一種低六價鉻308奧氏體不鏽鋼金屬芯焊絲及其製備方法
2023-05-11 07:17:21
專利名稱：一種低六價鉻308奧氏體不鏽鋼金屬芯焊絲及其製備方法
技術領域：
本發明屬於焊接材料技術領域，特別涉及一種低六價鉻(Cr (VI))、低成本的氣體保護308奧氏體不鏽鋼金屬芯焊絲。
背景技術：
不鏽鋼焊接過程中不可避免地要產生有害氣體和煙塵，它直接影響環境的保護和焊工的身體健康。同時，不鏽鋼藥芯焊絲由304L不鏽鋼鋼帶軋制拉拔製成，而不鏽鋼帶成本較高。本發明是研製一種低六價鉻(Cr (VI))、低成本奧氏體不鏽鋼金屬芯焊絲，在不鏽 鋼廣泛應用又注重環保型的今天，焊接煙塵中的Cr (VI)引起廣泛關注，已證實其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引起流鼻涕、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後果，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、噁心、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，Cr (VI)是最易導致過敏的金屬之一。減少生產和應用中各種汙染物對人體的危害十分重要。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Cr(VI)的允許暴露極限值(PEL)，由原來的52Pg/m3降低到3Pg/m3。不鏽鋼金屬芯焊絲同目前大量應用的不鏽鋼實芯焊絲相比，對各種不鏽鋼材的焊接適應性較強，調整藥芯的成分和比例極為方便和容易，可以提供所要求的焊縫化學成分；其次，工藝性能好，焊縫成形美觀；熔敷速度快，生產效率高，在相同焊接電流下，金屬芯焊絲的電流密度大，熔化速度快。大量研究表明不鏽鋼金屬芯焊絲同藥芯焊絲相比，其焊接煙塵和Cr (VI)排放量要小於藥芯焊絲。此外，目前的不鏽鋼藥芯焊絲主要是用不鏽鋼鋼帶做外皮，通過軋制、拉拔工藝製成不鏽鋼焊絲，而軋制拉拔工藝複雜，本發明採用低碳鋼鋼帶，不僅成本低，而且製造工藝簡單。因此，本發明是一種綜合性能優良、低Cr (VI)排放量、低成本的308奧氏體不鏽鋼金屬芯焊絲。
發明內容
鑑於上述情況，本發明提出一種低CKVI)、低成本308奧氏體不鏽鋼金屬芯焊絲，它可以在保證焊絲熔敷金屬力學性能、耐腐蝕性能滿足相關國家標準要求的情況下，以低碳鋼鋼帶代替不鏽鋼鋼帶而進一步降低成本，簡化製造工藝，與308奧氏體不鏽鋼實芯焊絲相比，Cr (VI)排放量可降低309Γ40%，改善了焊接作業環境，焊絲飛濺小，成型美觀，焊縫綜合性能優良。為實現上述目的，本發明採取如下的技術方案一種低Cr (VI)、低成本的308奧氏體不鏽鋼金屬芯焊絲，其特徵在於金屬芯焊絲以低碳鋼鋼帶代替不鏽鋼鋼帶，焊絲中藥粉化學成分質量百分比如下C :0. 03 O. 065wt. % ；Cr :52 58wt. % ；N1:26 30wt. % ；Mn 4 6wt. % ；Si 0. 66 1. 5wt. % ；T1:0. 5 lwt. % ；Zn :0. 5 lwt. % ；Zr :0. 5 I wt. % ；Fe :餘量。藥粉在鋼帶中的填充率為26°/Γ38%。一種低六價鉻308奧氏體不鏽鋼金屬芯焊絲，其特徵在於，焊絲中外皮為低碳鋼鋼帶，焊絲中金屬芯化學成分質量百分比如下=C 0. 03^0. 065wt. % ； Cr :48飛O wt. % ；N1:24 32wt. % ；Mn :4 7wt. % ；S1:0. 66 4wt. % ；T1:0. 5 1. 5wt. % ；Zn :0. 5 1. 5wt. % ；Zr 0. 5^1. 5wt. % ；Fe :餘量。填充率為26 38%。進一步，焊絲中金屬芯化學成分質量百分比如下C:0. 03、. 065wt. % ；Cr 52 58wt. % ；N1:26 30wt. % ；Mn :4 6wt. % ；S1:0. 66 1. 5wt. % ；T1:0. 5 lwt. % ；Zn 0. 5 lwt. % ；Zr 0. 5 I wt. % ；Fe :餘量。進一步，所述的金屬芯焊絲粉末包括金屬鉻 粉4(Γ120目，金屬鎳粉4(Γ120目，電解錳粉40 120目，45矽鐵粉60 120目，鈦鐵粉60 120目，金屬鋅粉60 120目，鋯矽鐵粉60 120目，金屬鐵粉60 120目。所述一種低六價鉻308奧氏體不鏽鋼金屬芯焊絲的製備方法，採用的鋼帶尺寸規格為16 8X0. 6^0. 3mm的碳鋼鋼帶，經過軋制、拉拔、加工成直徑為O. 9^1. 6mm的氣體保護不鏽鋼金屬芯焊絲。該焊絲焊接時，保護氣體為95 98%Ar+2 5%02，氣體流速15 20L/min，直流反接電源；焊接工藝參數為電壓22 30V ;電流14(Γ260Α ;送絲速度35(T500mm/min ;焊絲伸出導電嘴的距離14 25mm。進一步優化焊接工藝，焊接工藝參數為電壓24 27V ;電流16(Γ245Α ;送絲速度400 500mm/min ;氣流流速18 20L/min ;焊絲伸出導電嘴的距離18 22mm。焊接線能量13 17KJ/cm ;層間溫度彡150°C。在熔敷金屬中各元素的含量在如下範圍C :0. 02、. 065wt. % ； Cr 19. 2 22. 3wt. % ；N1:9.1 12. Owt. % ；Mn 1. 2^2. 6wt. % ；S1:0. 41 1. Owt. % ;Ti 0. 01 2. Owt. % ；Zn 0. 3 1. 2wt. % ；Zr :0. 5 1. 5wt. % ；Fe :餘量。在熔敷金屬中形成的合金元素含量範圍優選如下C :0. 02、. 065wt. % ；Cr 19. 5 22. Owt. % ；N1:9. 5 11. 5wt. % ；Mn :1. 51 2. 5wt. % ；S1:0. 5 0. 9wt. % ；Ti
0.03 1. Owt. % ；Zn 0. 33 1. lwt. % ；Zr :0. 5 1. Owt. %Fe :餘量。本發明的主要特點是金屬芯焊絲外皮為低碳鋼鋼帶，避免了 304L不鏽鋼鋼帶的高成本。同時，在不降低藥芯中Cr含量的基礎上，通過添加Zn、Zr或其合金，焊接煙塵量稍低，煙塵中Cr (VI)排放量降低30°/Γ40%，此外，焊芯中S1、Ti等元素可減少焊接飛濺。用本發明製成的不鏽鋼金屬芯焊絲具有低Cr (VI)、低成本、焊接電弧穩定、飛濺小、焊縫成形美觀、綜合性能優良的特點。
圖1奧氏體不鏽鋼金屬芯焊絲的電流電壓範圍(Φ0. 9，1. 2，1. 6mm)
具體實施例方式本發明的金屬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範圍內的改進和變化都在本發明的保護範圍之內。
選用16 8X0. 6^0. 3 (寬度為8 16mm，厚度為O. 3^0. 6mm)的低碳鋼鋼帶為金屬芯焊絲外皮，現將其軋成U形。金屬鉻粉末，金屬鎳粉末，金屬電解錳粉末，45矽鐵粉末，鈦鐵粉末，金屬鋅粉末，鋯矽鐵粉末，金屬鐵粉等配置成藥粉，所取粉末的粒度為4(Γ120目。將所取的各種粉末放入混粉機內混合40分鐘，然後將混合粉末加入U形碳鋼帶槽中，填充率為26-38%，將U形槽合口，使藥粉包裹其中。然後使其分別通過直徑為2.4、2. 26、1. 96、1.83、1. 73、1. 6、1. 5、1. 41、1. 34、1. 26、1. 19、1. 09,0. 9 的拉絲模，逐道拉拔、減徑，最後使其直徑達到O. 9^1. 6_。具體實施例如下1、一種低六價鉻308奧氏體不鏽鋼金屬芯焊絲，焊絲中化學成分質量百分比為C :0. 03wt. % ；Cr 48wt. % ；Ni 24wt. % ；Mn 4wt. % ；S1:0. 66wt. % ；T1:0. 5wt. % ；Zn :0. 5wt. % ；Zr 0. 5wt. % ；Fe :餘量。