A304、a304l奧氏體不鏽鋼用埋弧焊金屬芯焊絲的製作方法
2023-05-09 03:48:16
專利名稱：A304、a304l奧氏體不鏽鋼用埋弧焊金屬芯焊絲的製作方法
技術領域：
發明屬於材料加工工程領域，主要用於石油、化工、醫藥、造船、食品等領域的奧氏體不鏽鋼的焊接。
背景技術：
奧氏體不鏽鋼的焊接方法很多，可採用熔焊的任何一種方法進行焊接。但從經濟、實用和技術性方面考慮，生產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，相應的焊接材料也主要是不鏽鋼焊條、不鏽鋼用氣保護藥芯焊絲和不鏽鋼埋弧焊用實芯焊絲。此外，鎢極氬弧焊也是焊接不鏽鋼的常用方法之一，但鎢極氬弧焊只能用於薄板焊接以及中厚板的打底焊接。
不鏽鋼焊條電弧焊使用的設備簡單，操作方便，靈活可靠，適應性強，這是其廣泛應用的重要原因之一。但其焊接接頭質量在一定程度上取決於焊工的操作技能，焊條電弧焊勞動條件差，成本高，接頭多，不利於不鏽鋼接頭性能的提高，生產效率低，因而只適用於單件或小批量產品的焊接。對於短焊縫，不規則的各種空間位置以及難以實現自動化、機械化焊接的焊接接頭用它最為合適。此外，不鏽鋼導熱率低，不鏽鋼焊條在使用過程中尾部存在發紅問題，不得不棄用剩餘七分之一的焊條，造成了焊材的浪費。
近年來不鏽鋼用藥芯焊絲髮展迅速，進行熔化極氣保護焊時，電流密度大，焊絲熔化速度快，但熔敷效率介於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鏽鋼時，可採用機械化焊接，但由於受焊絲直徑的影響，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，焊接質量也不如埋弧焊的穩定。
埋弧焊由於其機械化程度高，焊接速度快，焊接質量穩定，是目前不鏽鋼最廣泛應用的焊接方法之一。由於埋弧焊所用焊接電流大，因而焊縫熔深大，可以減少坡口的加工量，相應地則可減少填充金屬的消耗量。目前國內生產中焊接不鏽鋼廣泛使用的埋弧焊焊接材料主要是實芯焊絲，由於焊劑的原因，焊接過程中普遍存在著嚴重的「黑皮」現象，焊後不得不用砂輪打磨，不僅勞動強度大，而且降低了生產效率。此外，埋弧焊實芯焊絲製造工藝複雜，需要經過反覆的拉拔、退火、酸洗和鈍化，尤其是不鏽鋼帶或者焊絲中含合金元素較多時，加工硬化現象更為嚴重，製作工藝理更為複雜。
目前國外埋弧焊焊接不鏽鋼中厚板時，廣泛使用的也是實芯焊絲，但由於很好地解決了焊劑的問題，焊後並不存在黑皮現象。由於實芯焊絲本身固有的特點，與金屬芯焊絲相比，尚存在有一定的局限性。
金屬芯焊絲是近年來迅速發展的新一代高效焊接材料。由於在藥芯中加入95％的金屬粉末，只有少量的穩弧劑，焊縫成形依靠金屬自身表面張力調整，焊後渣量少，可連續焊接，特別適用於高速自動焊接。金屬芯焊絲兼具有實芯焊絲熔敷效率高和藥芯焊絲成形好的特點，焊縫抗裂性更好，衝擊韌性更高，成本更低。不鏽鋼用埋弧焊金屬芯焊絲的研製在國內、國外尚未見相關的專利報導。
發明內容
本發明採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整，可連續焊接，特別適用於高速自動焊。
本發明由於以碳鋼帶或超低碳鋼帶作為包覆層，導電面積較相同直徑的實芯焊絲小，因而在焊接電流相同的情況下，電流密度大，熔敷效率高。此外，由於碳鋼帶中間添加金屬粉，焊接過程中，由於其表面積大，金屬粉末發生劇烈的化學反應，進一步增加了焊絲熔化效率，因而可大大提高焊接速度，從而提高焊接效率。
本發明不鏽鋼用金屬芯埋弧焊絲，採用低碳鋼帶作為包覆層時，可用於奧氏體不鏽鋼A304的焊接；採用超低碳鋼帶作為包覆層時，可用於奧氏體不鏽鋼A304L的焊接。
本發明提供了A304、A304L奧氏體不鏽鋼用埋弧焊金屬芯焊絲，其特徵在於，採用低碳鋼帶或超低碳鋼帶添加填充率為40％～58％的金屬粉末；該金屬粉末中各元素的質量百分比為鉻的質量百分比含量為37％～57％；鎳的質量百分比含量為17％～28％；錳的質量百分比含量為3％～9％；鐵的質量百分比含量為7.5％～30％；Bi2O3的質量百分比為0.5％～1.5％；Al-Mg合金的質量百分含量為2％～10％。
與不鏽鋼帶相比，採用碳鋼帶和超低碳鋼帶作為包覆層，不但成本低，而且不存在嚴重的加工硬化現象，拉拔一次成型，焊絲製造工藝簡單方便。低碳鋼帶和超低碳鋼帶的規格為寬度14mm～20mm，厚度0.5mm～0.8mm。
