專利名稱：A304、a304l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：
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。此外，鎢極氬弧焊也是焊接不銹鋼的常用方法之一，但鎢極氬弧焊只能用于薄板焊接以及中厚板的打底焊接。
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。由于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(yīng)地則可減少填充金屬的消耗量。目前國內(nèi)生產(chǎn)中焊接不銹鋼廣泛使用的埋弧焊焊接材料主要是實芯焊絲，由于焊劑的原因，焊接過程中普遍存在著嚴重的“黑皮”現(xiàn)象，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，尤其是不銹鋼帶或者焊絲中含合金元素較多時，加工硬化現(xiàn)象更為嚴重，制作工藝理更為復(fù)雜。
目前國外埋弧焊焊接不銹鋼中厚板時，廣泛使用的也是實芯焊絲，但由于很好地解決了焊劑的問題，焊后并不存在黑皮現(xiàn)象。由于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(fā)展的新一代高效焊接材料。由于在藥芯中加入95％的金屬粉末，只有少量的穩(wěn)弧劑，焊縫成形依靠金屬自身表面張力調(diào)整，焊后渣量少，可連續(xù)焊接，特別適用于高速自動焊接。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，沖擊韌性更高，成本更低。不銹鋼用埋弧焊金屬芯焊絲的研制在國內(nèi)、國外尚未見相關(guān)的專利報道。

發(fā)明內(nèi)容
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。
本發(fā)明由于以碳鋼帶或超低碳鋼帶作為包覆層，導(dǎo)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，由于碳鋼帶中間添加金屬粉，焊接過程中，由于其表面積大，金屬粉末發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，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(fā)明不銹鋼用金屬芯埋弧焊絲，采用低碳鋼帶作為包覆層時，可用于奧氏體不銹鋼A304的焊接；采用超低碳鋼帶作為包覆層時，可用于奧氏體不銹鋼A304L的焊接。
本發(fā)明提供了A304、A304L奧氏體不銹鋼用埋弧焊金屬芯焊絲，其特征在于，采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(zhì)量百分比為鉻的質(zhì)量百分比含量為37％～57％；鎳的質(zhì)量百分比含量為17％～28％；錳的質(zhì)量百分比含量為3％～9％；鐵的質(zhì)量百分比含量為7.5％～30％；Bi2O3的質(zhì)量百分比為0.5％～1.5％；Al-Mg合金的質(zhì)量百分含量為2％～10％。
與不銹鋼帶相比，采用碳鋼帶和超低碳鋼帶作為包覆層，不但成本低，而且不存在嚴重的加工硬化現(xiàn)象，拉拔一次成型，焊絲制造工藝簡單方便。低碳鋼帶和超低碳鋼帶的規(guī)格為寬度14mm～20mm，厚度0.5mm～0.8mm。
低碳鋼帶的化學(xué)成分滿足如下規(guī)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(xué)成分滿足如下規(guī)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(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37％～57％。
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17％～28％。
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％～9％。
Fe改善導(dǎo)電率，增加熔敷效率，其質(zhì)量百分比為7.5％～30％。
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％。
本發(fā)明的制備方法采用現(xiàn)有技術(shù)，包括以下步驟1、鋼帶軋成U形，再向U形槽中加入占本發(fā)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，最后使其直徑達到3.2～5mm，得到最終產(chǎn)品。
3、從其橫截面來看，焊絲為搭接結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明研制了不銹鋼用埋弧焊金屬芯焊絲，用于A304、A304L奧氏體不銹鋼的焊接，主要解決不銹鋼埋弧焊用實芯焊絲脫渣困難的問題。。
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，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，由于采用埋弧焊，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(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)生黑皮的現(xiàn)象，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，由于為金屬芯焊絲，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(fā)明由于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(fā)明金屬芯中合金元素調(diào)整方便，拉拔一次成型，制作工藝比埋弧焊實芯焊絲更為簡單方便。
本發(fā)明適用于A304及A304L的焊接。由于A304、A304L和A316、A316L鋼種不同，化學(xué)成分，性能不同，適用場合不同，故本發(fā)明與現(xiàn)有的A316、A316L奧氏體不銹鋼用埋弧焊金屬芯焊絲化學(xué)成分不同，焊后焊縫的性能不同，同樣也適用于不同的場合。
具體實施例方式選取本發(fā)明中的幾個金屬芯焊絲實例與生產(chǎn)中常用的埋弧焊實芯H0Cr21Ni10焊絲進行焊接效果對比。母材采用A304和A304L，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。本發(fā)明所有實施例均由昆明重機廠制造的“FCWM50被動拉拔式藥芯焊絲機”制造。
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(zhì)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(nèi)混合10分鐘，然后將混合粉末加入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。然后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，最后得到直徑為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(zhì)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(nèi)混合10分鐘，然后將混合粉末加入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。然后使其分別通過直徑為4.6mm、4.2mm、4.0mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑后得到直徑為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(zhì)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(nèi)混合10分鐘，然后將混合粉末加入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。然后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、減徑后得到直徑為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(zhì)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(nèi)混合10分鐘，然后將混合粉末加入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。然后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、減徑后得到直徑為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(zhì)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(nèi)混合10分鐘，然后將混合粉末加入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。然后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、減徑后得到直徑為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(zhì)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(nèi)混合10分鐘，然后將混合粉末加入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。然后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、減徑后得到直徑為4mm的焊絲。焊絲的使用效果測試見表2、表3、表4。
焊后進行熔敷金屬化學(xué)成分、力學(xué)性能、晶間腐蝕性能的測試。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。A304和A304L不銹鋼焊接接頭力學(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。A304和A304L不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕性能測試結(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(美國國家標準)、GB(中國國家標準)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黑皮現(xiàn)象。
表1 A304和A304L不銹鋼的化學(xué)成分

表2 熔敷金屬化學(xué)成分

表3 A304和A304L不銹鋼焊接頭力學(xué)性能測試

表4 A304和A304L不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕

權(quán)利要求
1.一種A304、A304L奧氏體不銹鋼用埋弧焊金屬芯焊絲，其特征在于，采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(zhì)量百分比為鉻的質(zhì)量百分比含量為37％～57％；鎳的質(zhì)量百分比含量為17％～28％；錳的質(zhì)量百分比含量為3％～9％；鐵的質(zhì)量百分比含量為7.5％～30％；Bi2O3的質(zhì)量百分比為0.5％～1.5％；Al-Mg合金的質(zhì)量百分含量為2％～10％。
全文摘要
一種A304、A304L奧氏體不銹鋼用埋弧焊金屬芯焊絲，屬于材料加工工程的焊接領(lǐng)域，主要用于石油、化工、造船、醫(yī)藥等領(lǐng)域的奧氏體不銹鋼的焊接。A304、A304L不銹鋼用埋弧焊金屬芯焊絲的研制在國內(nèi)、國外尚未見相關(guān)的專利報道。本發(fā)明特征在于，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(zhì)量百分比為鉻的質(zhì)量百分比含量為37％～57％；鎳的質(zhì)量百分比含量為17％～28％；錳的質(zhì)量百分比含量為3％～9％；還原鐵的質(zhì)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(yōu)先權(quán)日2006年7月14日
發(fā)明者栗卓新, 李國棟, 戴杰, 楊雷, 孫海江 申請人:中國石油化工股份有限公司, 北京工業(yè)大學(xué)