專利名稱：奧氏體不銹鋼用埋弧焊金屬芯焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料加工工程領(lǐng)域，主要用于石油、化工、醫(yī)藥、造船、食品等領(lǐng)域的奧氏體不銹鋼的焊接。
背景技術(shù)：
奧氏體不銹鋼的焊接方法很多，可采用熔焊的任何一種方法進行焊接。但從經(jīng)濟、實用和技術(shù)性方面考慮，生產(chǎn)中用得最多的焊接方法是焊條電弧焊、藥芯焊絲氣體保護焊和埋弧焊，相應(yīng)的焊接材料也主要是不銹鋼焊條、不銹鋼用氣保護藥芯焊絲和不銹鋼埋弧焊用實芯焊絲。
不銹鋼焊條電弧焊使用的設(shè)備簡單，操作方便，靈活可靠，適應(yīng)性強，這是其廣泛應(yīng)用的重要原因之一。但其焊接接頭質(zhì)量在一定程度上取決于焊工的操作技能，焊條電弧焊勞動條件差，成本高，接頭多，不利于不銹鋼接頭性能的提高，生產(chǎn)效率低，因而只適用于單件或小批量產(chǎn)品的焊接。對于短焊縫，不規(guī)則的各種空間位置以及難以實現(xiàn)自動化、機械化焊接的焊接接頭用它最為合適。此外，不銹鋼導(dǎo)熱率低，不銹鋼焊條在使用過程中尾部存在發(fā)紅問題，不得不棄用剩余七分之一的焊條，造成了焊材的浪費。
近年來不銹鋼用藥芯焊絲發(fā)展迅速，進行熔化極氣保護焊時，電流密度大，焊絲熔化速度快，但熔敷效率介于焊條和氣保護用實芯焊絲之間。藥芯焊絲氣保護焊接奧氏體不銹鋼時，可采用機械化焊接，但由于受焊絲直徑的影響，焊接電流有一定的限制，熔化速度和熔敷效率均不如埋弧焊的高。此外，藥芯焊絲氣保護焊更易受人為操作的影響，焊接質(zhì)量也不如埋弧焊的穩(wěn)定。
埋弧焊由于其機械化程度高，焊接速度快，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，是目前不銹鋼最廣泛應(yīng)用的焊接方法之一。目前生產(chǎn)上焊接不銹鋼廣泛使用的埋弧焊焊接材料主要是實芯焊絲，由于其焊絲本身的特性和焊劑的原因，焊接過程中普遍存在著嚴(yán)重的脫渣困難的問題，俗稱“黑皮”，如

