一種低六價鉻排放的316不銹鋼藥芯焊絲的制作方法
【專利摘要】一種低六價鉻排放的316不銹鋼藥芯焊絲，它由藥芯和外用鋼帶組成，所述藥芯占焊絲總重量的15%-30%，其中藥芯各組成占藥芯重量的百分比為：金屬鉻粉：17-23%，金屬鎳粉：12-15%，電解金屬錳4-8%，鋁粉：1-4%，鉬鐵：3-5%，金紅石：20-25%，石英:4-6%,鋯英砂：3-7%，長石3-5%，冰晶石：1-2%，MFC添加劑：1-5%，余量為鐵粉；MFC添加劑包括Zn：25-45%；Cu：5-15%；Si：2-10%；聚四氟乙烯：15-30%，氟化石墨：1-5%；Li2CO3：20-40%；機械混合后，需在電爐中加熱至200-300℃攪拌均勻。本發(fā)明開發(fā)一種低六價鉻（Cr+6）排放、焊接工藝優(yōu)良的316不銹鋼藥芯焊絲。
【專利說明】一種低六價鉻排放的316不銹鋼藥芯焊絲
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及適用于焊接18%Cr-12%N1-2%Mo不銹鋼(SUS316、SUS316L等)焊接材料領(lǐng)域，特別是涉及到焊接煙塵中的低六價鉻(Cr+6)含量的氣保護316不銹鋼藥芯焊絲。
【背景技術(shù)】
[0002]不銹鋼藥芯焊絲焊接奧氏體不銹鋼具有效率高、成本低、自動化程度高，工藝性能好，焊縫成形美觀；熔敷速度快，生產(chǎn)效率高，熔化速度快，其熔敷率約為85%-90%的特點，是不銹鋼焊接技術(shù)發(fā)展的方向。
[0003]不銹鋼中Cr的含量較高，焊接材料為了滿足焊縫的耐腐蝕性會加入適量的Cr元素，使焊縫產(chǎn)生足夠的耐腐蝕性以滿足焊接要求。焊材和母材中Cr在焊接高溫作用下蒸發(fā)并進入焊接煙塵，其中部分會被氧化成具有毒性的六價鉻(Cr+6)。
[0004]六價鉻(Cr+6)在人體內(nèi)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弓I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(chǎn)生不良后果，包括潰瘍、鼻黏膜刺激和鼻中隔穿孔。攝入超大劑量會導(dǎo)致腎臟和肝臟的損傷、惡心、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(yīng)六價鉻(Cr+6)是最易導(dǎo)致過敏的金屬之一，僅次于鎳。為了保證焊接人員的健康，2006年美國職業(yè)安全與健康管理局(OSHA)新頒布了焊接煙塵中六價鉻(Cr+6)的允許暴露極限值(PEL)，8小時內(nèi)由原來的52 u g/m3降低到3 u g/m3,并在2010更新為0.2 Hg/m3。
[0005]對不銹鋼藥芯焊絲而言，降低六價鉻(Cr+6)生成物的穩(wěn)定性，降低電弧周圍的活性氧，提高電弧穩(wěn)定性是降低六價鉻(Cr+6)的主要途徑。因此，在開發(fā)一種低六價鉻(Cr+6)排放量、焊接工藝優(yōu)秀的308不銹鋼藥芯焊絲過程中如何選擇降低六價鉻(Cr+6)生成的添加劑是本發(fā)明決絕的問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0006]本發(fā)明鑒于上述情況而形成的，其目的在于提供一種低六價鉻(Cr+6)排放量，焊接工藝優(yōu)秀的316不銹鋼藥芯焊絲。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種低六價鉻(Cr+6)排放的316不銹鋼藥芯焊絲，它由藥芯和外用鋼帶組成，所述外用鋼帶為含碳量小于0.03% (重量)的奧氏體不銹鋼帶，并且所述藥芯的含碳量不高于
0.04% (重量)。
[0009]所述藥芯占焊絲總重量的15%_30%，其中藥芯各組成占藥芯重量的百分比為:金屬鉻粉:17-23%，金屬鎳粉:12-15%，電解金屬錳4-8%，鋁粉:1_4%，鑰鐵:3_5%，金紅石:20-25%，石英:4_6%，錯英砂:3_7%，長石3_5%，冰晶石:1_2%，MFC添加劑:1-5%，余量為鐵粉；
