一種低六價鉻排放的309不銹鋼藥芯焊絲的制作方法
【專利摘要】一種低六價鉻排放的309不銹鋼藥芯焊絲，它由藥芯和外用鋼帶組成，所述藥芯占焊絲總重量的15%-30%，其中藥芯各組成占藥芯重量的百分比為：金屬鉻粉：25-28%，金屬鎳粉：13-16%，電解金屬錳4-8%，鋁粉：1-4%，金紅石：20-25%，石英:4-7%,鋯英砂：3-6%，長石3-5%，MnO2：2-6%，冰晶石：1-2%，MFC添加劑：1-5%，余量為鐵粉；MFC添加劑包括Zn：25-45%；Cu：5-15%；Si：2-10%；聚四氟乙烯：15-30%，氟化石墨：1-5%；Li2CO3：20-40%；機械混合后，需在電爐中加熱至200-300℃攪拌均勻。本發明開發一種低六價鉻（Cr+6）排放、焊接工藝優良的308不銹鋼藥芯焊絲。
【專利說明】一種低六價鉻排放的309不銹鋼藥芯焊絲
【技術領域】
[0001]本發明涉及適用于焊接不銹鋼和碳鋼或低合金鋼的異種焊接、不銹鋼復合鋼板覆層的打底焊接等焊接材料領域，特別是涉及到焊接煙塵中的低六價鉻(Cr+6)含量的氣保護309不銹鋼藥芯焊絲。
【背景技術】
[0002]不銹鋼藥芯焊絲焊接奧氏體不銹鋼具有效率高、成本低、自動化程度高，工藝性能好，焊縫成形美觀；熔敷速度快，生產效率高，熔化速度快，其熔敷率約為85%-90%的特點，是不銹鋼焊接技術發展的方向。
[0003]不銹鋼中Cr的含量較高，焊接材料為了滿足焊縫的耐腐蝕性會加入適量的Cr元素，使焊縫產生足夠的耐腐蝕性以滿足焊接要求。焊材和母材中Cr在焊接高溫作用下蒸發并進入焊接煙塵，其中部分會被氧化成具有毒性的六價鉻(Cr+6)。
[0004]六價鉻(Cr+6)在人體內具有致癌作用，還會引起諸多的其他健康問題，如吸入某些較高濃度的六價鉻化合物會弓I起流鼻涕、打噴嚏、瘙癢、鼻出血、潰瘍和鼻中隔穿孔。短期大劑量的接觸，在接觸部位會產生不良后果，包括潰瘍、鼻黏膜刺激和鼻中隔穿孔。攝入超大劑量會導致腎臟和肝臟的損傷、惡心、胃腸道刺激、胃潰瘍、痙攣甚至死亡。皮膚接觸會造成潰瘍或過敏反應六價鉻(Cr+6)是最易導致過敏的金屬之一，僅次于鎳。為了保證焊接人員的健康，2006年美國職業安全與健康管理局(OSHA)新頒布了焊接煙塵中六價鉻(Cr+6)的允許暴露極限值(PEL)，8小時內由原來的52Pg/m3降低到3Pg/m3，并在2010進一步推薦為0.2M-g/m30
[0005]對不銹鋼藥芯焊絲而言，降低六價鉻(Cr+6)生成物的穩定性，降低電弧周圍的活性氧，提高電弧穩定性是降低六價鉻(Cr+6)的主要途徑。因此，本發明開發一種低六價鉻(Cr+6)排放、焊接工藝優良的308不銹鋼藥芯焊絲。

【發明內容】
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[0006]本發明鑒于上述情況而形成的，其目的在于提供一種低六價鉻(Cr+6)排放量，焊接工藝優秀的309不銹鋼藥芯焊絲。
[0007]為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0008]一種低六價鉻(Cr+6)排放的309不銹鋼藥芯焊絲，它由藥芯和外用鋼帶組成，所述外用鋼帶為含碳量小于0.03% (重量)的奧氏體不銹鋼帶。
[0009]所述藥芯占焊絲總重量的15%_30%，其中藥芯各組成占藥芯重量的百分比為:金屬鉻粉:25-28%，金屬鎳粉:13-16%，電解金屬錳4-8%，鋁粉:1_4%，金紅石:20_25%，石英:4-7%,鋯英砂:3-6%，長石3-5%，MnO2:2_6%，冰晶石:1_2%，MFC添加劑:1_5%，余量為鐵粉；
[0010]上述MFC添加劑包括Zn、Cu、S1、聚四氟乙烯、氟化石墨和Li2CO3，它們的重量比依次為 Zn:25-45% ；Cu:5-15% ；S1:2-10% ;聚四氟乙烯:15-30%,氟化石墨:1_5% ；Li2C03:20-40% ;機械混合后，需在電爐中加熱至200-300°C攪拌均勻。
[0011]進一步,其中所述焊絲的直徑在0.9-1.6mm之間。
[0012]原材料為Zn粉:80-120目，Cu粉:120-200目，原生聚四氟乙烯(PTFE)粉，氟化石墨(CH4F2) 100-200目，Li2CO3:80-200目，通過機械混合后，需在電爐中加熱200-300°C，使得聚四氟乙烯(PTFE)得以融化，取出后需攪拌。
[0013]熔敷金屬中主要元素的含量在如下范圍:C:0.021?0.03wt.%; Cr:22?25wt.% ;N1:12?14.0wt.% ；Mn:0.5?2.5wt.% ；S1:0.3?lwt.% ； Fe:余量。
[0014]如上所述的奧氏體不銹鋼焊接用309藥芯焊絲，其中所述外用鋼帶優選為含碳量小于0.03% (重量)的304L不銹鋼帶。
[0015]如上所述的奧氏體不銹鋼焊接用309藥芯焊絲，其中所述焊絲的直徑優選在0.9-1.6mm 之間。
[0016]一種用于添加在309不銹鋼藥芯焊絲中抑制六價鉻(Cr+6)生成的添加劑，它由Zn-Cu-S1-聚四氟乙烯(PTFE)-氟化石墨(CH4F2) -Li2CO3,它們的重量比依次為25_45%，5-15%, 2-10%, 15-30%, 1-5%, 20-40%。且添加劑的顆粒度為 80-160 目。
[0017]一種低六價鉻(Cr+6)排放奧氏體309不銹鋼藥芯焊絲的制備方法，步驟如下:
[0018]步驟1:按照所述藥芯的配方配置好藥芯粉末，將含碳量小于0.03% (重量)的奧氏體不銹鋼帶扎成U形，向U形槽內加入占本焊絲總重量18-25%的藥芯粉末；
[0019]步驟2將U行槽合口后，依次經過鍛造、扎制、拉拔減徑處理最終得到焊絲；
[0020]步驟3對焊絲表面進行清理，得到所述奧氏體308不銹鋼焊接用藥芯焊絲的最終
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[0021]本發明的有益效果為:
[0022]降低不銹鋼焊接煙塵中六價鉻(Cr+6)主要是通過三個途徑來解決。方法一:通過添加劑中的活性物質，在焊接過程中降低了電弧周圍的活性氧(03)，降低二價、四價鉻被氧化成六價的幾率。方法二:用添加劑中的Li2CO3代替藥芯中的K、Na,使得六價鉻(Cr+6)形成不了穩定的物相，最終自動分解成二價、四價鉻。方法三:添加劑中高熔點的物質對六價鉻(Cr+6)具有還原作用，還原以生成的六價鉻(Cr+6)稱為二價、四價物質。本發明中添加劑涉及到的物質經過大量的挑選，含量在1_5%，粒度在80-160目，同時控制藥粉中氧化物重量百分比小于45%。
[0023]本發明的低六價鉻(Cr+6)排放奧氏體309不銹鋼藥芯焊絲能夠降低焊接煙塵中30-70%六價鉻(Cr+6)的含量，同時具有良好的工藝性能，即具有電弧穩定性高，焊接飛濺少，脫渣性好等優點。
[0024]本發明適用于100%C02氣體保護焊，焊縫成形質量好，無氣孔、裂紋、夾渣等冶金缺陷。熔敷金屬中主要元素的含量在如下范圍:熔敷金屬中主要元素的含量在如下范圍:C:0.021 ?0.03wt.% ； Cr:22?25wt.% ；N1:12?14.0wt.% ；Mn:0.5?2.5wt.% ；S1:0.3?lwt.% ；Fe:余量，該焊絲適用于奧氏體不銹鋼焊接，特別適合于焊接空間不大，通風不暢的環境下使用，能夠降低六價鉻(Cr+6)排放，減少六價鉻(Cr+6)對人體的危害。
【具體實施方式】
[0025]本發明的藥芯焊絲不受下述實例的限制，任何在本發明的權力要求保護的范圍內的改進和變化都在本發明的保護范圍之內。
[0026]本發明提供了一種低六價鉻(Cr+6)排放308不銹鋼細直徑藥芯焊絲，它是由外用鋼帶和其中的焊絲藥芯組成，其具體實例方式如下:
[0027]所述焊絲藥芯的組成如下:
[0028]金屬鉻:向焊絲熔敷金屬中過渡鉻元素，其重量百分含量為(占藥粉的重量百分含量，以下同)25-28%。
[0029]金屬鎳:向焊絲熔敷金屬中過渡鎳元素，其重量百分含量為13-16%。
[0030]電解金屬錳:向焊絲熔敷金屬中過渡錳元素，其重量百分含量為4_8%。
[0031]鋁粉:起脫氧作用，提高鉻、鎳、錳等合金元素的過渡系數，其重量百分比為:1-4%。
[0032]金紅石:主要的造渣劑，可以改善焊縫金屬的脫渣性和成形質量，同時還可以改善電弧的穩定性，其重量百分比為:20-25%。
[0033]石英:主要的造渣劑，增加熔渣的酸度，調整熔渣的粘度和氧化性，細化熔滴，提高熔化系數，但加入量過多易降低焊縫成形質量，其重量百分含量為4-7%。
[0034]鋯英砂:主要的造渣劑，調整熔渣的物理化學性能，改善焊縫金屬的脫渣性，提高熔化系數，其重量百分比含量為3-6%。
[0035]長石:用于造渣，調整熔渣的物理化學性能，還可以起到穩定電弧、細化熔滴的作用，但是加入量過大會增加六價鉻(Cr+6)的生成量，其重量百分含量為長石3-5%。
[0036]冰晶石:用于去氫，改善電弧性能，增加焊縫渣殼的流動性，其重量百分含量優選為 1_2%。
[0037]添加劑:其功能是降低焊接電弧周圍的活性氧，抑制六價鉻(Cr+6)生成穩定的化合物，還原已經生成的六價鉻(Cr+6)，其重量百分比優選為1-5%。
[0038]所述添加劑由Zn-Cu-S1-聚四氟乙烯(PTFE)-氟化石墨(CH4F2 )_Li2C03，它們的重量比依次為25-45%，5-15%, 2-10%, 15-30%, 1-5%, 20-40%且添加劑的顆粒度為80-160目。
[0039]在不銹鋼藥芯焊絲中影響焊接煙塵中六價鉻(Cr+6)含量的因素主要是電弧周圍的活性氧，其主要來源是藥粉中的氧化物。其次是K、Na的化合物，其能使六價鉻(Cr+6)生成穩定的化合物。一般焊絲中的脫氧劑為Al、Mg但是由于其被氧化的溫度與六價鉻(Cr+6)生成的溫度不在同一范圍，因此，Al、Mg對焊接煙塵中六價鉻(Cr+6)含量影響小。本發明所述的添加劑，由Zn-Cu-S1-聚四氟乙烯(PTFE)-氟化石墨(CH4F2)-Li2CO3，它們的重量比依次為25-45%，5-15%，2-10%，15-30%，1-5%，20-40%。且添加劑的顆粒度為80-160目組成。它既包括了降低在六價鉻(Cr+6)生成時，電弧周圍的活性氧的物質、抑制六價鉻(Cr+6)生成穩定化合物的物質又包括了還原已經生成的六價鉻(Cr+6)的物種。最終到達降低30-70%六價鉻(Cr+6)的目的。同時具有良好的工藝性能，即具有電弧穩定性高，焊接飛濺少，脫渣性好等優點。
[0040]本發明的309不銹鋼藥芯焊絲的制造采用以下步驟:
[0041]I)將厚度0.25-0.6mm,寬度8-12mm的低碳奧氏體不銹鋼帶扎成U形，向U形槽內加入占本發明焊絲總重量15-30%的藥粉。
[0042]2)將U行槽合口后，通過軋制成形、拉拔減徑，最終使其直徑達到0.9-1.6_之間。
[0043]3)對焊絲表面進行清理，得到最終產品。[0044]實施例1
[0045]選用厚度0.25mm,寬度8mm、重量為4555g的低碳奧氏體不銹鋼帶，將其扎成U型，將250g金屬鉻粉，130g金屬鎳粉，40g電解金屬錳，40g鋁粉，250g金紅石，70g石英，60g鋯英砂，30g 長石,20gMn02, IOg 冰晶石，IOg 添加劑(Zn:2.5g ；Cu:1.5 ；:S1:lg;聚四氟乙烯:2g，氟化石墨:0.5g ；Li2C03:2.5g)，90g鐵粉，共IOOOg藥粉，混合均勻后加入U型槽中，填充率為18% (重量)，合口經過減徑，光亮退火、再減徑，最終成品焊絲直徑為0.9_。
[0046]實施例2
[0047]選用厚度0.4mm，寬度12mm、重量為4000g的低碳奧氏體不銹鋼帶，將其扎成U型，將280g金屬鉻粉，160g金屬鎳粉，80g電解金屬錳，IOg鋁粉，200g金紅石，40g石英，30g鋯英砂，50g長石，60gMn02 , 20g冰晶石，50g添加劑(Zn:12.5g ；Cu:5 ；:S1:5g ;聚四氟乙烯:10g，氟化石墨:2.5g ；Li2C03:15g)，20g鐵粉，共IOOOg藥粉，混合均勻后加入U型槽中，填充率為20% (重量)，合口經過減徑，光亮退火、再減徑，最終成品焊絲直徑為0.9mm。
[0048]實施例3
[0049]選用厚度0.3mm,寬度8mm、重量為3546g的低碳奧氏體不銹鋼帶，將其扎成U型，將253g金屬鉻粉，140g金屬鎳粉，50g電解金屬錳，IOg鋁粉，210g金紅石，45g石英，37g鋯英砂，40g 長石，30gMn02,15g 冰晶石，40g 添加劑(Zn: 12.8g ;Cu:6 ;:S1:3.2g ;聚四氟乙烯:8g，氟化石墨:2g ；Li2C03:8g)，130g鐵粉，共IOOOg藥粉，混合均勻后加入U型槽中，填充率為22% (重量)，合口經過減徑，光亮退火、再減徑，最終成品焊絲直徑為1.2_。
[0050]實施例4
[0051 ] 選用厚度0.4mm,寬度10mm、重量為3000g的低碳奧氏體不銹鋼帶，將其扎成U型，將260g金屬鉻粉，140g金屬鎳粉，40g電解金屬錳，20g鋁粉，230g金紅石，50g石英，40g鋯英砂，30g長石，20gMn02, IOg冰晶石，20g添加劑(Zn:6g ；Cu:2 ；:Si:2g ;聚四氟乙烯:6g,氟化石墨:lg ；Li2C03:3g)，140g鐵粉，共IOOOg藥粉，混合均勻后加入U型槽中，填充率為25% (重量)，合口經過減徑，光亮退火、再減徑，最終成品焊絲直徑為1.6mm。
[0052]實施例5
[0053]選用厚度0.6mm，寬度12mm、重量為2333g的低碳奧氏體不銹鋼帶，將其扎成U型，將260g金屬鉻粉，140g金屬鎳粉，40g電解金屬錳，20g鋁粉，220g金紅石，40g石英，30g鋯英砂，35g 長石，30gMn02，15g 冰晶石，33g 添加劑(Zn:7.26g ；Cu:4.29 ；:S1:3.3g ;聚四氟乙烯:6.6g，氟化石墨:1.65g ；Li2C03:6.6g)，137g鐵粉，共IOOOg藥粉，混合均勻后加入U型槽中，填充率為30% (重量)，合口經過減徑，光亮退火、再減徑，最終成品焊絲直徑為1.6mm。
[0054]實施例6
[0055]選用厚度0.4mm,寬度10mm、重量為4263g的低碳奧氏體不銹鋼帶,將其扎成U型，將255g金屬鉻粉，136g金屬鎳粉，50g電解金屬錳，30g鋁粉，230g金紅石，55g石英，40g鋯英砂，35g 長石，40gMn02,17g 冰晶石，40g 添加劑(Zn:12.8g ；Cu:6 ；:S1:3.2g ;聚四氟乙烯:8g，氟化石墨:2g ；Li2C03:8g)，73g鐵粉，共IOOOg藥粉，混合均勻后加入U型槽中，填充率為19% (重量)，合口經過減徑，光亮退火、再減徑，最終成品焊絲直徑為0.9_。
[0056]對比例I
[0057]選用厚度0.4mm,寬度10mm、重量為3167g的低碳奧氏體不銹鋼帶，將其扎成U型，將250g金屬鉻粉，130g金屬鎳粉，53g電解金屬錳，24g鋁粉，200g金紅石，50g石英，30g鋯英砂，30g長石，30gMn02, IOg冰晶石,Og添加劑，193g鐵粉,共IOOOg藥粉，混合均勻后加入U型槽中，填充率為24% (重量)，合口經過減徑，光亮退火、再減徑，最終成品焊絲直徑為1.6mm。
[0058]對比例2
[0059]選用厚度0.3mm,寬度8mm、重量為3762g的低碳奧氏體不銹鋼帶，將其扎成U型，將260g金屬鉻粉，105g金屬鎳粉，52g電解金屬錳，24g鋁粉，210g金紅石，30g石英，30g鋯英砂，60g 長石,30gMn02, 25g 冰晶石，2g 添加劑(Zn:0.25g ；Cu:0.1 ；:S1:0.1g ;聚四氟乙烯:0.2g,氟化石墨:0.5g ；Li2C03:0.3g)，172g鐵粉，共IOOOg藥粉，混合均勻后加入U型槽中，填充率為21% (重量)，合口經過減徑，光亮退火、再減徑，最終成品焊絲直徑為1.2_。
[0060]對比例3
[0061]選用厚度0.3mm,寬度8mm、重量為4882g的低碳奧氏體不銹鋼帶，將其扎成U型，將263g金屬鉻粉，134g金屬鎳粉，40g電解金屬錳，14g鋁粉，210g金紅石，40g石英，20g鋯英砂，40g 長石，30gMn02,15g 冰晶石，60g 添加劑(Zn:13.2g ；Cu:7.8 ；:S1:6g ;聚四氟乙烯:12g，氟化石墨:3g ；Li2C03:12g)，134g鐵粉，共IOOOg藥粉，混合均勻后加入U型槽中，填充率為17% (重量)，合口經過減徑，光亮退火、再減徑，最終成品焊絲直徑為0.9_。
[0062]對各實施例及對比例性能的評價
[0063]1.焊接煙塵中六價鉻(Cr+6)的含量
[0064]煙塵收集器中的吸氣罩可以360度旋轉，柔性吸氣臂里裝有萬向接頭，能上押，前后左右移動，將煙塵顆粒物質吸入，然后測量單位時間中所收集的焊接煙塵重量1.5g/min以下為優異，大于1.5g/min為差，在按照IS016740的標準檢測每千克煙塵中Cr(VI)含量，其結果在表I中。評價基準以傳統308不銹鋼藥芯焊絲的含量1.6-1.8X103mg/Kg,當低于
1.5 X103mg/Kg 時為“優異，大于 1.3 X103mg/Kg 時為“差”。
[0065]2.機械特性
[0066]基于GB/T 17853-1999評價抗拉強度。其結果在表3中顯示。符合抗拉伸強度的評價時為“優異，不符合時為“差”。另外，基于GB/T 17853-1999評價拉伸率時，其評價基準為在25%以上時為“優異”，低于25%時為“差”。
[0067]3.鐵素體數
[0068]用鐵素體測數儀參考GB/T 1954-2008《鉻鎳奧氏體不銹鋼焊縫鐵素體含量測量方法》中的截線法對試樣的鐵素體含量進行測定。為保證測定結果的統計性和合理性，對每個試樣在覆蓋熔合線以內的焊縫區域，隨機選取20個視場進行測定，取20次測定結果的平均值作為最終測定值，其結果在表3中。評價基準為鐵素體數FN在5%-12%時為“優異”，低于5%或高于12%時為“差”
[0069]4.焊絲飛派率
[0070]飛濺率評定方法采用半封閉箱收集飛濺，試驗焊接試板(尺寸300X30X20mm，Q235碳鋼板)置于試驗臺上，為防止飛濺丟失，用導電銅罩將其罩住，在銅罩內施焊；用自動焊接小車進行焊接在試板上施焊一道長約250mm的焊縫，焊后收集銅罩內試驗臺上的飛濺金屬顆粒，稱其重量，其結果在表3中。評價基準為在0.5%以下為“優異”，高于0.5%時為“差”。
[0071]飛濺率V計算公式如下:[0072]Ψ= m2/m1x 100%
[0073]式中m2—飛濺重量(g)；
[0074]IIi1+焊絲消耗重量(g)。
[0075]5.綜合評價
[0076]作為綜合評價，焊接操作性(電弧穩定性、飛濺率、煙塵中Cr+6的含量，)及熔敷金屬性能(拉伸強度、沖擊功、FN數)全部符合“優”時評價為O，即使有任意一個項目評價為差時，綜合評價也為X。
[0077]表1低Cr+6、低成本不銹鋼金屬芯309評價結果
【權利要求】
1.一種低六價鉻排放的309不銹鋼藥芯焊絲，它由藥芯和外用鋼帶組成，所述外用鋼帶為含碳量小于0.03wt%的奧氏體不銹鋼帶，其特征在于:所述藥芯占焊絲總重量的15%-30%，其中藥芯各組成占藥芯重量的百分比為:金屬鉻粉:25-28%，金屬鎳粉:13-16%，電解金屬錳4-8%，鋁粉:1-4%，金紅石:20-25%，石英:4-7%，鋯英砂:3_6%，長石3_5%，MnO2:2-6%，冰晶石:1-2%，MFC添加劑:1_5%，余量為鐵粉； 上述MFC添加劑包括Zn、Cu、S1、聚四氟乙烯、氟化石墨和Li2CO3，它們的重量比依次為Zn:25-45% ；Cu:5-15% ；S1:2-10% ;聚四氟乙烯:15-30%,氟化石墨:1-5% ；Li2C03: 20-40% ；機械混合后，需在電爐中加熱至200-300°C攪拌均勻。
2.如權利要求1所述的低六價鉻排放的309不銹鋼藥芯焊絲，其中所述焊絲的直徑在0.9-1.6mm 之間。
3.如權利要求1所述的低六價鉻排放的309不銹鋼藥芯焊絲，所述MFC添加劑中Zn粉:80-120目，Cu粉=120-200目，聚四氟乙烯粉100-200目，氟化石墨100-200目，Li2CO3:80-200 目。
【文檔編號】B23K35/40GK103480980SQ201310432889
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月22日 優先權日:2013年9月22日
【發明者】栗卓新, 白建濤, 李輝, 馬立文, 宋姍姍, 張力文, 左鐵鏞 申請人:北京工業大學