CN116652449A - 一种海工管结构件增材用药芯焊丝及其制备、使用方法 - Google Patents
一种海工管结构件增材用药芯焊丝及其制备、使用方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116652449A CN116652449A CN202310717753.3A CN202310717753A CN116652449A CN 116652449 A CN116652449 A CN 116652449A CN 202310717753 A CN202310717753 A CN 202310717753A CN 116652449 A CN116652449 A CN 116652449A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flux
- powder
- stainless steel
- welding
- cored wire
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 30
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 26
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims abstract description 18
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000010964 304L stainless steel Substances 0.000 claims abstract description 14
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 claims abstract description 13
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 claims abstract description 13
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 101
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000003599 detergent Substances 0.000 claims description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 6
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 6
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 6
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 4
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims 1
- 229910001039 duplex stainless steel Inorganic materials 0.000 abstract description 65
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 6
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 abstract description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 13
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 12
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 8
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 8
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 3
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
- B23K35/3053—Fe as the principal constituent
- B23K35/308—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
- B23K35/3086—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent containing Ni or Mn
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
- B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
- B23K35/0261—Rods, electrodes, wires
- B23K35/0266—Rods, electrodes, wires flux-cored
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/40—Making wire or rods for soldering or welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
- B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nonmetallic Welding Materials (AREA)
Abstract
本发明提供一种海工管结构件增材用药芯焊丝及其制备、使用方法，药芯焊丝由金属粉芯和不锈钢钢带构成，金属粉芯包裹于不锈钢钢带内，不锈钢钢带为304L不锈钢钢带，金属粉芯各组分质量分数为：铬粉17.2‑19%，钼粉11.8‑12.2%，锰粉4.2‑4.6%，硅粉2.26‑2.46%，氟化钠0.8‑1.2%，氧化镧0.1‑0.2%，其余为铁粉，以上组分含量的质量百分比之和为100%，填充率为20‑25wt%。该药芯焊丝制备周期短，生产效率高，可以实现连续生产，其可以用于双相不锈钢结构件的增材制造。
Description
技术领域
本发明属于丝材-电弧增材制造技术领域，尤其涉及一种双相不锈钢海工管结构件增材制造用药芯焊丝及其制备、使用方法。
背景技术
增材制造技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除－切削加工技术，是一种“自下而上”的制造方法。
双相不锈钢具有优良的强韧性、耐蚀性能和较好焊接性，其优异的性能得益于1:1的铁素体与奥氏体两相比例，接近的两相比有效地将铁素体不锈钢具有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能和奥氏体不锈钢所具有的优良韧性和焊接性结合在一起，适用于海水环境中管道结构件的制造。
目前，利用传统加工工艺制备双相不锈钢结构件的制造成本很高，尤其是对形状复杂的双相不锈钢部件，在铸造或减材加工耗时长且工序复杂，同时在双相不锈钢铸造过程中形成的σ相必须经过热处理消除。此外，与奥氏体不锈钢相比，利用塑性加工制备双相不锈钢构件的制造成本很高，因此，研究用以加工具有优异耐蚀性和更佳机械性能的双相不锈钢复杂结构件的增材制造技术势在必行。
发明专利ZL202110648013.X公开了一种电弧增材用双相不锈钢丝材，由金属粉芯和钢带构成，金属粉芯包括质量分数为55％-90％的铬粉和质量分数0％-5.5％的镍粉，其他组分为余量粉末。该发明提供的电弧增材用双相不锈钢丝材能够直接电弧增材出奥氏体含量在50％左右的，符合标准规定的双相不锈钢构件。
然而，我国是一个缺镍并且不锈钢废钢匮乏的国家，不锈钢产业的快速发展必然会增加原材料等资源供应的紧张状况。
在如今多变的时代背景下，有必要进行经济型双相不锈钢增材制造用丝材设计，通过减少钢中镍或者钼含量来降低双相不锈钢的成本和售价，使得双相不锈钢海工管结构件增材制造自主可控，并显著改善增材制造双相不锈钢的组织及性能。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种海工管结构件增材用药芯焊丝及其制备、使用方法，该药芯焊丝原材料自主可控，制备周期短，生产效率高，可以实现连续生产，适合于双相不锈钢结构件的增材制造。
本发明的技术方案是：一种海工管结构件增材用药芯焊丝，由金属粉芯和不锈钢钢带构成，所述金属粉芯包裹于不锈钢钢带内，所述不锈钢钢带为304L不锈钢钢带，所述金属粉芯各组分质量分数为：铬粉17.2-19%，钼粉11.8-12.2%，锰粉4.2-4.6%，硅粉2.26-2.46%，氟化钠0.8-1.2%，氧化镧0.1-0.2%，其余为铁粉，以上组分含量的质量百分比之和为100%。
优选的，铬粉17.2-19%，钼粉12%，锰粉4.4%，硅粉2.46%，氟化钠1%，氧化镧0.1-0.2%，其余为铁粉，以上组分含量的质量百分比之和为100%。
优选的，药芯焊丝的直径为1.2-2mm。
优选的，所述金属粉芯的填充率为20-25wt%。
该种海工管结构件增材用药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按照质量百分比分别称取对应质量的铬粉、钼粉、锰粉、硅粉、氟化钠、氧化镧和铁粉，混匀后置于管式炉中，持续通入惰性气体，并在高温下烘烤一段时间后，冷却至室温；
步骤2、将304L不锈钢钢带放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将304L不锈钢钢带轧制成U型槽，将步骤1得到的药芯粉末填入U型槽中；
步骤3、成型机使U型槽碾压闭合，经过闭合成型轧辊后制成初级焊丝，使用去污剂擦拭干净再进行拉拔，经逐级减径，直至为需要的直径，再次使用去污剂擦拭干净擦拭焊丝上的油污；
