CN117381226B - 一种环保型自保护耐磨药芯焊丝及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保型自保护耐磨药芯焊丝及其生产工艺。本发明中添加微量的碳纳米管可以改善药芯的润湿性，剪切时呈现明显的韧性断裂机制，可有效加强焊点的抗剪切强度，包镍碳纳米管和碳纳米管复配对药芯性能进行调和，两者相互促进可进一步加强焊点的抗剪切强度；加入稀土类氟化物和三氧化二硼，可大幅度提高焊缝的塑性与韧性；稀土类氟化物的固氮作用使得总含氮量控制在一定范围内，可改善焊缝金属组织的形态，细化晶粒；包镍碳纳米管、碳纳米管、氟化物和三氧化二硼进行复配工作，可协同对药芯进行性能补充处理，可有效加强焊丝焊缝的抗剪切强度，保证焊接产品的安全性，减少焊接产品焊点的损伤。
Description
技术领域
本发明涉及药芯焊丝技术领域，更具体地说，本发明涉及一种环保型自保护耐磨药芯焊丝及其生产工艺。
背景技术
药芯焊丝也称粉芯焊丝或管状焊丝，可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相同，都是由塑性较好的低碳钢或者低合金钢等材料制成的。
专利(CN110116281B)公开了一种耐高温磨损的自保护焊丝，由外皮和药芯组成，药芯由以下重量份的组分组成：Mo：5～30份，B：3～18份，Ti：0.5～5份，Ni：0.8～4份，Cr：1.2～20份，Si：0.3～5份，Fe：0.2～5份，Re：0.01～0.05份，其他杂质元素≤0.05份，该焊丝以相对低廉成本的材料组成，耐磨损性强，在600℃能保持60HRC硬度，适用于高温磨损的堆焊处理；本发明的自保护焊丝的生产工艺简单，生产成本低廉，适用于广泛工业化生产。
上述专利文献中的耐高温磨损的自保护焊丝，焊接后的焊缝的抗剪切强度不高，容易发生损伤。
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环保型自保护耐磨药芯焊丝及其生产工艺。
一种环保型自保护耐磨药芯焊丝，包括外皮和药芯，所述药芯填充于外皮内部，所述药芯和外皮的重量比为1∶1～3；所述药芯的原料按照重量百分比计算包括：0.3～0.4％的镁粉、1.0～1.4％的铋粉、6.0～6.4％的锌粉、0.9～1.1％的补充剂，其余为锡粉。
进一步的，所述补充剂按照重量百分比计算包括：5.8～6.2％的包镍碳纳米管、14～16％的碳纳米管、28～32％的氟化物，其余为三氧化二硼。
进一步的，所述氟化物为氟化镧、氟化铈、氟化钇、氟化钡、氟化锂按照1∶1∶1∶1∶1复配制成。
进一步的，所述外皮为H08A钢钢带或430不锈钢钢带。
进一步的，所述药芯和外皮的重量比为1∶2；所述药芯的原料按照重量百分比计算包括：0.35％的镁粉、1.2％的铋粉、6.2％的锌粉、1.0％的补充剂，其余为锡粉；所述补充剂按照重量百分比计算包括：6.0％的包镍碳纳米管、15％的碳纳米管、30％的氟化物，其余为三氧化二硼。
一种环保型自保护耐磨药芯焊丝的生产工艺，具体生产步骤如下：
步骤一：称取药芯中的镁粉、铋粉、锌粉、锡粉和补充剂中的包镍碳纳米管、碳纳米管、氟化物、三氧化二硼；
步骤二：将步骤一中的包镍碳纳米管、碳纳米管、氟化物、三氧化二硼进行球磨共混处理50～60分钟，得到补充剂；
步骤三：将步骤一中的镁粉、铋粉、锌粉、锡粉和步骤二中的补充剂加入到V型混合机中进行搅拌处理50～60分钟，得到药芯；
步骤四：将钢带进行梳理成型，将钢带冷弯成U型管，将药芯加入到U型管内部，闭合成O型管，再多次拉拔后收卷处理，得到环保型自保护耐磨药芯焊丝。
