度；碳酸钙粉末、硅酸钙粉末、金红石粉末、钛白粉粉末和二氧化硅粉末可以使熔滴增氧，降低表面张力，促进熔滴细化，有利于熔滴过渡，减少焊接飞溅，提高焊接稳定性。钛白粉粉末能增强涂层的机械强度和附着力，防止涂层产生裂纹，防止水分渗透，延长涂层寿命。二硫化钼粉末起到润滑作用，保证了拉拔过程的顺利进行，降低断丝发生率；不锈钢粉末和镍粉末的加入可以提高涂层导电性能，使得焊接过程稳定。

涂层粉成分合适的目数和粒径有利于提高涂层结合强度，纳米级的金红石粉末具有较好的纳米润滑作用，可以减少润滑剂二硫化钼的加入量，无需拉丝后的酸洗处理，提高焊缝内部质量。

（3）各实施例所述焊丝涂层粉成分的配比见表1；各实施例所述焊丝涂层粉成分的粒径见表2。

表1：各实施例所述焊丝涂层粉成分的配比（wt%）

表2：各实施例所述焊丝涂层成分的粒径

2、涂层不锈钢焊丝：

（1）焊丝基体半成品制备：将直径为6.5～12mm不锈钢盘条先经过机械除鳞去除氧化皮，然后经抛光机进行打磨抛光，以去除氧化皮及其上面的杂物，得到无刀痕的盘条；接着通过倒立式拉丝机拉拔得到直径2.5～5.5mm的盘条，最后通过连续式拉丝机进行多道次减径拉拔将盘条拉拔成2～4mm焊丝基体半成品。

（2）退火处理：将焊丝基体半成品进行退火处理；所述退火处理采用氢气气氛保护管式退火炉，冷却采用间接水冷，退火处理的温度为1050～1100℃、退火速度为3.5～7.5m/min；退火处理可消除焊丝基体拉拔过程中产生的加工强化，提高焊丝基体塑性，使得焊丝基体后序拉拔工艺顺利进行，避免焊丝基体拉断。

（3）清洗：将退火后的焊丝基体采用酸溶液进行电解酸洗，然后进行热水洗+冷水洗；所述酸洗溶液最好为稀硫酸，其溶液质量浓度为15%～20%，电解酸洗和水洗均采用在线方式，并且在退火炉前后均有电解酸洗+水洗装置；电解酸洗和水洗是为了清除焊丝基体表面氧化皮及其上面的杂物，提高涂层结合强度。

（4）表面硼化处理：将清洗后的焊丝基体放入硼砂溶液中浸泡，之后烘干；所述硼砂溶液质量浓度为12%～18%；焊丝基体表面硼化处理可以中和酸洗后焊丝基体表面的残酸，硼砂又可以在焊接中起到助熔剂作用，有利于提高熔化极氟弧焊用不锈钢实心焊丝焊接性能。

（5）表面粗化处理：图1所示，采用双圆台形齿轮2将硼化后的焊丝基体3通过双圆台形齿轮压痕装置进行压痕，形成一定压痕4，得到表面粗化的焊丝基体；所述压痕4的深度为0.02～0.15mm，合适的压痕深度控制了涂层粉的加入量，改善了涂层粉的附着力，使涂层粉均匀的涂覆在焊丝基体表面。对焊丝基体进行表面粗化处理的双圆台形齿轮是由两个相同的圆台形齿轮组成，圆台形齿轮关于上底面对称分布，双圆台齿轮的齿夹角1为156°～176°，压痕与焊丝基体轴向垂直。采用双圆台形齿轮一次压痕就可得到均匀的四面压痕，无需多次压痕就可以获得充分的压痕数量和均匀一致的压痕，避免了多次压痕导致压痕不均匀及压痕重叠的问题，该问题会造成涂层厚度不均，影响制备的涂层焊丝质量，使得焊接过程不稳定。

（6）将粗化的焊丝基体穿过所述涂层粉，使涂层粉粘附在焊丝基体表面；然后通过拉丝模进行多道次减径拉拔，减径拉拔同时会挤压涂覆处理，即可得到所述的涂层不锈钢焊丝；所述涂层不锈钢焊丝的直径为0.8～1.6mm。所述拉丝模孔径范围为0.8～4mm，压缩率为11%～25%，所述拉拔速率为4～180m/min；合适的拉拔模孔径、拉拔压缩率、拉拔速率保证了焊丝减径过程不被拉断，得到一定直径焊丝，显著提高了生产效率。

各实施例所述涂层不锈钢焊丝的制备工艺参数见表3和表4。

表3：各实施例所述涂层不锈钢焊丝的工艺参数

表4：各实施例所述涂层不锈钢焊丝的工艺参数

3、各实施例所得涂层不锈钢焊丝焊丝质量优良：焊丝表面光洁，焊丝直径均匀，送丝顺畅，送丝速度均匀，没有堵丝情况，焊接过程稳定。焊丝对电流、电压的适应范围大，适用的焊接工艺参数范围宽：电流范围：50～500A，电压范围：15～40V，能在比较宽的焊接工艺参数范围内实现稳定的焊接。对焊接电源设备的性能要求低：能够适应于不同性能的焊接电源设备，包括硅整流电源、抽头式弧焊整流电源、晶闸管整流电源、逆变整流电源。焊接过程飞溅少、稳定：熔滴过渡形式是稳定的短路过渡或者射流过渡，飞溅少，焊接过程稳定。

Claims

1.一种熔化极氩弧焊用涂层不锈钢焊丝，其特征在于，其涂层组分的质量百分含量为：碳酸钙粉末1～6%、硅酸钙粉末4～26%、氟化钠粉末1～5%、氟化钙粉末1～10%、金红石粉末20～45%、钛白粉粉末1～6%、二氧化硅粉末3～15%、不锈钢粉末5%～15%、镍粉末5～25%、二硫化钼粉末1～5%。

2.根据权利要求1所述的熔化极氩弧焊用涂层不锈钢焊丝，其特征在于：所述碳酸钙粉末、硅酸钙粉末、氟化钠粉末和氟化钙粉末的目数≥200目；所述钛白粉粉末、二氧化硅粉末、不锈钢粉末和镍粉末的目数≥300目；所述二硫化钼粉末的目数≥1000目；所述金红石粉末的粒径为100～1000nm。

3.根据权利要求1或2所述的熔化极氩弧焊用涂层不锈钢焊丝，其特征在于：所述涂层不锈钢焊丝的直径为0.8～1.6mm。

4.权利要求1、2或3所述熔化极氩弧焊用涂层不锈钢焊丝的制备方法，其特征在于：按配比称取涂层的组分，将组分混合均匀后干燥，得到涂层粉；将焊丝基体采用双圆台形齿轮压痕装置进行粗化处理，得到表面粗化的焊丝基体；所述表面粗化的焊丝基体穿过所述涂层粉，使涂层粉粘附在其表面；然后通过拉丝模进行减径拉拔，即可得到所述的涂层不锈钢焊丝。

5.根据权利要求4所述的熔化极氩弧焊用涂层不锈钢焊丝的制备方法，其特征在于：所述拉丝模孔径为0.8～5.5mm，压缩率为11～25%。

6.根据权利要求4所述的熔化极氩弧焊用涂层不锈钢焊丝的制备方法，其特征在于：所述拉拔速率为4～180m/min。

7.根据权利要求4、5或6所述的熔化极氩弧焊用涂层不锈钢焊丝的制备方法，其特征在于：所述粗化处理后的压痕深度为0.02～0.15mm。