一種可用于全位置焊高強高韌自保護堿性藥芯焊絲的制作方法
【專利摘要】本發明屬于金屬堆焊材料技術領域，特別涉及一種可用于全位置焊高強高韌自保護堿性藥芯焊絲。所述藥芯焊絲由低碳冷軋鋼帶包裹藥芯粉制成，所述藥芯粉占焊絲總質量的20%?22%。本發明藥芯焊絲的制備方法簡單，原材料豐富，成本低，所述焊絲的焊縫金屬具有高的強度及低溫抗沖擊吸收功，具有全位置焊接性能；焊接工藝性能好，電弧穩定，飛濺小，焊縫成型好，平焊能自動脫渣。
【專利說明】
一種可用于全位置焊高強高韌自保護堿性藥芯焊絲
技術領域
[0001] 本發明屬于金屬堆焊材料技術領域，特別涉及一種可用于全位置焊高強高韌自保 護堿性藥芯焊絲。
【背景技術】
[0002] 藥芯焊絲是近年來得到迅速發展的一種新型焊接材料，是目前焊接材料中技術含 量最高的產品。目前國內藥芯焊絲品種主要分為酸性藥芯焊絲和堿性藥性焊絲。和酸性藥 芯焊絲相比，堿性焊接材料具有低氫、高韌性、高抗裂性和優異的力學性能等優點，因此重 要零件的焊接一般首選堿性焊材，但是堿性藥芯焊絲的力學性能一般只能保證強度和韌性 中的一個性能較好，而不能同時具有強韌性。此外，大多數堿性藥芯焊絲在全位置焊接時， 易造成焊道熔融下墜，僅適合平焊位置焊接，而不適合全位置焊接。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種可用于全位置焊的高強高韌自保護堿性藥芯焊絲，可以 解決目前堿性藥芯焊絲在全位置焊時存在的問題。
[0004] 本發明采用的技術方案如下：
[0005] -種可用于全位置焊高強高韌自保護堿性藥芯焊絲，由低碳冷乳鋼帶包裹藥芯粉 制成，所述藥芯粉質量百分組成如下：8 %-15 %氟化鋇、5 %-35 %螢石、2 % -7 %碳酸鋇、 4%-9%三氧化二鐵、2%-5%氟硅酸鉀、0·05%-0·2%石墨烯、0.2%-0.7%鋯、0.5%-1% 鉻、0.2%-0.5%鉬、10%-14%鋁鎂合金、4%-8%金屬錳、2%-5%鎳、1%-6%鈦鐵以及 3 % -6 %稀土氧化物，余量為FHY100.25還原鐵粉。
[0006] 優選的，所述藥芯粉質量占焊絲總質量的20%-22%。
[0007] 優選的，所述石墨稀為納米石墨稀。
[0008] 所述稀土氧化物為納米級稀土氧化物。具體采用的稀土氧化物沒有特別限定，如 可采用氧化鈰或氧化混合稀土等，采用不同的稀土氧化物對產品性能的影響基本相當。
[0009] 所述螢石:CaF2彡96%，S、P彡0.01%;所述三氧化二鐵:Fe2〇3>98%;
[0010] 所述氟化鋇、碳酸鋇、氟硅酸鉀選擇工業級即可。
[0011] 所述鋯：Zr多99%;所述鉻：Cr多99.9%;所述鉬:Μο》99·9%;所述鎂錯合金:Mg彡 49%，A1 彡49% ;所述金屬錳:Μη彡99.5%，C〈0.03%，S〈0.03%，Ρ〈0·03% ;所述鎳：Ni彡 99.5%，C〈0.01% ;所述鈦鐵:Ti40%-45%，C〈0.05%，S〈0.05%，Ρ〈0·05% ;所述稀土氧化 物為納米級，稀土氧化物純度多99%;所述鐵粉為FHY100.25還原鐵粉。
[0012] 所述藥芯粉60目通過率為100%，大于180目〈20%。
[0013] 所述焊絲直徑為1.2-1.6mm。
[0014] 所述鋼帶為寬度10-14mm、厚度為0.5-0.8mm的低碳冷乳鋼帶，其中，C〈0.05%，Si〈 0.03%，Μη 0·15%-0·25%，S、P〈0.03% ;抗拉強度為280-350MPa，伸長率不小于35%。