步骤4、经拉丝机把焊丝拉直、盘成圆盘、密封包装，完成制备。
优选的，步骤1中，所述惰性气体为氩气。
优选的，步骤1中，在200℃-300℃下，保温烘烤2h-3h后，冷却至室温
优选的，步骤3中所述去污剂为丙酮或无水乙醇。
该种海工管结构件增材用药芯焊丝的使用方法，将制备好的金属型药芯焊丝装入全自动焊接机器人，并规划焊接路径、确定层高并编写程序输入至焊接机器中，运行焊接机器命令，采用MIG焊为热源进行增材制造。
优选的，所述MIG焊的工艺参数为焊接速度为0.21m/min-0.25m/min；每层焊枪提升1.5mm-2mm；保护气体为100%氩气。
本发明的有益效果：
1．本发明提供的药芯焊丝，制备周期短，生产效率高，可以实现连续生产，其可以用于双相不锈钢结构件的增材制造；
2．本发明提供的电弧增材用双相不锈钢丝材能够直接电弧增材出奥氏体含量在50％左右的，符合标准规定的双相不锈钢构件；
3．本发明提供的电弧增材用双相不锈钢丝材相比于传统双相不锈钢焊丝，其铬含量和镍含量降低，这有利于双相不锈钢构件具有更低的成本，使得原材料自主可控；
4．本发明提供了增材制造技术制备双相不锈钢构件的方法；本发明增材制造过程中飞溅少、电弧稳定，焊缝成型美观、基本无塌陷现象；基于MIG焊，使用金属型药芯焊丝增材制造的双相不锈钢构件具有优良的力学性能。
附图说明
图1为实施例1制备的双相不锈钢构件应力应变曲线；
图2为实施例1所得电弧增材双相不锈钢构件的典型显微组织图；
图3为实施例2制备的双相不锈钢构件应力应变曲线；
图4为实施例2所得电弧增材双相不锈钢构件的典型显微组织图；
图5为实施例3制备的双相不锈钢构件应力应变曲线；
图6为实施例1-3所使用的304L不锈钢钢带化学成分表（质量分数%）；
图7为ER2209焊丝电弧增材双相不锈钢构件的典型显微组织。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步说明。
一种海工管结构件增材用药芯焊丝，由金属粉芯和不锈钢钢带构成，金属粉芯包裹于不锈钢钢带内，不锈钢钢带为304L不锈钢钢带，金属粉芯各组分质量分数为：铬粉17.2-19%，钼粉11.8-12.2%，锰粉4.2-4.6%，硅粉2.26-2.46%，氟化钠0.8-1.2%，氧化镧0.1-0.2%，其余为铁粉，以上组分含量的质量百分比之和为100%。
药芯焊丝的直径为1.2-2mm，金属粉芯的填充率为20-25wt%。
该种海工管结构件增材用药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、按照质量百分比分别称取对应质量的铬粉、钼粉、锰粉、硅粉、氟化钠、氧化镧和铁粉，混匀后置于管式炉中，持续通入氩气，在200℃-300℃下，保温烘烤2h-3h后，冷却至室温；
步骤2、将304L不锈钢钢带放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将304L不锈钢钢带轧制成U型槽，将步骤1得到的药芯粉末填入U型槽中；
步骤3、成型机使U型槽碾压闭合，经过闭合成型轧辊后制成初级焊丝，使用去污剂擦拭干净再进行拉拔，经逐级减径，直至为需要的直径，再次使用去污剂擦拭干净擦拭焊丝上的油污；
步骤4、经拉丝机把焊丝拉直、盘成圆盘、密封包装，完成制备。
步骤3中去污剂为丙酮或无水乙醇。
该种海工管结构件增材用药芯焊丝的使用方法，将制备好的金属型药芯焊丝装入全自动焊接机器人，并规划焊接路径、确定层高并编写程序输入至焊接机器中，运行焊接机器命令，采用MIG焊为热源进行增材制造。
MIG焊的工艺参数为焊接速度为0.21m/min-0.25m/min；每层焊枪提升1.5mm-2mm；保护气体为100%氩气。
本发明焊丝化学成分设计的机理如下：
焊丝成分设计结合双相不锈钢设计的舍夫勒图，并依据上面所示的铬、镍当量的计算公式，降低了Cr元素、Ni元素含量，设计了双相不锈钢电弧增材用药芯焊丝。
焊丝中具体涉及的过渡元素有Cr、Ni、Mo、Mn、Si、RE等。Cr元素是使双相不锈钢具有耐蚀性的最重要元素,在不锈钢中铬可以在表面形成致密的Cr2O3薄膜，有效的防止腐蚀介质的渗入，铬在双相不锈钢中的另一主要作用是促使铁素体形成，缩小奥氏体相区。2205双相不锈钢中的Cr含量在22%左右，在高温时组织中会析出σ相，而σ相是典型的铁铬化合物，含有较高的铬含量，并且σ相较脆硬，双相不锈钢中析出σ相会使得基体组织晶界处的铬含量下降严重，会使双相不锈钢的耐蚀性下降并且发生脆化。
Ni是强奥氏体化形成元素，在相图中，镍能扩大奥氏体相区，随着双相不锈钢中含镍量的提高，γ-α转变温度也随之降低，以至于在快速冷却下，奥氏体在室温也能够稳定存在。
Mo元素是双相不锈钢最重要的合金元素之一。其在双相不锈钢里的作用与铬元素类似，钼也会使奥氏体相区缩小，这意味着钼可促使铁素体的生成。
Mn、Si元素能够有效地脱除焊缝中的S、O、P等杂质元素，同时在钢中加入少量的硅，就能够显著的提高其抗氧化性能；通过加入稀土元素氧化镧起到变质以及净化的作用。此外，加入了氟化钠作为稳弧剂，用于降低堆积过程中金属型药芯丝材的飞溅率，提高药芯焊丝焊接工艺性。