藥粉在鋼帶中的填充率為26%。採用95%Ar+5%02氣體保護焊的焊接工藝參數為電壓25V ;電流210A ;送絲速度420mm/min ;氣體流速20L/min ;焊絲伸出導電嘴的距離20mm，焊絲直徑O. 9mm。採用上述工藝製備的熔敷金屬成分為Cr :19. 2wt. % ；Ni 9. lwt. % ；Mn 1. 2wt. % ；S1:0. 41wt. % ； Fe 餘量。2、一種低Cr (VI) 308奧氏體不鏽鋼金屬芯焊絲，焊絲中化學成分質量百分比為C 0. 03wt. % ；Cr 52wt. % ；Ni 26wt. % ；Mn 4wt. % ；S1:0. 66wt. % ；T1:0. 5wt. % ；Zn :0. 5wt. % ；Zr 0. 5wt. % ；Fe :餘量。藥粉在鋼帶中的填充率為28%。採用96%Ar+4%02氣體保護焊的焊接工藝參數為電壓25V ;電流200A ;送絲速度440mm/min ;氣體流速19L/min ;焊絲伸出導電嘴的距離21mm，焊絲直徑1. 6。採用上述工藝製備的熔敷金屬成分為Cr :19. 5wt. % ；Ni 9. 5wt. % ；Mn 1. 51wt. % ；S1:0. 5wt. % ； Fe 餘量。3、一種低Cr (VI) 308奧氏體不鏽鋼金屬芯焊絲，焊絲中化學成分質量百分比為C 0. 046wt. % ；Cr 57wt. % ；Ni 26wt. % ；Mn 7wt. % ；Si 2wt. % ；T1:0. 5wt. % ；Zn :0. 5wt. % ；Zr lwt. % ；Fe :餘量。藥粉在鋼帶中的填充率為32%。採用98%Ar+2%02氣體保護焊的焊接工藝參數為電壓26V ;電流220A ;送絲速度450mm/min ;氣體流速21L/min ;焊絲伸出導電嘴的距離19mm，焊絲直徑1. 2mm。採用上述工藝製備的熔敷金屬成分為Cr :19. 7wt. % ；Ni 9. 6wt. % ；Mn 1. 76wt. % ；S1:0. 7wt. % ； Fe 餘量。4、一種低Cr (VI) 308奧氏體不鏽鋼金屬芯焊絲，焊絲中化學成分質量百分比為C 0. 057wt. % ；Cr 57wt. % ；Ni 28wt. % ；Mn 6wt. % ；Si lwt. % ；Ti lwt. % ；Zn :0. 5wt. % ；Zr 0. 5wt. % ；Fe :餘量。藥粉在鋼帶中的填充率為30%。採用97%Ar+3%02氣體保護焊的焊接工藝參數為電壓28V ;電流230A ;送絲速度440mm/min ;氣體流速21L/min ;焊絲伸出導電嘴的距離19mm,焊絲直徑O. 9mm。採用上述工藝製備的熔敷金屬成分為Cr :19. 7wt. % ;Ni
IOwt. % ；Mn 1. 9wt. % ；S1:0. 9wt. % ； Fe 餘量。5、一種低Cr (VI) 308奧氏體不鏽鋼金屬芯焊絲，焊絲中化學成分質量百分比為C 0. 065wt. % ；Cr 58wt. % ；Ni 30wt. % ；Mn 6wt. % ；S1:1. 5wt. % ；T1:1. Owt. % ；Zn :1. Owt. % ；Zr 1. Owt. % ；Fe :餘量。藥粉在鋼帶中的填充率為34%。採用96%Ar+4%02氣體保護焊的焊接工藝參數為電壓29V ;電流220A ;送絲速度420mm/min ;氣體流速18L/min ;焊絲伸出導電嘴的距離19mm,焊絲直徑1. 6mm。採用上述工藝製備的熔敷金屬成分為Cr :22. 3wt. % ；Ni
I1.8wt. % ；Mn 2. 53wt. % ；S1:1. Owt. % ； Fe 餘量。6、一種低Cr (VI) 308奧氏體不鏽鋼金屬芯焊絲，焊絲中化學成分質量百分比為C :0. 065wt. % ；Cr 60wt. % ；Ni 32wt. % ；Mn 7wt. % ；S1:2. Owt. % ；T1:1. 5wt. % ；Zn :1. 5wt. % ；Zr 1. 5wt. % ；Fe :餘量。藥粉在鋼帶中的填充率為36%。採用98%Ar+2%02氣體保護焊的焊接工藝參數為電壓26V ;電流210A ;送絲速度450mm/min ;氣體流速22L/min ;焊絲伸出導電嘴的距離21mm，焊絲直徑1. 2mm。採用上述工藝製備的熔敷金屬成分為Cr 22wt. % ；Ni