[0015] 藥芯焊絲中常加的碳為石墨，碳對焊縫硬度的影響為線性關系，隨著含碳量的增 加，焊縫的強度逐漸提高，但是碳對焊縫的抗沖擊韌性具有不良作用，隨著含碳量的增加， 焊縫的抗沖擊韌性下降。和普通材料相比，納米材料表面原子數目增多，比表面積大，比表 面能高，大量的界面為原子擴散提供了高密度的短程快擴散路徑；同時納米材料表面原子 具有高的化學活性，極不穩定，很容易與其他原子結合，使得納米材料的擴散系數遠大于常 規材料。為了提高焊絲的抗沖擊性能，本發明中以納米級石墨烯代替石墨，并添加納米級稀 土氧化物顆粒，通過改善組織均勻性和細化晶粒來達到提高韌性的目的。
[0016] 本發明藥芯焊絲的制備方法簡單，原材料豐富，成本低，所述焊絲焊縫金屬具有高 的強度及低溫抗沖擊吸收功，具有全位置焊接性能;焊接工藝性能好，電弧穩定，飛濺小，焊 縫成型好，平焊能自動脫渣。
【具體實施方式】
[0017] 以下以具體實施例來說明本發明的技術方案，但本發明的保護范圍不限于此：
[0018] 以下實施例中所用石墨烯皆為納米石墨烯，所用稀土氧化物皆為納米級稀土氧化 物。
[0019] 實施例1
[0020] 可用于全位置焊高強高韌自保護堿性藥芯焊絲，該藥芯焊絲是由低碳冷乳鋼帶包 裹藥芯粉構成。
[0021 ]首先選用寬度為14_，厚度為0.5mm的低碳冷乳鋼帶，通過成型機壓制成U型;然后 將藥芯填充到U型槽中，藥芯粉質量占藥芯焊絲質量的22% ;再將U型槽開口處合口形成0 型，從而使藥芯包裹其中，經拉絲機逐道拉拔、減徑，得到Φ 1.6mm的焊絲，即本發明的可用 于全位置焊的高強高韌自保護堿性藥芯焊絲。
[0022]所述藥芯粉質量百分組成如下：15 %氟化鋇，25 %螢石，7 %碳酸鋇，9 %三氧化二 鐵，2%氟硅酸鉀，0.05%石墨烯，0.7%鋯，1 %鉻，0.5%鉬，10%鋁鎂合金，4%金屬錳，5% 鎳粉，1 %鈦鐵粉，3 %稀土氧化物，余量為FHY100.25還原鐵粉，混合均勻組成。
[0023] 實施例2
[0024] 可用于全位置焊的高強高韌自保護堿性藥芯焊絲，該藥芯焊絲是由低碳冷乳鋼帶 包裹藥芯粉構成。
[0025] 首先選用寬度為14_，厚度為0.5mm的低碳冷乳鋼帶，通過成型機壓制成U型;然后 將藥芯填充到U型槽中，藥芯粉占藥芯焊絲質量的22 % ;再將U型槽開口處合口形成0型，從 而使藥芯包裹其中，經拉絲機逐道拉拔、減徑，得到Φ1.6mm的焊絲，即本發明的可用于全位 置焊的高強高韌自保護堿性藥芯焊絲。
[0026]所述的藥芯粉重量百分組成如下：14 %氟化鋇，28 %螢石，6 %碳酸鋇，7 %三氧化 二鐵，3%氟硅酸鉀，0.1 %石墨烯，0.5%鋯，0.8%鉻，0.4%鉬，11 %鋁鎂合金，5%金屬錳， 4 %鎳粉，2 %鈦鐵粉，4 %稀土氧化物，余量為FHY100.25還原鐵粉，混合均勻組成。
[0027] 實施例3
[0028] 可用于全位置焊的高強高韌自保護堿性藥芯焊絲，該藥芯焊絲是由低碳冷乳鋼帶 包裹藥芯粉構成。
[0029] 首先選用寬度為14_，厚度為0.5mm的低碳冷乳鋼帶，通過成型機壓制成U型;然后 將藥芯填充到U型槽中，藥芯粉占藥芯焊絲質量的21 %;再將U型槽開口處合口形成0型，從 而使藥芯包裹其中，經拉絲機逐道拉拔、減徑，得到Φ1.6mm的焊絲，即本發明的可用于全位 置焊的高強高韌自保護堿性藥芯焊絲。
[0030] 所述的藥芯粉重量百分組成如下：12 %氟化鋇，30 %螢石，5 %碳酸鋇，6 %三氧化 二鐵，4%氟硅酸鉀，0.15%石墨烯，0.6%鋯，0.9%鉻，0.3%鉬，12%鋁鎂合金，6%金屬錳， 3 %鎳粉，4 %鈦鐵粉，5 %稀土氧化物，余量為FHY100.25還原鐵粉，混合均勻組成。