根据舍弗勒图、奥氏体形成元素及铁素体形成元素之间关系，设计了一种经济型双相不锈钢，含有低Cr当量元素及更低Ni当量元素的药芯丝材成分，结构件沉积金属中的合金元素从不锈钢带及添加合金粉末过渡获得，通过合金元素在合金粉中的比例、元素过渡系数、丝材填充率及不锈钢钢带合金元素含量对过渡层金属型药芯焊丝“药芯”各合金元素含量进行计算，计算公式如下：
(公式1)
其中，ω1为待计算的过渡层金属型药芯焊丝“药芯”各合金元素含量；α为过渡层沉积金属理论上的元素含量；θ为金属型药芯焊丝的填充率；w 2为外皮钢带中合金元素的含量；μ为合金元素的过渡系数；η为合金粉中该元素所占的质量百分比。
实施例1
本实施中海工管结构件增材用药芯焊丝的制备方法，步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取铬粉17.2%，钼粉12%，锰粉4.4%，硅粉2.46%，氟化钠1%，氧化镧0.15%，其余为铁粉，以上组分含量的质量百分比之和为100%；
步骤2：将步骤1称取的所有原料混合均匀并置于管式炉中，持续通入氩气的条件下，在200℃下保温2h；
步骤3、将宽度为7mm、厚度0.3mm的304L不锈钢钢带（成分如图6表中所示，组分含量的质量百分比之和为100%）放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将低碳钢钢带轧制成U型槽，将步骤2得到的药芯粉末放入U型槽中，药芯粉末的填充率控制在20-25wt%，然后用成型机使U型槽碾压闭合，用丙酮或无水乙醇擦拭干净再进行拉拔，直至直径为1.2mm，用蘸有丙酮或无水乙醇的棉布擦拭焊丝上的油污，最终经拉丝机把焊丝拉直、盘成圆盘、密封包装，完成金属型药芯焊丝制备。
使用方法：将制备好的金属型药芯焊丝装入全自动焊接机器人，并规划焊接路径、确定层高并编写程序输入至焊接机器中，运行焊接机器命令，采用MIG焊为热源进行增材制造即得到本发明的双相不锈钢构件，全自动焊接机器人的操作为常规技术，具体过程不再赘述，其中焊接工艺的具体参数为：焊接速度为0.21~0.25m/min；每层焊枪提升1.5~2mm；保护气体为100%Ar。
本实施例制备的双相不锈钢构件的应力应变测试曲线结果如图1所示，双相不锈钢构件的抗拉强度为761.0Mpa，所得电弧增材双相不锈钢构件的典型显微组织如图2，定量分析结果表明，本所得电弧增材双相不锈钢构件中奥氏体含量为43％左右，处于NORSOK M-630规定的35-65％范围。
实施例2
本实施中海工管结构件增材用药芯焊丝的制备方法，步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取铬粉18.5%，钼粉12%，锰粉4.4%，硅粉2.46%，氟化钠1%，氧化镧0.1%，其余为铁粉，以上组分含量的质量百分比之和为100%；步骤2：将步骤1称取的所有原料混合均匀并置于管式炉中，持续通入氩气的条件下，在200℃下保温2h；
步骤3、将宽度为7mm、厚度0.3mm的304L不锈钢钢带（成分如图6表中所示，组分含量的质量百分比之和为100%）放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将低碳钢钢带轧制成U型槽，将步骤2得到的药芯粉末放入U型槽中，药芯粉末的填充率控制在20-25wt%，然后用成型机使U型槽碾压闭合，用丙酮或无水乙醇擦拭干净再进行拉拔，直至直径为1.2mm，用蘸有丙酮或无水乙醇的棉布擦拭焊丝上的油污，最终经拉丝机把焊丝拉直、盘成圆盘、密封包装，完成金属型药芯焊丝制备。
使用方法：将制备好的金属型药芯焊丝装入全自动焊接机器人，并规划焊接路径、确定层高并编写程序输入至焊接机器中，运行焊接机器命令，采用MIG焊为热源进行增材制造即得到本发明的双相不锈钢构件，其中焊接工艺的具体参数为：焊接速度为0.21~0.25m/min；每层焊枪提升1.5~2mm；保护气体为100%Ar。
本发明制备的双相不锈钢构件的应力应变测试曲线结果如图3所示，双相不锈钢构件的抗拉强度为761.7Mpa，所得电弧增材双相不锈钢构件的典型显微组织如图4，定量分析结果表明，本所得电弧增材双相不锈钢构件中奥氏体含量为39％左右，处于NORSOK M-630规定的35-65％范围。
实施例3
本实施中海工管结构件增材用药芯焊丝的制备方法，步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取铬粉19%，钼粉12%，锰粉4.4%，硅粉2.46%，氟化钠1%，氧化镧0.2%，其余为铁粉，以上组分含量的质量百分比之和为100%；
步骤2：将步骤1称取的所有原料混合均匀并置于管式炉中，持续通入氩气的条件下，在200℃下保温2h；
步骤3、将宽度为7mm、厚度0.3mm的304L不锈钢钢带（成分如图6表中所示，组分含量的质量百分比之和为100%）放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将低碳钢钢带轧制成U型槽，将步骤2得到的药芯粉末放入U型槽中，药芯粉末的填充率控制在20-25wt%，然后用成型机使U型槽碾压闭合，用丙酮或无水乙醇擦拭干净再进行拉拔，直至直径为1.2mm，用蘸有丙酮或无水乙醇的棉布擦拭焊丝上的油污，最终经拉丝机把焊丝拉直、盘成圆盘、密封包装，完成金属型药芯焊丝制备。