11.37wt. % ；Mn :2. 46wt. % ；S1:0. 9wt. % ； Fe 餘量。其中以實施例3最好。技術效果採用該焊絲焊接時，電弧穩定，飛濺小，煙塵少，全位置焊接性好，其熔敷金屬的抗拉強度為570MPa，延伸率為38%，Cr (VI)排放降低40%。表I碳鋼帶化學成分範圍(wt. %)
權利要求
1.一種低六價鉻308奧氏體不鏽鋼金屬芯焊絲，其特徵在於，焊絲中外皮為低碳鋼鋼帶，焊絲中金屬芯化學成分質量百分比如下C:0.03 0.065wt.%; Cr :48 60 wt. % ； N1:24 32wt. % ；Mn :4 7wt. % ；S1:0. 66 4wt. % ；T1:0. 5 1. 5wt. % ；Zn :0. 5 1. 5wt. % ；Zr 0.5 1. 5wt. % ；Fe :餘量；填充率為26 38%。
2.按照權利要求1所述的焊絲，其特徵在於，焊絲中金屬芯化學成分質量百分比如下 C 0. 03 O. 065wt. % ；Cr :52 58wt. % ；N1:26 30wt. % ；Mn :4 6wt. % ；Si 0. 66 1. 5wt. % ；Ti 0.5 lwt. % ；Zn 0. 5 lwt. % ；Zr :0. 5 I wt. % ；Fe :餘量。
3.按照權利要求1所述的焊絲，其特徵在於，所述的金屬芯焊絲粉末包括金屬鉻粉40 120目，金屬鎳粉40 120目，電解錳粉40 120目，45矽鐵粉60 120目，鈦鐵粉 60 120目，金屬鋅粉60 120目，鋯矽鐵粉60 120目，金屬鐵粉60 120目。
4.按照權利要求1所述的焊絲的製備方法，其特徵在於將上述焊絲成形、軋制、拉拔剪徑，鋼帶選用161X0. 6^0. 3mm低碳鋼鋼帶，最終獲得直徑為O. 9^1. 6mm的不鏽鋼金屬芯焊絲。
5.按照權利要求1所述的焊絲的應用方法，其特徵在於採用95 98%Ar+2飛%02氣保護製備熔敷堆焊合金工藝，焊接工藝參數為電壓 22 30V ;電流14(Γ260Α ;送絲速度35(T500mm/min ;氣體流速15 20L/min ;焊絲伸出導電嘴的距離14 25mm。
6.按照權利要求5所述的應用方法，其特徵在於所述焊接工藝參數為電壓 24 27V ;電流16(Γ245Α ;送絲速度40(T500mm/min ;氣體流速18 20L/min ;焊絲伸出導電嘴的距離18 22mm。
全文摘要
一種低六價鉻308奧氏體不鏽鋼金屬芯焊絲及其製備方法屬於焊接材料技術領域。該焊絲的鋼帶為低碳鋼鋼帶，金屬芯的藥粉化學組成成分為C0.03~0.065wt.%；Cr52~58wt.%；Ni26~30wt.%；Mn4~6wt.%；Si0.66~1.5wt.%；Ti0.5~1wt.%；Zn0.5~1wt.%；Zr0.5~1 wt.%；P<0.03wt.%；S<0.03wt.%；Fe餘量。填充率為26~38%。本發明與現有技術相比，在焊接煙塵量稍低的條件下，其中有毒Cr(VI)排放量與同類實芯焊絲相比可降低30%~40%，與不鏽鋼藥芯焊絲相比可降低35%~45%。本發明採用低碳鋼鋼帶，因此該焊絲成本可大大降低，該焊絲焊接電弧穩定，飛濺小，焊縫成形美觀，熔敷金屬綜合性能優良。
文檔編號B23K35/30GK103008914SQ20121056677
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月23日 優先權日2012年12月23日
發明者慄卓新, 高麗脂, 李國棟, 李輝, 李紅, 白建濤, 焦俊, 馬司鳴 申請人:北京工業大學