[0031] 實施例4
[0032] 可用于全位置焊的高強高韌自保護堿性藥芯焊絲，該藥芯焊絲是由低碳冷乳鋼帶 包裹藥芯粉構成。
[0033] 首先選用寬度為14_，厚度為0.5mm的低碳冷乳鋼帶，通過成型機壓制成U型;然后 將藥芯填充到U型槽中，藥芯粉占藥芯焊絲質量的21 %;再將U型槽開口處合口形成0型，從 而使藥芯包裹其中，經拉絲機逐道拉拔、減徑，得到Φ1.2mm的焊絲，即本發明的可用于全位 置焊的高強高韌自保護堿性藥芯焊絲。
[0034]所述的藥芯粉重量百分組成如下：10%氟化鋇，32%螢石，4%碳酸鋇，5%三氧化 二鐵，5%氟硅酸鉀，0.2%石墨烯，0.7%鋯，1 %鉻，0.2%鉬，13%鋁鎂合金，7%金屬錳，2% 鎳粉，5 %鈦鐵粉，6 %稀土氧化物，余量為FHY100.25還原鐵粉，混合均勻組成。
[0035] 實施例5
[0036] 可用于全位置焊的高強高韌自保護堿性藥芯焊絲，該藥芯焊絲是由低碳冷乳鋼帶 包裹藥芯粉構成。
[0037] 首先選用寬度為14_，厚度為0.5mm的低碳冷乳鋼帶，通過成型機壓制成U型;然后 將藥芯填充到U型槽中，藥芯粉占藥芯焊絲質量的20 % ;再將U型槽開口處合口形成0型，從 而使藥芯包裹其中，經拉絲機逐道拉拔、減徑，得到Φ1.2mm的焊絲，即本發明的可用于全位 置焊的高強高韌自保護堿性藥芯焊絲。
[0038]所述的藥芯粉重量百分組成如下:8 %氟化鋇，35 %螢石，3 %碳酸鋇，4 %三氧化二 鐵，5%氟硅酸鉀，0.18%石墨烯，0.7%鋯，1 %鉻，0.5%鉬，14%鋁鎂合金，8%金屬錳，4% 鎳粉，6 %鈦鐵粉，6 %稀土氧化物，余量為FHY100.25還原鐵粉，混合均勻組成。
[0039]本發明實施例中所述藥芯為粉狀，其顆粒度要求:60目通過率100%，大于180目〈 20% 〇
[0040] 實驗結果：
[0041] 對比例藥芯焊絲的制備方法同實施例4,不同之處在于：用石墨代替石墨烯及使用 亞微米級稀土氧化物。藥芯粉配料組成為：10 %氟化鋇，32 %螢石，4 %碳酸鋇，5 %三氧化二 鐵，5%氟硅酸鉀，0.2%石墨，0.7%鋯，1 %鉻，0.2%鉬，13%鋁鎂合金，7%金屬錳，2%鎳 粉，5 %鈦鐵粉，6 %稀土氧化物，余量為FHY100.25還原鐵粉，混合均勻組成。
[0042] 以本發明實施例作為實驗組和對比例中的藥芯焊絲進行對比，焊接X70管線鋼，焊 接電流為180-260A，焊接電壓為20-26V，焊接速度為1.2m/min，氣體流量為20L/min。按GB/T 25776 - 2010《焊接材料焊接工藝性能評定方法》對堿性藥芯焊絲的焊接工藝性能(焊縫成 形、電弧穩定性、焊縫脫渣性、焊接飛濺率等)進行評價，結果如表1所示。
[0043] 表 1
[0044]
[0046] 焊縫成形的評價以目視進行，確認焊道是否蛇行，焊道形狀是否呈現凸狀，是否形 成背面焊道(燒穿）。當不存在蛇行、凸狀及背面焊道時，評價為優;形成不被視為問題程度 的余高高度低于2.3_凸狀時，評價為良；蛇行、余高高度為2.3_以上凸狀、背面焊道出現， 出現上述任一種情況時，評價為不良。
[0047] 飛派量〈0.50g/min為優;0.50g/min〈飛派量〈1.00g/min為良；飛派量>1.00g/min 時，為不良。