使用方法：将制备好的金属型药芯焊丝装入全自动焊接机器人，并规划焊接路径、确定层高并编写程序输入至焊接机器中，运行焊接机器命令，采用MIG焊为热源进行增材制造即得到本发明的双相不锈钢构件，其中焊接工艺的具体参数为：焊接速度为0.21~0.25m/min；每层焊枪提升1.5~2mm；保护气体为100%Ar。
本发明制备的双相不锈钢构件的应力应变测试曲线结果如图5所示，双相不锈钢构件的抗拉强度为748.5Mpa。
本发明的技术方案，所采用的药芯焊丝与实心焊丝相比，药芯焊丝通过钢皮里面的药芯在焊接过程中将合金元素过渡到焊缝中，因此调整合金成份的含量很方便，实芯焊丝每调整一次合金成分需要重新冶炼；并且实芯焊丝在拉拔过程中，有的钢锭拉拔性很差，不易拉拔成所需要的焊丝。
本发明的电弧增材用双相不锈钢丝材能够将双相不锈钢构件中奥氏体含量控制在50％左右的范围。
作为对比，参见图7，以ER2209焊丝为例，其电弧增材双相不锈钢构件中奥氏体含量为78％左右，超过了NORSOK M-630规定的35-65％范围。
本发明采用MIG焊作为制备双相不锈钢构件的热源，与TIG焊相比，MIG焊采用焊丝作为电极，焊丝和电流密度大，焊丝熔化效率高，焊接变形小，生产率高，适合自动化生产，且TIG焊在焊接过程中钨级有少量的熔化和蒸发，钨微粒进入熔池会造成夹钨，影响焊接质量。
基于MIG焊，本发明使用金属型药芯焊丝为原料制备双相不锈钢构件，具有以下优点：生产效率高，构件成形性好，钢管制备过程中不需要过多的设备，成本较低；焊接过程中飞溅小，熔滴过渡稳定。
综上可以看出：
1．本发明提供的药芯焊丝，制备周期短，生产效率高，可以实现连续生产，其可以用于双相不锈钢结构件的增材制造；
2．本发明提供的电弧增材用双相不锈钢丝材能够直接电弧增材出奥氏体含量在50％左右的，符合标准规定的双相不锈钢构件；
3．本发明提供的电弧增材用双相不锈钢丝材相比于传统双相不锈钢焊丝，其铬含量和镍含量降低，这有利于双相不锈钢构件具有更低的成本，使得原材料自主可控；
4．本发明提供了增材制造技术制备双相不锈钢构件的方法；本发明增材制造过程中飞溅少、电弧稳定，焊缝成型美观、基本无塌陷现象；基于MIG焊，使用金属型药芯焊丝增材制造的双相不锈钢构件具有优良的力学性能。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种海工管结构件增材用药芯焊丝，由金属粉芯和不锈钢钢带构成，所述金属粉芯包裹于不锈钢钢带内，其特征是，所述不锈钢钢带为304L不锈钢钢带，所述金属粉芯各组分质量分数为：铬粉17.2-19%，钼粉11.8-12.2%，锰粉4.2-4.6%，硅粉2.26-2.46%，氟化钠0.8-1.2%，氧化镧0.1-0.2%，其余为铁粉，以上组分含量的质量百分比之和为100%。
2.根据权利要求1所述一种海工管结构件增材用药芯焊丝，其特征是，所述金属粉芯各组分质量分数为：铬粉17.2-19%，钼粉12%，锰粉4.4%，硅粉2.46%，氟化钠1%，氧化镧0.1-0.2%，其余为铁粉，以上组分含量的质量百分比之和为100%。
3.根据权利要求1所述一种海工管结构件增材用药芯焊丝，其特征是，药芯焊丝的直径为1.2-2mm。
4.根据权利要求1所述一种海工管结构件增材用药芯焊丝，其特征是，所述金属粉芯的填充率为20-25wt%。
5.根据权利要求1所述的一种海工管结构件增材用药芯焊丝的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤1、按照质量百分比分别称取对应质量的铬粉、钼粉、锰粉、硅粉、氟化钠、氧化镧和铁粉，混匀后置于管式炉中，持续通入惰性气体，并在高温下烘烤一段时间后，冷却至室温；
步骤2、将304L不锈钢钢带放置在焊丝成型机的放带机上，通过成型机的压槽将304L不锈钢钢带轧制成U型槽，将步骤1得到的药芯粉末填入U型槽中；
步骤3、成型机使U型槽碾压闭合，经过闭合成型轧辊后制成初级焊丝，使用去污剂擦拭干净再进行拉拔，经逐级减径，直至为需要的直径，再次使用去污剂擦拭干净擦拭焊丝上的油污；
步骤4、经拉丝机把焊丝拉直、盘成圆盘、密封包装，完成制备。
6.根据权利要求4所述的一种海工管结构件增材用药芯焊丝的制备方法，其特征是，步骤1中，所述惰性气体为氩气。
7.根据权利要求4所述的一种海工管结构件增材用药芯焊丝的制备方法，其特征是，步骤1中，在200℃-300℃下，保温烘烤2h-3h后，冷却至室温。
8.根据权利要求4所述的一种海工管结构件增材用药芯焊丝的制备方法，其特征是，步骤3中所述去污剂为丙酮或无水乙醇。
9.根据权利要求1所述的一种海工管结构件增材用药芯焊丝的使用方法，其特征是，将制备好的金属型药芯焊丝装入全自动焊接机器人，并规划焊接路径、确定层高并编写程序输入至焊接机器中，运行焊接机器命令，采用MIG焊为热源进行增材制造。