低碳鋼帶的化學成分滿足如下規定C＝0.04～0.06，Si≤0.025，Mn≤0.2，P≤0.013，S≤0.013超低碳鋼帶的化學成分滿足如下規定C≤0.03，Si≤0.025，Mn≤0.2，P≤0.013，S≤0.013金屬芯中各合金元素成分、質量百分比及其作用如下Cr向焊縫過渡合金元素，調整焊縫成分，提高焊縫的耐蝕性，其質量百分比為37％～57％。
Ni向焊縫過渡合金元素，調整焊縫成分，提高焊縫的耐蝕性，其質量百分比為17％～28％。
Mn向焊縫中過渡合金元素，調整焊縫成分。此外，Mn還具有脫氧、脫硫作用，其質量百分比為3％～9％。
Fe改善導電率，增加熔敷效率，其質量百分比為7.5％～30％。
Bi2O3改善脫渣性，其質量百分比為0.5％～1.5％。
Al-Mg合金主要作用是脫氧，改善電弧的穩定性，其質量百分含量為2％～10％。
本發明的製備方法採用現有技術，包括以下步驟1、鋼帶軋成U形，再向U形槽中加入佔本發明焊絲總重40％～58％的金屬粉末。
2、將U形槽合口，使藥芯包裹其中，通過拉絲模，逐道拉拔、減徑，最後使其直徑達到3.2～5mm，得到最終產品。
3、從其橫截面來看，焊絲為搭接結構。
本發明研製了不鏽鋼用埋弧焊金屬芯焊絲，用於A304、A304L奧氏體不鏽鋼的焊接，主要解決不鏽鋼埋弧焊用實芯焊絲脫渣困難的問題。。
本發明與不鏽鋼焊條相比，用於奧氏體不鏽鋼的埋弧焊，因而可使用更大的焊接電流，更快的焊接速度，因而大大提高了生產效率。焊後焊縫成形也較不鏽鋼焊條的好。
本發明與不鏽鋼藥芯焊絲相比，由於採用埋弧焊，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，焊接質量也更為穩定，焊接效率更高。
本發明與不鏽鋼埋弧焊用實芯焊絲相比，焊後焊縫金屬呈白色、金黃色，克服了實芯焊絲產生黑皮的現象，焊後不需用砂輪清理焊縫，不僅大大降低了勞動強度，而且還提高了生產效率。本發明與相同直徑的實芯焊絲相比，由於為金屬芯焊絲，在相同的電流下，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。本發明由於在金屬芯中加入了少量造渣劑，脫渣性也較埋弧焊實芯焊絲大為改善。此外，本發明金屬芯中合金元素調整方便，拉拔一次成型，製作工藝比埋弧焊實芯焊絲更為簡單方便。
本發明適用於A304及A304L的焊接。由於A304、A304L和A316、A316L鋼種不同，化學成分，性能不同，適用場合不同，故本發明與現有的A316、A316L奧氏體不鏽鋼用埋弧焊金屬芯焊絲化學成分不同，焊後焊縫的性能不同，同樣也適用於不同的場合。
具體實施例方式選取本發明中的幾個金屬芯焊絲實例與生產中常用的埋弧焊實芯H0Cr21Ni10焊絲進行焊接效果對比。母材採用A304和A304L，其化學成分如表1所示。埋弧焊劑採用HJ260，焊前烘乾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。本發明所有實施例均由昆明重機廠製造的「FCWM50被動拉拔式藥芯焊絲機」製造。
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，先將其軋成U形。取質量百分比為57％Cr，28％Ni，4％Mn，7.5％Fe，0.5％Bi2O3，3％Al-Mg的500克金屬粉末放入混粉機內混合10分鐘，然後將混合粉末加入U形低碳鋼帶槽中，填充率為40％，將U形槽合口，使金屬粉末包裹其中。然後使其分別通過直徑為4.6mm、4.2mm、4.0mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑，最後得到直徑為4mm的焊絲。焊絲的使用效果測試見表2、表3、表4。
2、選用14×0.5(寬度為14mm，厚度為0.5mm)的低碳鋼帶，先將其軋成U形，取質量百分比為53％Cr，24％Ni，3％Mn，17％Fe，1％Bi2O3，2％Al-Mg的500克金屬粉末放入混粉機內混合10分鐘，然後將混合粉末加入U形的低碳鋼帶槽中，填充率為44％，將U形槽合口，使金屬粉末包裹其中。然後使其分別通過直徑為4.6mm、4.2mm、4.0mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑後得到直徑為4mm的焊絲。焊絲的使用效果測試見表2、表3、表4。
3、選用16×0.5(寬度為16mm，厚度為0.5mm)的低碳鋼帶，先將其軋成U形，取質量百分比為48％Cr，23％Ni，5％Mn，15％Fe，1％Bi2O3，8％Al-Mg的500克金屬粉末放入混粉機內混合10分鐘，然後將混合粉末加入U形的低碳鋼帶槽中，填充率為48％，將U形槽合口，使金屬粉末包裹其中。然後使其分別通過直徑為5.0mm、4.6mm、4.2mm、4.0mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑後得到直徑為4mm的焊絲。焊絲的使用效果測試見表2、表3、表4。