[0048]從表1中可以看出，本發明產品焊接質量明顯優于對比例，而且焊絲的熔覆速度明 顯提高，和對比例相比，本發明焊絲的熔覆速度提高的百分比，如表2所示。
[0049] 表 2
[0050]
[00511本發明實施例1-5和對比例藥芯焊絲進行熔敷，并按國家GB/T228-2008標準測定 熔覆金屬的力學性能，其結果如表3。
[0052] 表 3
[0053]
[0054]本發明實施例1-5和對比例藥芯焊絲按GB/T4334-2008進行晶間腐蝕實驗，其結果 如表4所示。
[0055]表4晶間腐蝕評價級別
[0056]
[0057] 階梯組織特征：晶界無腐蝕溝。混合組織特征：晶界出現腐蝕溝，但一個晶粒未被 腐蝕溝包圍。
[0058]本發明實施例1-5和對比例藥芯焊絲在_20°C時，進行抗沖擊韌性試驗，其結果如 表5〇
[0059] 表 5
[0060]
[0061] 從上述實驗資料可以看出，本發明的全位置焊高強高韌自保護堿性藥芯焊絲不僅 具有優良的焊接工藝性能，而且其力學性能和抗晶界腐蝕能力都有了顯著提高，尤其是其 同時具有高的強度和韌性，能更好地應用在工業生產中。
[0062] 要指出的是，本發明的創新核心在于用納米級石墨烯代替了石墨加入到藥芯粉 中，并通過各組分合理范圍的確定，給出了藥芯的組合物及藥芯與低碳冷乳鋼帶質量比。納 米級石墨烯的化學活性遠大于石墨，用其替代石墨可使組織更加均勻，同時納米級稀土氧 化物起到細化晶粒的作用，從而實現了提高韌性的目的。
[0063] 本發明上述給出的實施例只是用于說明本發明的【具體實施方式】，而不是用于限制 本發明的保護范圍，凡是對本領域熟練的技術人員來說，只要不離開本發明的技術特征范 圍可作各種變化或修正，其本質與本發明的技術方案相同，均屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種可用于全位置焊高強高韌自保護堿性藥芯焊絲，其特征在于，由低碳冷乳鋼帶 包裹藥芯粉制成，所述藥芯粉的質量百分組成如下：8%-15%氟化鋇、5%-35%螢石、2%-7%碳酸鋇、4%-9%三氧化二鐵、2%-5%氟硅酸鉀、0.05%-0.2%石墨烯、0.2%-0.7%鋯、 0.5%-1%鉻、0.2%-0.5%鉬、10%-14%鋁鎂合金、4%-8%金屬錳、2%-5%鎳、1%-6%鈦 鐵以及3 % -6 %稀土氧化物，余量為FHYl OO. 25還原鐵粉。2. 如權利要求1所述可用于全位置焊高強高韌自保護堿性藥芯焊絲，其特征在于，所述 藥芯粉質量占焊絲總質量的20%_22%。3. 如權利要求1所述可用于全位置焊高強高韌自保護堿性藥芯焊絲，其特征在于，所述 石墨稀為納米石墨稀。4. 如權利要求1所述可用于全位置焊高強高韌自保護堿性藥芯焊絲，其特征在于，所述 稀土氧化物為納米級。5. 如權利要求1所述可用于全位置焊高強高韌自保護堿性藥芯焊絲，其特征在于，所述 藥芯粉60目通過率為100 %，大于180目〈20%。6. 如權利要求1所述可用于全位置焊高強高韌自保護堿性藥芯焊絲，其特征在于，所述 焊絲直徑為1.2_1.6mm。7. 如權利要求1-6任一所述可用于全位置焊高強高韌自保護堿性藥芯焊絲，其特征在 于，所述低碳冷乳鋼帶寬度為l〇-14mm、厚度為0.5-0.8mm。
【文檔編號】B23K35/30GK105945451SQ201610543343
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月12日
【發明人】黃智泉, 潘健, 魏建軍, 楊威, 張永生, 李軍偉, 尼軍杰, 張海燕
【申請人】鄭州機械研究所