进一步的，在步骤二中，使用行星式球磨机进行球磨加工处理，公转转速为400～600r/min，自转转速为800～1200r/min；在步骤三中，先将步骤二中的补充剂加入到无水乙醇中，进行超声处理10～20分钟，得到预处理补充剂，然后再将预处理补充剂和步骤一中的镁粉、铋粉、锌粉、锡粉一起加入到V型混合机中进行搅拌处理，搅拌完成后再进行加热烘干处理，得到药芯，V型混合机的搅拌转速为16～20r/min；在步骤四中，将钢带放在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将钢带轧制成U型槽，再向U型槽中添加药芯，然后通过成型机将U型槽碾压闭合成O型管。
进一步的，在步骤三中，所述补充剂和无水乙醇的重量比为1∶6～8，超声频率为1.3～1.5MHz，超声功率为400～600W，加热烘干温度为80～90℃。
进一步的，在步骤二中，使用行星式球磨机进行球磨加工处理，公转转速为400r/min，自转转速为800r/min；在步骤三中，V型混合机的搅拌转速为16r/min，所述补充剂和无水乙醇的重量比为1∶6，超声频率为1.3MHz，超声功率为400W，加热烘干温度为80℃。
进一步的，在步骤二中，使用行星式球磨机进行球磨加工处理，公转转速为500r/min，自转转速为1000r/min；在步骤三中，V型混合机的搅拌转速为18r/min，所述补充剂和无水乙醇的重量比为1∶7，超声频率为1.4MHz，超声功率为500W，加热烘干温度为85℃。
本发明的技术效果和优点：
1、采用本发明的技术方案，镁粉、铋粉、锌粉、补充剂和锡粉相互配合组成药芯，以锡粉作为基础，镁粉、铋粉、锌粉等元素设计出一种无铅药芯，该药芯能满足良好的润湿性、焊接温度低、成本低、环保等特点；补充剂中的包镍碳纳米管加入到镁粉、铋粉、锌粉和锡粉中，可有效对药芯进行调和，添加微量的碳纳米管可以改善药芯的润湿性，添加碳纳米管后，焊点断口的撕裂棱和韧窝的数量明显增加，说明焊点断裂模式向韧性断裂转变，呈现明显的韧性断裂机制，可有效加强焊点的抗剪切强度，包镍碳纳米管和碳纳米管复配对药芯性能进行调和，两者相互促进可进一步加强焊点的抗剪切强度；氟化物有利于稳定电弧的作用，在电弧稳定的情况下，焊渣性能显著提高，通过氟化物的保护作用，可提高焊缝的冲击性能，可消除熔敷金属的小气孔；例如氟化锂可有效改善电弧稳定性，同时在电弧区生成Li3N，降低熔覆金属中的N含量；加入稀土类氟化物和三氧化二硼，可大幅度提高焊缝的塑性与韧性，焊缝成形美观、飞溅小、电弧稳定；稀土类氟化物的固氮作用使得总含氮量控制在一定范围内，并降低了氮的有害作用，可改善焊缝金属组织的形态，细化晶粒，可使焊缝获得较高的硬度与耐磨性能；包镍碳纳米管、碳纳米管、氟化物和三氧化二硼进行复配工作，可协同对药芯进行性能补充处理，进而提高焊缝的抗剪切强度和环保耐磨性能；
2、本发明中将包镍碳纳米管、碳纳米管、氟化物、三氧化二硼进行球磨共混处理，可有效对补充剂进行共混处理，可有效加强补充剂的混合处理效果；将补充剂和其他原料进行共混，得到药芯；将钢带进行冷弯成U型管，加入药芯，然后进行闭合拉拔成O型管，收卷得到环保型自保护耐磨药芯焊丝；另外可对补充剂进行超声预处理，将补充剂完全分散到无水乙醇中，得到预处理的补充剂；将预处理后的补充剂和其他原料进行搅拌处理，在无水乙醇的辅助下，补充剂和其他原料接触混合效果更佳，使得补充剂在药芯中分布更加均匀；在共混后进行加热烘干处理，可有效对其中的无水乙醇进行加热蒸发排出，避免无水乙醇残留在药芯中。
具体实施方式
下面将结合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：
本发明提供了一种环保型自保护耐磨药芯焊丝，包括外皮和药芯，所述药芯填充于外皮内部，所述药芯和外皮的重量比为1∶2；所述药芯的原料按照重量百分比计算包括：0.3～0.4％的镁粉、1.0～1.4％的铋粉、6.0～6.4％的锌粉、0.9～1.1％的补充剂，其余为锡粉；所述补充剂按照重量百分比计算包括：5.8～6.2％的包镍碳纳米管、14～16％的碳纳米管、28～32％的氟化物，其余为三氧化二硼；
所述氟化物为氟化镧、氟化铈、氟化钇、氟化钡、氟化锂按照1∶1∶1∶1∶1复配制成；
所述外皮为430不锈钢钢带；
本发明还提供一种环保型自保护耐磨药芯焊丝的生产工艺，具体生产步骤如下：
步骤一：称取药芯中的镁粉、铋粉、锌粉、锡粉和补充剂中的包镍碳纳米管、碳纳米管、氟化物、三氧化二硼；
步骤二：将步骤一中的包镍碳纳米管、碳纳米管、氟化物、三氧化二硼进行球磨共混处理50～60分钟，得到补充剂；
步骤三：将步骤一中的镁粉、铋粉、锌粉、锡粉和步骤二中的补充剂加入到V型混合机中进行搅拌处理50～60分钟，得到药芯；
步骤四：将钢带进行梳理成型，将钢带冷弯成U型管，将药芯加入到U型管内部，闭合成O型管，再多次拉拔后收卷处理，得到环保型自保护耐磨药芯焊丝。
在步骤二中，使用行星式球磨机进行球磨加工处理，公转转速为600r/min，自转转速为1200r/min；在步骤三中，V型混合机的搅拌转速为18r/min；在步骤四中，将钢带放在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将钢带轧制成U型槽，再向U型槽中添加药芯，然后通过成型机将U型槽碾压闭合成O型管。
实施例2：
与实施例1不同的是，所述药芯的原料按照重量百分比计算包括：0.3～0.4％的镁粉、1.0～1.4％的铋粉、6.0～6.4％的锌粉、0.9～1.1％的补充剂，其余为锡粉；所述补充剂按照重量百分比计算包括：5.8～6.2％的包镍碳纳米管、14～16％的碳纳米管、28～32％的氟化物，其余为三氧化二硼；所述氟化物为氟化镧、氟化铈、氟化钇、氟化钡、氟化锂按照1∶1∶1∶1∶1复配制成。
实施例3：
与实施例1-2均不同的是，所述药芯的原料按照重量百分比计算包括：0.35％的镁粉、1.2％的铋粉、6.2％的锌粉、1.0％的补充剂，其余为锡粉；所述补充剂按照重量百分比计算包括：6.0％的包镍碳纳米管、15％的碳纳米管、30％的氟化物，其余为三氧化二硼。
实施例4：
与实施例3不同的是，一种环保型自保护耐磨药芯焊丝的生产工艺，具体生产步骤如下：
步骤一：称取药芯中的镁粉、铋粉、锌粉、锡粉和补充剂中的包镍碳纳米管、碳纳米管、氟化物、三氧化二硼；
步骤二：将步骤一中的包镍碳纳米管、碳纳米管、氟化物、三氧化二硼进行球磨共混处理50～60分钟，得到补充剂；
步骤三：先将步骤二中的补充剂加入到无水乙醇中，进行超声处理10～20分钟，得到预处理补充剂，然后再将预处理补充剂和步骤一中的镁粉、铋粉、锌粉、锡粉一起加入到V型混合机中进行搅拌处理，搅拌完成后再进行加热烘干处理，得到药芯；所述补充剂和无水乙醇的重量比为1∶7，超声频率为1.4MHz，超声功率为500W，加热烘干温度为85℃；
步骤四：将钢带进行梳理成型，将钢带冷弯成U型管，将药芯加入到U型管内部，闭合成O型管，再多次拉拔后收卷处理，得到环保型自保护耐磨药芯焊丝。
对比例1：
与实施例3不同的是：所述药芯的原料按照重量百分比计算包括：0.35％的镁粉、1.2％的铋粉、6.2％的锌粉，其余为锡粉。
对比例2：
与实施例3不同的是：所述药芯的原料按照重量百分比计算包括：0.35％的镁粉、1.2％的铋粉、6.2％的锌粉、1.0％的补充剂，其余为锡粉；所述补充剂按照重量百分比计算包括：30％的氟化物，其余为三氧化二硼。
对比例3：
与实施例3不同的是：一种环保型自保护耐磨药芯焊丝的生产工艺，具体生产步骤如下：
步骤一：称取药芯中的镁粉、铋粉、锌粉、锡粉和补充剂中的包镍碳纳米管、碳纳米管、氟化物、三氧化二硼；
步骤二：将步骤一中的包镍碳纳米管、碳纳米管、氟化物、三氧化二硼组成的补充剂和步骤一中的镁粉、铋粉、锌粉、锡粉加入到V型混合机中进行搅拌处理50～60分钟，V型混合机的搅拌转速为18r/min，得到药芯；
步骤三：将钢带进行梳理成型，将钢带冷弯成U型管，将药芯加入到U型管内部，闭合成O型管，再多次拉拔后收卷处理，得到环保型自保护耐磨药芯焊丝。
上述实施例和对比例中：镁粉采购自山东耀达新材料有限公司的180目镁粉；铋粉采购自清河县松利焊接材料有限公司的200目高纯铋粉；锌粉采购自大冶市锦鹏摩擦材料有限公司的400目高纯Zn-金属锌粉；锡粉采购自河北跃超耐磨材料有限公司的高纯锡粉；包镍碳纳米管采购自苏州凯发新材料科技有限公司的包镍多壁碳纳米管；碳纳米管采购自上海力硕复合材料科技有限公司；三氧化二硼采购自南宫市鑫盾合金焊材喷涂有限公司的325目氧化硼颗粒；氟化镧采购自内蒙古中科镧铈稀材科技有限公司的6000目氟化镧；氟化铈采购自长沙市得力稀土化工有限责任公司的氟化铈；氟化钇采购自内蒙古中科镧铈稀材科技有限公司的6000目氟化钇；氟化钡采购自西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司、货号：652458；氟化锂采购自西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司、货号：669431；
对本发明中的对比例和实施例中的环保型自保护耐磨药芯焊丝进行检测处理；根据国家标准GB/T11363-2008《钎焊接头强度试验方法》对搭接环保型自保护耐磨药芯焊丝焊点试验进行剪切测试，剪切样品采用980℃真空炉制备搭接样品，采用SANSUTM型万能试验机进行剪切测试；测试结果如表一；
测试结果如表一所示：
表一：
由上表可知：本发明的环保型自保护耐磨药芯焊丝，可有效加强焊丝焊缝的抗剪切强度，保证焊接产品的安全性，减少焊接产品焊点的损伤。
本发明中的镁粉、铋粉、锌粉、补充剂和锡粉相互配合组成药芯，以锡粉作为基础，镁粉、铋粉、锌粉等元素设计出一种无铅药芯，该药芯能满足良好的润湿性、焊接温度低、成本低、环保等特点；补充剂中的包镍碳纳米管加入到镁粉、铋粉、锌粉和锡粉中，可有效对药芯进行调和，添加微量的碳纳米管可以改善药芯的润湿性，添加碳纳米管后，焊点断口的撕裂棱和韧窝的数量明显增加，说明焊点断裂模式向韧性断裂转变，呈现明显的韧性断裂机制，可有效加强焊点的抗剪切强度，包镍碳纳米管和碳纳米管复配对药芯性能进行调和，两者相互促进可进一步加强焊点的抗剪切强度；氟化物有利于稳定电弧的作用，在电弧稳定的情况下，焊渣性能显著提高，通过氟化物的保护作用，可提高焊缝的冲击性能，可消除熔敷金属的小气孔；例如氟化锂可有效改善电弧稳定性，同时在电弧区生成Li3N，降低熔覆金属中的N含量；加入稀土类氟化物和三氧化二硼，可大幅度提高焊缝的塑性与韧性，焊缝成形美观、飞溅小、电弧稳定；稀土类氟化物的固氮作用使得总含氮量控制在一定范围内，并降低了氮的有害作用，可改善焊缝金属组织的形态，细化晶粒，可使焊缝获得较高的硬度与耐磨性能；包镍碳纳米管、碳纳米管、氟化物和三氧化二硼进行复配工作，可协同对药芯进行性能补充处理，进而提高焊缝的抗剪切强度和环保耐磨性能；在步骤二中，将包镍碳纳米管、碳纳米管、氟化物、三氧化二硼进行球磨共混处理，可有效对补充剂进行共混处理，可有效加强补充剂的混合处理效果；在步骤三中，将补充剂和其他原料进行共混，得到药芯；在步骤四中，将钢带进行冷弯成U型管，加入药芯，然后进行闭合拉拔成O型管，收卷得到环保型自保护耐磨药芯焊丝；另外在步骤三之前可对补充剂进行预处理，超声处理，将补充剂完全分散到无水乙醇中，得到预处理的补充剂；将预处理后的补充剂和其他原料进行搅拌处理，在无水乙醇的辅助下，补充剂和其他原料接触混合效果更佳，使得补充剂在药芯中分布更加均匀；在共混后进行加热烘干处理，可有效对其中的无水乙醇进行加热蒸发排出，避免无水乙醇残留在药芯中。
最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (7)
1.一种环保型自保护耐磨药芯焊丝，其特征在于：包括外皮和药芯，所述药芯填充于外皮内部，所述药芯和外皮的重量比为1∶1～3；所述药芯的原料按照重量百分比计算包括：0.3～0.4％的镁粉、1.0～1.4％的铋粉、6.0～6.4％的锌粉、0.9～1.1％的补充剂，其余为锡粉；所述补充剂按照重量百分比计算包括：5.8～6.2％的包镍碳纳米管、14～16％的碳纳米管、28～32％的氟化物，其余为三氧化二硼；所述氟化物为氟化镧、氟化铈、氟化钇、氟化钡、氟化锂按照1∶1∶1∶1∶1复配制成；所述外皮为H08A钢钢带或430不锈钢钢带。
2.根据权利要求1所述的一种环保型自保护耐磨药芯焊丝，其特征在于：所述药芯和外皮的重量比为1∶2；所述药芯的原料按照重量百分比计算包括：0.35％的镁粉、1.2％的铋粉、6.2％的锌粉、1.0％的补充剂，其余为锡粉；所述补充剂按照重量百分比计算包括：6.0％的包镍碳纳米管、15％的碳纳米管、30％的氟化物，其余为三氧化二硼。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的一种环保型自保护耐磨药芯焊丝的生产工艺，其特征在于：具体生产步骤如下：
步骤一：称取药芯中的镁粉、铋粉、锌粉、锡粉和补充剂中的包镍碳纳米管、碳纳米管、氟化物、三氧化二硼；
步骤二：将步骤一中的包镍碳纳米管、碳纳米管、氟化物、三氧化二硼进行球磨共混处理50～60分钟，得到补充剂；
步骤三：将步骤一中的镁粉、铋粉、锌粉、锡粉和步骤二中的补充剂加入到V型混合机中进行搅拌处理50～60分钟，得到药芯；
步骤四：将钢带进行梳理成型，将钢带冷弯成U型管，将药芯加入到U型管内部，闭合成O型管，再多次拉拔后收卷处理，得到环保型自保护耐磨药芯焊丝。
4.根据权利要求3所述的一种环保型自保护耐磨药芯焊丝的生产工艺，其特征在于：在步骤二中，使用行星式球磨机进行球磨加工处理，公转转速为400～600r/min，自转转速为800～1200r/min；在步骤三中，先将步骤二中的补充剂加入到无水乙醇中，进行超声处理10～20分钟，得到预处理补充剂，然后再将预处理补充剂和步骤一中的镁粉、铋粉、锌粉、锡粉一起加入到V型混合机中进行搅拌处理，搅拌完成后再进行加热烘干处理，得到药芯，V型混合机的搅拌转速为16～20r/min；在步骤四中，将钢带放在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将钢带轧制成U型槽，再向U型槽中添加药芯，然后通过成型机将U型槽碾压闭合成O型管。
5.根据权利要求4所述的一种环保型自保护耐磨药芯焊丝的生产工艺，其特征在于：在步骤三中，所述补充剂和无水乙醇的重量比为1∶6～8，超声频率为1.3～1.5MHz，超声功率为400～600W，加热烘干温度为80～90℃。
6.根据权利要求5所述的一种环保型自保护耐磨药芯焊丝的生产工艺，其特征在于：在步骤二中，使用行星式球磨机进行球磨加工处理，公转转速为400r/min，自转转速为800r/min；在步骤三中，V型混合机的搅拌转速为16r/min，所述补充剂和无水乙醇的重量比为1∶6，超声频率为1.3MHz，超声功率为400W，加热烘干温度为80℃。
7.根据权利要求5所述的一种环保型自保护耐磨药芯焊丝的生产工艺，其特征在于：在步骤二中，使用行星式球磨机进行球磨加工处理，公转转速为500r/min，自转转速为1000r/min；在步骤三中，V型混合机的搅拌转速为18r/min，所述补充剂和无水乙醇的重量比为1∶7，超声频率为1.4MHz，超声功率为500W，加热烘干温度为85℃。
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