4、選用18×0.6(寬度為18mm，厚度為0.6mm)的超低碳鋼帶，先將其軋成U形，取質量百分比為45％Cr，22％Ni，7％Mn，19.5％Fe，1.5％Bi2O3，5％Al-Mg的500克金屬粉末放入混粉機內混合10分鐘，然後將混合粉末加入U形的超低碳鋼帶槽中，填充率為48％。將U形槽合口，使金屬粉末包裹其中。然後使其分別通過直徑為5.8mm、5.4mm、5.0mm、4.6mm、4.2mm、4.0mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑後得到直徑為4mm的焊絲。焊絲的使用效果測試見表2、表3、表4。
5、選用18×0.6(寬度為18mm，厚度為0.6mm)的超低碳鋼帶，先將其軋成U形，取質量百分比為43％Cr，18％Ni，7％Mn，21.5％Fe，0.5％Bi2O3，10％Al-Mg的500克金屬粉末放入混粉機內混合10分鐘，然後將混合粉末加入U形超低碳鋼帶槽中，填充率為52％。將U形槽合口，使金屬粉末包裹其中。然後使其分別通過直徑為5.8mm、5.4mm、5.0mm、4.6mm、4.2mm、4.0mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑後得到直徑為4mm的焊絲。焊絲的使用效果測試見表2、表3、表4。
6、選用20×0.8(寬度為20mm，厚度為0.8mm)的超低碳鋼帶，先將其軋成U形，取質量百分比為37％Cr，17％Ni，9％Mn，30％Fe，1％Bi2O3，6％Al-Mg的500克金屬粉末放入混粉機內混合10分鐘，然後將混合粉末加入U形超低碳鋼帶槽中，填充率為58％。將U形槽合口，使金屬粉末包裹其中。然後使其分別通過直徑為6.4mm、6.0mm、5.8mm、5.4mm、5.0mm、4.6mm、4.2mm、4.0mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑後得到直徑為4mm的焊絲。焊絲的使用效果測試見表2、表3、表4。
焊後進行熔敷金屬化學成分、力學性能、晶間腐蝕性能的測試。熔敷金屬化學成分、力學性能按照GB/T17854-1999進行測試。熔敷金屬化學成分見表2。A304和A304L不鏽鋼焊接接頭力學性能測試結果見表3。晶間腐蝕性能按照GB4334.5-90進行測試。A304和A304L不鏽鋼焊接接頭晶間腐蝕性能測試結果見表4。從上述試驗結果可以看出，焊接接頭的性能完全符合AWS(美國國家標準)、GB(中國國家標準)的有關規定。從焊接試驗來看，焊後脫渣性良好，焊縫金屬呈白色、金黃色，完全消除了埋弧焊用實芯焊絲的黑皮現象。
表1 A304和A304L不鏽鋼的化學成分
表2 熔敷金屬化學成分
表3 A304和A304L不鏽鋼焊接頭力學性能測試
表4 A304和A304L不鏽鋼焊接接頭晶間腐蝕
權利要求
1.一種A304、A304L奧氏體不鏽鋼用埋弧焊金屬芯焊絲，其特徵在於，採用低碳鋼帶或超低碳鋼帶添加填充率為40％～58％的金屬粉末；該金屬粉末中各元素的質量百分比為鉻的質量百分比含量為37％～57％；鎳的質量百分比含量為17％～28％；錳的質量百分比含量為3％～9％；鐵的質量百分比含量為7.5％～30％；Bi2O3的質量百分比為0.5％～1.5％；Al-Mg合金的質量百分含量為2％～10％。
全文摘要
一種A304、A304L奧氏體不鏽鋼用埋弧焊金屬芯焊絲，屬於材料加工工程的焊接領域，主要用於石油、化工、造船、醫藥等領域的奧氏體不鏽鋼的焊接。A304、A304L不鏽鋼用埋弧焊金屬芯焊絲的研製在國內、國外尚未見相關的專利報導。本發明特徵在於，用低碳鋼帶或超低碳鋼帶添加填充率為40％～58％的金屬粉末。金屬粉末中各元素的質量百分比為鉻的質量百分比含量為37％～57％；鎳的質量百分比含量為17％～28％；錳的質量百分比含量為3％～9％；還原鐵的質量百分比含量為7.5％～30％；Bi
文檔編號B23K9/18GK1887503SQ200610089748
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月14日 優先權日2006年7月14日
發明者慄卓新, 李國棟, 戴傑, 楊雷, 孫海江 申請人:中國石油化工股份有限公司, 北京工業大學