10.根据权利要求6所述的一种海工管结构件增材用药芯焊丝的使用方法，其特征是，所述MIG焊的工艺参数为焊接速度为0.21m/min-0.25m/min；每层焊枪提升1.5mm-2mm；保护气体为100%氩气。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310717753.3A CN116652449A (zh) | 2023-06-16 | 2023-06-16 | 一种海工管结构件增材用药芯焊丝及其制备、使用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310717753.3A CN116652449A (zh) | 2023-06-16 | 2023-06-16 | 一种海工管结构件增材用药芯焊丝及其制备、使用方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116652449A true CN116652449A (zh) | 2023-08-29 |
Family
ID=87709597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310717753.3A Pending CN116652449A (zh) | 2023-06-16 | 2023-06-16 | 一种海工管结构件增材用药芯焊丝及其制备、使用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116652449A (zh) |
-
2023
- 2023-06-16 CN CN202310717753.3A patent/CN116652449A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111992923B (zh) | 一种金属型药芯焊丝及制备奥氏体不锈钢结构件的方法 | |
| EP2731751B1 (en) | A flux-cored welding wire and the method for manufacturing the same | |
| JP7383718B2 (ja) | アルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品の製造方法 | |
| CN112935631B (zh) | 药芯焊丝及其制备低合金钢/马氏体不锈钢结构件的方法 | |
| CN113042927B (zh) | 一种低合金钢-不锈钢复合管及其制备方法 | |
| CN111136403B (zh) | 一种高韧性17-4ph沉淀硬化不锈钢金属芯焊丝 | |
| JP6259336B2 (ja) | Ｎｉ基合金およびその製造方法 | |
| CN112192088B (zh) | 一种镍三铝药芯焊丝及其制备方法 | |
| CN107900556A (zh) | 一种奥氏体不锈钢自保护药芯焊丝 | |
| CN110253173A (zh) | 一种奥氏体不锈钢自保护电弧焊增材制造用粉芯焊丝 | |
| CN110560681B (zh) | 一种金属型粉芯丝材、制备方法及应用 | |
| JP7276597B2 (ja) | サブマージアーク溶接用ワイヤおよびそれを用いた溶接継手部の製造方法 | |
| CN111098059A (zh) | 增材制造低碳贝氏体钢的焊丝及制造低碳贝氏体钢的方法 | |
| CN102267021A (zh) | 管线钢用埋弧焊丝及其制造方法 | |
| CN114346512A (zh) | 合金钢-不锈钢复合材料过渡层用焊丝及其制备方法 | |
| CN112975207B (zh) | 一种金属型药芯焊丝及其用于低碳钢表面改性的方法 | |
| CN106563888A (zh) | 一种高性价比埋弧焊焊丝及其生产方法 | |
| CN109822258B (zh) | 一种低温钢lpg船埋弧焊用药芯焊丝 | |
| CN116652449A (zh) | 一种海工管结构件增材用药芯焊丝及其制备、使用方法 | |
| CN113579558A (zh) | 一种核级镍铬铁合金焊芯及其制造方法 | |
| JPS5950437B2 (ja) | Ｃｒ−Ｍｏ系低合金鋼用被覆ア−ク溶接棒 | |
| CN114378479B (zh) | Kocks轧机辊环工作层堆焊复合制造和修复用药芯焊丝及其制备方法 | |
| CN113042928B (zh) | 一种低合金钢管的制备方法 | |
| AU2021102205A4 (en) | An open-arc self-shielded flux cored wire for continuous casting roll surfacing in straightening section of continuous caster and its preparation method | |
| CN107900552B (zh) | 一种沉淀硬化不锈钢用金属型药芯焊丝及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |