專利名稱：脫渣性優(yōu)良的耐熱鋼堿性藥芯焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料加工工程中的焊接領(lǐng)域，該焊絲是利用碳鋼鋼帶包裹多種合金粉末和礦物粉末制造的熔敷金屬為2.25Cr1Mo型的低合金耐熱鋼藥芯焊絲。主要應(yīng)用于電力、化工、石油、原子能、航空等高速發(fā)展和尖端行業(yè)的低合金耐熱鋼的焊接。
背景技術(shù)：
堿性焊絲的熔敷金屬具有優(yōu)良的機(jī)械性能，因此重要結(jié)構(gòu)的焊接必須使用堿性焊絲。隨著工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，耐熱鋼的應(yīng)用日益廣泛，而且耐熱鋼構(gòu)件長期服役在高溫、高壓的環(huán)境對焊縫的綜合機(jī)械性能的要求日益提高，這樣對堿性焊絲的利用率也日益增長。但由于堿性焊絲的工藝性能差，使得其在應(yīng)用上沒有得到推廣。
目前，國內(nèi)外廣泛使用的是酸性耐熱鋼藥芯焊絲，但由于焊縫金屬韌性較低，使其應(yīng)用范圍受到較大的限制。而堿性產(chǎn)品主要以焊條為主，這樣就無法使生產(chǎn)自動化，嚴(yán)重的制約了生產(chǎn)效率的提高。另外，堿性焊材所焊接的產(chǎn)品，其焊縫金屬的力學(xué)性能較好，但焊接工藝性較差，還有待于進(jìn)一步提高。
從現(xiàn)有技術(shù)中可以看出，在開發(fā)耐熱鋼焊接用的藥芯焊絲過程中，國外主要集中于解決低合金耐熱鋼構(gòu)件在高溫高壓環(huán)境中工作和焊后熱處理過程中焊縫處常常出現(xiàn)的裂紋和斷裂，而研制開發(fā)焊前無須預(yù)熱的抗再熱裂紋的耐熱鋼焊材，如日本專利JP2002137087-A和JP2004230404-A研究焊材中化學(xué)元素的作用和它們相互之間影響來改變各個化學(xué)元素的含量，從而使焊縫具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、蠕變性、韌性和抗冷脆性。另外，近幾年我國的焊材專家在低合金耐熱鋼方面主要是針對提高耐熱鋼焊縫熔敷金屬力學(xué)性能的焊材進(jìn)行開發(fā)。如中國專利CN1358605A主要通過以CaO、MgO做為造渣劑來提高熔渣的堿度，從而顯著提高了焊縫金屬的韌性。而專利CN1337292A則通過在藥粉中加入適量的微量元素Ti細(xì)化焊縫金屬晶粒，從而大大的提高了焊縫的低溫沖擊韌性。以上研制的藥芯焊絲也主要是酸性焊絲，低合金耐熱鋼的堿性焊絲的研制還不成熟，有待于進(jìn)一步開發(fā)。
針對上述情況，開發(fā)一種脫渣性優(yōu)良的低合金耐熱鋼堿性藥芯焊絲，通過碳鋼鋼帶H08A包裹合金粉末和礦物粉末過渡合金元素，使熔敷金屬達(dá)到為2.25Cr1Mo型低合金耐熱鋼的要求，其特點(diǎn)在于其中加入較多的氟化物作為造渣物質(zhì)，能達(dá)到良好的熔渣覆蓋，有效的對合金元素的過渡進(jìn)行保護(hù)，控制擴(kuò)散氫含量，降低使用過程中產(chǎn)生再熱裂紋的可能，另外，同時材料成本相對較低，應(yīng)用場合靈活，設(shè)備簡單，生產(chǎn)效率好，焊接工藝良好，具有很好的市場開發(fā)前景。
脫渣性優(yōu)良的低合金耐熱鋼堿性藥芯焊絲的研制在國內(nèi)外尚未見相關(guān)的專利報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種熔敷金屬不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能，而且具有極佳的焊接工藝性的堿性藥芯焊絲。堿性焊絲的脫渣性普遍較差，焊條脫渣性好壞大體決定于三個因素。一是焊縫金屬與焊渣間線膨脹系數(shù)之差的大小；二是焊渣松脆情況；三是渣殼與焊縫金屬間是否生成了尖晶石型氧化物。
本發(fā)明的特點(diǎn)在于在焊絲的合金粉中加入適量的氟化鋇來代替部分螢石，從而改善了熔渣的覆蓋性，使熔渣的覆蓋均勻、厚度適中。當(dāng)二者比例適當(dāng)時，且以硅、錳和鋁鎂合金為主要脫氧劑，可使焊縫與熔渣之間呈網(wǎng)狀接觸，使焊縫具有優(yōu)良的脫渣性能。另外，加入適量的氧化鋯，使熔渣具有較高的脆性，直到從坡口內(nèi)自動脫渣。從而大大減少了焊工的工時和工作量，提高了工作效率。
本發(fā)明所提供的脫渣性優(yōu)良的低合金耐熱鋼堿性藥芯焊絲，其特征在于，所述的藥芯成分質(zhì)量百分比范圍如下10～20％螢石、11～21％氟化鋇、12～14％金屬鉻、1～11％Fe粉、5～10％硅鐵、2～6％Al-Mg合金粉、5～10％大理石、2～8％氧化鋯、7～12％Ti、10～12％鉬鐵、1～4％Na2CO3、3～5％錳。
藥芯中主要成分作用如下螢石造渣劑，有利于降低擴(kuò)散氫含量，改善熔渣的覆蓋性、脫渣性和焊縫成型。
氟化鋇主要的造渣劑，起降低熔渣熔點(diǎn)與黏度的稀渣作用，降低表面張力，使熔池反應(yīng)活潑，改善脫渣性。BaF2去氫氣孔的作用非常顯著。隨著氟化鋇加入量的增加，焊縫中含氫量就減少，此外，氟化鋇也有脫硫的作用。增加熔渣的堿度，調(diào)整熔渣的物化性能。
金屬鉻向焊縫過渡合金元素。
Fe粉向焊縫過渡金屬，改善導(dǎo)電率。
硅鐵造渣劑，并可調(diào)整熔渣的熔點(diǎn)、粘度、表面張力和流動性。硅有固溶強(qiáng)化作用很強(qiáng)，因而可以有效地提高焊縫的強(qiáng)度，但含量超過一定范圍會使韌性下降，在冶金方面，硅是良好的脫氧劑并可防止CO氣孔，因此，焊縫中應(yīng)含有一定量的硅，但應(yīng)注意到脫氧產(chǎn)物很容易形成硅酸還將夾渣，低熔點(diǎn)的硅酸鹽可能導(dǎo)致結(jié)晶裂紋，此外，硅酸鹽還會增加熔渣和熔化金屬的粘度，引起較嚴(yán)重的飛濺，影響焊接量。
Al-Mg合金粉主要作用是脫氧，保護(hù)鉻等有益合金元素的過渡。脫氧后生成的Al2O3、MgO具有造渣作用。
大理石既作為造氣劑，又作造渣劑。能提高對熔滴的噴力，減少飛濺，分解出的CaO既能穩(wěn)定電弧，又有良好的脫硫能力。
氧化鋯主要起造渣，調(diào)整熔渣的物化性能，改善脫渣性，質(zhì)量百分含量為Ti是渣形成組分，可以改善渣的覆蓋性能和調(diào)整熔渣的熔點(diǎn)和粘度，使焊縫脫渣性。另外它還起到使電弧集中、穩(wěn)定，從而減少飛濺鈦控制在一定范圍內(nèi)時，可以保證焊縫具有較高強(qiáng)度，同時仍可獲得較高的沖擊韌性。本發(fā)明中Ti均以金紅石和鈦鐵的方式加入。
鉬鐵鉬是提高熱強(qiáng)性有效元素，能提高熱影響區(qū)的淬硬傾向，使裂紋敏感性增大。
Na2CO3主要起造氣和穩(wěn)定電弧的作用。其受熱分解產(chǎn)生CO2氣體和Na離子，可以穩(wěn)定電弧。
錳主要用做脫氧劑，也有一定的滲合金作用，同時還對脫硫有利。此外錳氧化時放出大量熱量，提高熔池溫度，有利于冶金反應(yīng)。
所發(fā)明的焊絲藥芯脫渣容易，電弧穩(wěn)定，飛濺顆粒極少且細(xì)小，焊縫成形美觀，焊接工藝性能優(yōu)良。此焊絲主要運(yùn)用于電力、化工、石油、原子能、航空等高速發(fā)展和尖端行業(yè)領(lǐng)域的低合金耐熱鋼的焊接。
本發(fā)明的制備方法采用現(xiàn)有技術(shù)，包括以下步驟1、將鋼帶軋成U形，向U形槽中加入占本發(fā)明焊絲總重的17-22％的本發(fā)明藥粉；2、將U形槽合口，使藥粉包裹其中，通過拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到1.2mm，得到最終產(chǎn)品。
具體實(shí)施例方式
所有實(shí)施例焊絲都是由昆明重機(jī)廠制造的“FCWM50藥芯拉絲機(jī)”制出選用寬度為8-12mm，厚度為0.25-0.5mm的碳鋼鋼帶。先將其軋成U形，再向U形槽中加入粒度為過80目篩子的混合藥粉，藥粉的填充率(藥粉重量占焊絲總重的百分率)為17-22％。將U形槽合口，使藥粉包裹其中。
具體實(shí)施方案如下1.選用8×0.25(寬度為8mm，厚度為0.25mm)的H08A碳鋼鋼帶。先將其軋成U形。取鉬鐵粉末12％、金屬鉻粉末13％、鈦鐵粉末3.5％、Fe粉10％、硅鐵粉末10％、鋁鎂合金粉末3％、錳粉末5％、氧化鋯粉末2％、螢石20％、氟化鋇粉末11％、金紅石粉末4％、Na2CO3粉末1.5％、大理石5％。(所取粉末的粒度為能通過80目的篩子)。將所取各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合40分鐘，然后將混合粉末加入U形的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為18％。將U形槽合口，使藥粉包裹其中。然后使其分別通過直徑為2.3mm、2.1mm、1.9mm、1.7mm、1.6mm、1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.18mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到1.2mm。在CO2氣體保護(hù)下進(jìn)行焊接，焊接電流200～220A，焊接電壓28～30V，焊接速度0.5m/min，氣流量15l/min。焊后測脫渣率，脫渣率見表1。
2.選用9×0.3(寬度為9mm，厚度為0.3mm)的H08A碳鋼鋼帶。先將其軋成U形。取鉬鐵粉末11％、金屬鉻粉末13％、鈦鐵粉末4％、Fe粉1％、硅鐵粉末8％、鋁鎂合金粉末4％、錳粉末3.5％、氧化鋯粉末8％、螢石16％、氟化鋇末15％、金紅石粉末8％、Na2CO3粉末2％、大理石6.5％。(所取粉末的粒度為能通過80目的篩子)。將所取各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合40分鐘，然后將混合粉末加入U形的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為19％。將U形槽合口，使藥粉包裹其中。然后使其分別通過直徑為2.3mm、2.1mm、1.9mm、1.7mm、1.6mm、1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.18mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到1.2mm。在CO2氣保護(hù)下進(jìn)行焊接，焊接電流200～220A，焊接電壓28～30V，焊接速度0.5m/min，氣流量15l/min。焊后測脫渣率，脫渣率見表1。
3.選用10×0.4(寬度為10mm，厚度為0.4mm)的H08A碳鋼鋼帶。先將其軋成U形。取鉬鐵粉末10％、金屬鉻粉末12％、鈦鐵粉末4％、Fe粉5％、硅鐵粉末6％、鋁鎂合金粉末6％、錳粉末4％、氧化鋯粉末2％、螢石13％、氟化鋇末18％、金紅石粉末6％、Na2CO3粉末4％、大理石10％。(所取粉末的粒度為能通過80目的篩子)。將所取各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合40分鐘，然后將混合粉末加入U形的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為20％。將U形槽合口，使藥粉包裹其中。然后使其分別通過直徑為2.3mm、2.1mm、1.9mm、1.7mm、1.6mm、1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.18mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到1.2mm。在CO2氣保護(hù)下進(jìn)行焊接，焊接電流200～220A，焊接電壓28～30V，焊接速度0.5m/min，氣流量15l/min。焊后測脫渣率，脫渣率見表1。
4.選用12×0.5(寬度為12mm，厚度為0.5mm)的H08A碳鋼鋼帶。先將其軋成U形。取鉬鐵粉末10％、金屬鉻粉末14％、鈦鐵粉末3％、Fe粉11％、硅鐵粉末5％、鋁鎂合金粉末2％、錳粉末3％、氧化鋯粉末4％、螢石10％、氟化鋇末21％、金紅石粉末8％、Na2CO3粉末1％克、大理石8％。(所取粉末的粒度為能通過80目的篩子)。將所取各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合40分鐘，然后將混合粉末加入U形的H08A碳鋼鋼帶槽中，填充率為22％。將U形槽合口，使藥粉包裹其中。然后使其分別通過直徑為2.3mm、2.1mm、1.9mm、1.7mm、1.6mm、1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.18mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到1.2mm。在CO2氣保護(hù)下進(jìn)行焊接，焊接電流200～220A，焊接電壓28～30V，焊接速度0.5m/min，氣流量15l/min。
脫渣率的測定采用45°V型坡口內(nèi)堆焊的落錘法試驗(yàn)。
表1 對比例與實(shí)施例效果對比
權(quán)利要求
1.一種脫渣性優(yōu)良的耐熱鋼堿性藥芯焊絲，其特征在于，所加的藥芯成分質(zhì)量百分比范圍如下10～20％螢石、11～21％氟化鋇、12～14％金屬鉻、1～11％Fe粉、5～10％硅鐵、2～6％Al-Mg合金粉、5～10％大理石、2～8％氧化鋯、7～12％Ti、10～12％鉬鐵、1～4％Na2CO3、3～5％錳。
全文摘要
脫渣性優(yōu)良的耐熱鋼堿性藥芯焊絲屬于材料加工工程的焊接領(lǐng)域。本發(fā)明解決了現(xiàn)有耐熱鋼堿性藥芯焊絲嚴(yán)重的粘渣的問題。本發(fā)明其特征在于，所加的藥芯成分范圍如下25～37％氟化鋇、12～14％金屬鉻、5～20％Fe粉、5～10％硅鐵、2～6％Al－Mg合金粉、5～8％大理石、2～4％氧化鋯、7～12％Ti、10～11％鉬鐵、1～4％Na
文檔編號B23K35/40GK101041214SQ20071009879
公開日2007年9月26日 申請日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者栗卓新, 張莉, 李國棟, 魏琪 申請人:北京工業(yè)大學(xué)