圖1所示。焊后不得不用砂輪打磨，不僅勞動強度大，而且降低了生產(chǎn)效率。此外，埋弧焊實芯焊絲制造工藝復(fù)雜，需要經(jīng)過反復(fù)的拉拔、退火、酸洗和鈍化，尤其是盤條中含合金元素較多時，加工硬化現(xiàn)象更為嚴(yán)重，制作工藝更為復(fù)雜。
經(jīng)對國內(nèi)外專利進行檢索，未見有(相關(guān)的)專利報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明研制了奧氏體不銹鋼用埋弧焊金屬芯焊絲，兼具有實芯焊絲熔敷效率高和藥芯焊絲焊縫成形好的優(yōu)點，為新一代高效焊接材料，可用于奧氏體不銹鋼A316、A316L的焊接。
一種奧氏體不銹鋼用埋弧焊金屬芯焊絲，其特征在于，采用碳鋼帶和超低碳鋼帶作為包覆層，粉芯中各合金成分的質(zhì)量百分比為鉻的質(zhì)量百分比為34％～55％；鎳的質(zhì)量百分比為20％～33％；錳的質(zhì)量百分比為3％～7％；鉬的質(zhì)量百分比為4％～8％；鐵的質(zhì)量百分比為4％～21％；三氧化二鉍的質(zhì)量百分比為0.5％～1.5％；鋁-鎂合金的質(zhì)量百分比為2％～10％；金屬粉的填充率為40％～58％。
金屬芯中各合金元素成分、質(zhì)量百分比及其作用如下Cr向焊縫過渡合金元素，調(diào)整焊縫成分，提高焊縫的耐蝕性，其質(zhì)量百分比為34％～55％。
Ni向焊縫過渡合金元素，調(diào)整焊縫成分，提高焊縫的耐蝕性，其質(zhì)量百分比為20％～33％。
Mn向焊縫中過渡合金元素，調(diào)整焊縫成分。此外，Mn還具有脫氧、脫硫作用，其質(zhì)量百分比為3％～7％。
Mo向焊縫中過渡合金元素，調(diào)整焊縫成分，促進鐵素體的形成，促使晶粒細化，防止熱裂紋的產(chǎn)生，其質(zhì)量百分含量為4％～8％。
Fe改善導(dǎo)電率，增加熔敷效率，其質(zhì)量百分比為4％～21％。
Bi2O3改善脫渣性，其質(zhì)量百分比為0.5％～1.5％。
Al-Mg合金主要作用是脫氧，改善電弧的穩(wěn)定性，其質(zhì)量百分含量為2％～10％。
金屬粉填充率為40％～58％。本發(fā)明的焊絲軋制過程是現(xiàn)有技術(shù)，見圖3。先將鋼帶成U形，再向U形槽中加入配置好的金屬粉，然后將U形槽合口，使藥粉包裹其中。
本發(fā)明研制了不銹鋼用埋弧焊金屬芯焊絲，用于奧氏體不銹鋼的焊接。
本發(fā)明與不銹鋼焊條相比，用于奧氏體不銹鋼的埋弧焊，因而可使用更大的焊接電流，更快的焊接速度，且不存在焊絲的發(fā)紅問題，因而大大提高了生產(chǎn)效率。焊后焊縫成形也較不銹鋼焊條的好。
本發(fā)明與不銹鋼藥芯焊絲相比，自動化程度更高，焊接過程中無弧光，對操作人員的要求不高，且可使用更大的焊接電流，更快的焊接速度，焊接質(zhì)量也更為穩(wěn)定，焊接效率更高。
本發(fā)明與不銹鋼埋弧焊用實芯焊絲相比，焊后焊縫金屬呈白色、金黃色，克服了實芯焊絲產(chǎn)生脫渣困難的問題，見圖2。焊后不需用砂輪清理焊縫，不僅大大降低了勞動強度，而且還提高了生產(chǎn)效率。本發(fā)明與相同直徑的實芯焊絲相比，電流密度更大，因而可使用更小的焊接電流和更快的焊接速度，這一點對于焊接不銹鋼來說非常有利。本發(fā)明由于在金屬芯中加入了少量的造渣劑，脫渣性也較埋弧焊實芯焊絲大為改善。此外，本發(fā)明金屬芯中合金元素調(diào)整方便，拉拔一次成型，無需退火、酸洗、鈍化，制作工藝比埋弧焊實芯焊絲更為簡單方便。
本發(fā)明采用低碳鋼帶或超低碳鋼帶作為包覆層，在鋼帶中加入了97％以上的金屬粉末，只有少量的造渣劑，焊縫成形依靠自身表面張力調(diào)整，可連續(xù)焊接，特別適用于高速自動焊。從其橫截面來看，焊絲為搭接結(jié)構(gòu)。
與不銹鋼帶包覆層相比，采用碳鋼帶和超低碳鋼帶作為包覆層，不但成本低，而且不存在嚴(yán)重的加工硬化現(xiàn)象，拉拔一次成型，無需退火、酸洗和鈍化，焊絲制造工藝簡單方便。碳鋼帶包覆層或超低碳鋼帶包覆層規(guī)格為寬度14mm～20mm，厚度0.5mm～0.8mm。
焊絲所使用的焊接電流范圍為380～600A，焊接電壓范圍為30～40V，焊接速度范圍為450～800mm/min。
具體實施例方式
采用昆明重機廠生產(chǎn)的“FCWM50被動拉拔式藥芯焊絲機”制造金屬芯焊絲。焊絲的直徑為4mm。軋制過程見圖3。先將鋼帶成U形，再向U形槽中加入配置好的金屬粉，然后將U形槽合口，使藥粉包裹其中。
選取本發(fā)明中的幾個埋焊弧用金屬芯焊絲實例與生產(chǎn)中常用的埋弧焊用實芯焊絲H00Cr19Ni12Mo2進行焊接效果對比。母材采用A316L，其化學(xué)成分如表1所示。埋弧焊劑采用HJ260，焊前烘干400℃，保溫2小時。焊接坡口及焊縫試樣按照GB/T17854-199和GB4334.5-90進行選取。
具體實施方式
如下1、選用14×0.5(寬度為14mm，厚度為0.5mm)的低碳鋼帶，填充率為40％，經(jīng)拉拔、減徑后得到直徑為4mm的焊絲。金屬芯中各合金元素的質(zhì)量百分比為55％Cr，31％Ni，3％Mn，4％Fe，4％Mo，1％Bi2O3。，2％Al-Mg。
2、選用14×0.5(寬度為14mm，厚度為0.5mm)的低碳鋼帶，填充率為44％，經(jīng)拉拔、減徑后得到直徑為4mm的焊絲。金屬芯中各合金元素的質(zhì)量百分比為50％Cr，33％Ni，4％Mn，4.5％Fe，5％Mo，0.5％Bi2O3，3％Al-Mg。
3、選用16×0.6(寬度為16mm，厚度為0.6mm)的低碳鋼帶，填充率為46％，經(jīng)拉拔、減徑后得到直徑為4mm的焊絲。金屬芯中各合金元素的質(zhì)量百分比為47％Cr，30％Ni，5％Mn，6.5％Fe，6％Mo，0.5％Bi2O3，5％Al-Mg。
4、選用18×0.8(寬度為18mm，厚度為0.8mm)的超低碳鋼帶，填充率為50％，經(jīng)拉拔、減徑后得到直徑為4mm的焊絲。金屬芯中各合金元素的質(zhì)量百分比為43％Cr，27％Ni，6％Mn，8％Fe，8％Mo，1％Bi2O3，7％Al-Mg。
5、選用20×0.8(寬度為20mm，厚度為0.8mm)的超低碳鋼帶，填充率為53％，經(jīng)拉拔、減徑后得到直徑為4mm的焊絲。金屬芯中各合金元素的質(zhì)量百分比為39％Cr，20％Ni，6％Mn，16.5％Fe，8％Mo，1.5％Bi2O3，9％Al-Mg。
6、選用20×0.8(寬度為20mm，厚度為0.8mm)的超低碳鋼帶，填充率為58％，經(jīng)拉拔、減徑后得到直徑為4mm的焊絲。金屬芯中各合金元素的質(zhì)量百分比為34％Cr，21％Ni，7％Mn，21％Fe，6％Mo，1％Bi2O3，10％Al-Mg。
焊后進行熔敷金屬化學(xué)成分、力學(xué)性能、腐蝕性能的測試。熔敷金屬化學(xué)成分、力學(xué)性能按照GB/T17854-1999進行測試。熔敷金屬化學(xué)成分見表2。A316L不銹鋼焊縫力學(xué)性能測試結(jié)果見表3。晶間腐蝕性能按照GB4334.5-90進行測試。A316L不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕測試結(jié)果見表4。從上述試驗結(jié)果可以看出，焊接接頭的性能完全符合AWS(美國國家標(biāo)準(zhǔn))、GB(中國國家標(biāo)準(zhǔn))的有關(guān)規(guī)定。從焊接試驗來看，焊后脫渣性良好，焊縫金屬呈白色、金黃色，完全消除了埋弧焊用實芯焊絲的脫渣困難的問題。由于采用了低碳鋼帶包覆層和超低碳包覆層，其延伸率比不銹鋼實芯焊絲的大，故鋼帶拉拔過程中，不會存在不銹鋼實芯焊絲拉拔過程中出現(xiàn)的嚴(yán)重的加工硬化現(xiàn)象，因而無需退火、酸洗、鈍化，從而其制作工藝較不銹鋼埋弧焊實芯焊絲制作工藝更為簡便。
表1 A316不銹鋼的化學(xué)成分

表2熔敷金屬化學(xué)成分

表3 A316L不銹鋼焊接接頭力學(xué)性能測試

表4 A316L不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕

權(quán)利要求
1.一種奧氏體不銹鋼用埋弧焊金屬芯焊絲，其特征在于，采用碳鋼帶和超低碳鋼帶作為包覆層，粉芯中各合金成分的質(zhì)量百分比為鉻的質(zhì)量百分比為34％～55％；鎳的質(zhì)量百分比為20％～33％；錳的質(zhì)量百分比為3％～7％；鉬的質(zhì)量百分比為4％～8％；鐵的質(zhì)量百分比為4％～21％；三氧化二鉍的質(zhì)量百分比為0.5％～1.5％；鋁—鎂合金的質(zhì)量百分比為2％～10％；金屬粉的填充率為40％～58％。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料加工工程領(lǐng)域，主要用于石油、化工、醫(yī)藥、造船、食品等領(lǐng)域的奧氏體不銹鋼的焊接。廣泛使用的埋弧焊焊接材料主要是實芯焊絲，焊接過程中普遍存在著嚴(yán)重的脫渣困難的問題，俗稱“黑皮”；且制造工藝復(fù)雜，存在加工硬化現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼用埋弧焊金屬芯焊絲，其特征在于，采用碳鋼帶和超低碳鋼帶作為包覆層，粉芯中各合金成分的質(zhì)量百分比為鉻的質(zhì)量百分比為34％～ 55％；鎳的質(zhì)量百分比為20％～33％；錳的質(zhì)量百分比為3％～7％；鉬的質(zhì)量百分比為4％～8％；鐵的質(zhì)量百分比為4％～21％；三氧化二鉍的質(zhì)量百分比為0.5％～1.5％；鋁一鎂合金的質(zhì)量百分比為2％～10％。金屬粉的填充率為40％～58％。本發(fā)明制作工藝簡單，焊后脫渣性優(yōu)良，尤其適用于高速自動焊。
文檔編號B23K9/18GK1820890SQ20061006716
公開日2006年8月23日 申請日期2006年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月6日
發(fā)明者栗卓新, 李國棟, 魏琪, 蔣建敏, 班書英 申請人:北京工業(yè)大學(xué)