[0010]MFC添加劑由Zn-Cu-S1-聚四氟乙烯(PTFE)-氟化石墨(CH4F2)-Li2CO3,它們的重量比依次為Zn:25-45% ；Cu:5-15% ；:S1:2-10% ;聚四氟乙烯(PTFE): 15-30%，氟化石墨(CH4F2):1-5% ；Li2C03: 20-40%o 原材料為 Zn 粉:80-120 目，Cu 粉=120-200 目，原生聚四氟乙烯(PTFE)粉，氟化石墨(CH4F2) 100-200目，Li2CO3:80-200目，通過機械混合后，需在電爐中加熱200-300°C，取出后需攪拌，攪拌后聚四氟乙烯(PTFE)會依附在其它顆粒上。
[0011]熔敷金屬中主要元素的含量在如下范圍:C:0.021?0.03wt.%;Cr:17?20wt.%;N1: 11 ?14.0wt.% ；Mn:0.5 ?2.5wt.% ；Mo:2_3%，S1:0.3 ?lwt.% ；Fe:余量。
[0012]如上所述的奧氏體不銹鋼焊接用316藥芯焊絲，其中所述外用鋼帶優(yōu)選為含碳量小于0.03% (重量)的304L不銹鋼帶。
[0013]如上所述的奧氏體不銹鋼焊接用316藥芯焊絲，其中所述焊絲的直徑優(yōu)選在0.9-1.6mm 之間。
[0014]一種用于添加在316不銹鋼藥芯焊絲中抑制六價鉻(Cr+6)生成的添加劑，它由Zn-Cu-S1-聚四氟乙烯(PTFE)-氟化石墨-Li2CO3,它們的重量比依次為25_45%，5_15%，
2-10%, 15-30%, 1-5%, 20-40%o 且添加劑的顆粒度為 80-160 目。
[0015]一種低六價鉻(Cr+6)排放316不銹鋼藥芯焊絲的制備方法，步驟如下:
[0016]步驟1:按照所述藥芯的配方配置好藥芯粉末，將含碳量小于0.03% (重量)的奧氏體不銹鋼帶扎成U形，向U形槽內(nèi)加入占本焊絲總重量18-25%的藥芯粉末；
[0017]步驟2將U行槽合口后，依次經(jīng)過鍛造、扎制、拉拔減徑處理最終得到焊絲；
[0018]步驟3對焊絲表面進行清理，得到所述奧氏體308不銹鋼焊接用藥芯焊絲的最終
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[0019]本發(fā)明的有益效果為:
[0020]降低不銹鋼焊接煙塵中六價鉻(Cr+6)主要是通過三個途徑來解決。方法一:通過添加劑中的活性物質(zhì)，在焊接過程中降低了電弧周圍的活性氧(03)，降低二價、四價鉻被氧化成六價的幾率。方法二:用添加劑中的Li2CO3代替藥芯中的K、Na,使得六價鉻(Cr+6)形成不了穩(wěn)定的物相，最終自動分解成二價、四價鉻。方法三:添加劑中高熔點的物質(zhì)對六價鉻(Cr+6)具有還原作用，還原以生成的六價鉻(Cr+6)稱為二價、四價物質(zhì)。本發(fā)明中添加劑涉及到的物質(zhì)經(jīng)過大量的挑選，含量在1_5%，粒度在80-160目，同時控制藥粉中氧化物重量百分比小于45%。
[0021]本發(fā)明的低六價鉻(Cr+6)排放奧氏體316不銹鋼藥芯焊絲能夠降低焊接煙塵中30-70%六價鉻(Cr+6)的含量，同時具有良好的工藝性能，即具有電弧穩(wěn)定性高，焊接飛濺少，脫渣性好等優(yōu)點。
[0022]本發(fā)明適用于100%C02氣體保護焊，焊縫成形質(zhì)量好，無氣孔、裂紋、夾渣等冶金缺陷。熔敷金屬中主要元素的含量在如下范圍:熔敷金屬中主要元素的含量在如下范圍:C:0.021 ?0.03wt.% ；Cr:17 ?20wt.% ；N1:11 ?14.0wt.% ；Mn:0.5 ?2.5wt.% ；Mo:2_3%，S1:0.3?lwt.%;Fe:余量，該焊絲適用于奧氏體不銹鋼焊接，特別適合于焊接空間不大，通風(fēng)不暢的環(huán)境下使用，能夠降低六價鉻(Cr+6)排放，減少六價鉻(Cr+6)對人體的危害。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明的藥芯焊絲不受下述實例的限制，任何在本發(fā)明的權(quán)力要求保護的范圍內(nèi)的改進和變化都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。[0024]本發(fā)明提供了一種低六價鉻(Cr+6)排放316不銹鋼細(xì)直徑藥芯焊絲，它是由外用鋼帶和其中的焊絲藥芯組成，其具體實例方式如下:
[0025]所述焊絲藥芯的組成如下:
[0026]金屬鉻:向焊絲熔敷金屬中過渡鉻元素，其重量百分含量為(占藥粉的重量百分含量，以下同)17-23%。
[0027]金屬鎳:向焊絲熔敷金屬中過渡鎳元素，其重量百分含量12-15%。
[0028]電解金屬錳:向焊絲熔敷金屬中過渡錳元素，其重量百分含量為4_8%。
[0029]鋁粉:起脫氧作用，提高鉻、鎳、錳等合金元素的過渡系數(shù)，其重量百分比為:1-4%。
[0030]鑰鐵:向焊絲熔敷金屬中過渡鎳元素，其重量百分含量3-5%
[0031]金紅石:主要的造渣劑，可以改善焊縫金屬的脫渣性和成形質(zhì)量，同時還可以改善電弧的穩(wěn)定性，其重量百分比為:20-35%。
[0032]石英:主要的造渣劑，增加熔渣的酸度，調(diào)整熔渣的粘度和氧化性，細(xì)化熔滴，提高熔化系數(shù)，但加入量過多易降低焊縫成形質(zhì)量，其重量百分含量為4-6%。
[0033]鋯英砂:主要的造渣劑，調(diào)整熔渣的物理化學(xué)性能，改善焊縫金屬的脫渣性，提高熔化系數(shù)，其重量百分比含量為3-7%。
[0034]長石:用于造渣，調(diào)整熔渣的物理化學(xué)性能，還可以起到穩(wěn)定電弧、細(xì)化熔滴的作用，但是加入量過大會增加六價鉻(Cr+6)的生成量，其重量百分含量為長石3-5%。
[0035]冰晶石:用于去氫，改善電弧性能，增加焊縫渣殼的流動性，其重量百分含量優(yōu)選為 1-2%。
[0036]添加劑:其功能是降低焊接電弧周圍的活性氧，抑制六價鉻(Cr+6)生成穩(wěn)定的化合物，還原已經(jīng)生成的六價鉻(Cr+6)，其重量百分比優(yōu)選為1-5%。
[0037]所述添加劑由Zn-Cu-S1-聚四氟乙烯(PTFE)-氟化石墨-Li2CO3,它們的重量比依次為 25-45%，5-15%, 2-10%, 15-30%, 1-5%, 20-40% 且添加劑的顆粒度為 80-160 目。
[0038]在不銹鋼藥芯焊絲中影響焊接煙塵中六價鉻(Cr+6)含量的因素主要是電弧周圍的活性氧，其主要來源是藥粉中的氧化物。其次是K、Na的化合物，其能使六價鉻(Cr+6)生成穩(wěn)定的化合物。一般焊絲中的脫氧劑為Al、Mg但是由于其被氧化的溫度與六價鉻(Cr+6)生成的溫度不在同一范圍，因此，Al、Mg對焊接煙塵中六價鉻(Cr+6)含量影響小。本發(fā)明所述的添加劑，由Zn-Cu-S1-聚四氟乙烯(PTFE)-氟化石墨-Li2CO3，它們的重量比依次為25_45%，5-15%，2-10%，15-30%，1-5%，20-40%。且添加劑的顆粒度為80-160目組成。它既包括了降低在六價鉻(Cr+6)生成時，電弧周圍的活性氧的物質(zhì)、抑制六價鉻(Cr+6)生成穩(wěn)定化合物的物質(zhì)又包括了還原已經(jīng)生成的六價鉻(Cr+6)的物種。最終到達降低30-70%六價鉻(Cr+6)的目的。同時具有良好的工藝性能，即具有電弧穩(wěn)定性高，焊接飛濺少，脫渣性好等優(yōu)點。
[0039]本發(fā)明的316不銹鋼藥芯焊絲的制造采用以下步驟:
[0040]I)將厚度0.25-0.6mm,寬度8_12mm的低碳奧氏體不銹鋼帶扎成U形，向U形槽內(nèi)加入占本發(fā)明焊絲總重量18-25%的藥粉。
[0041 ] 2 )將U行槽合口后，通過軋制成形、拉拔減徑，最終使其直徑達到0.9-1.6_之間。
[0042]3)對焊絲表面進行清理，得到最終產(chǎn)品。
[0043]實施例1[0044]選用厚度0.25mm,寬度8mm、重量為5666g的低碳奧氏體不銹鋼帶，將其扎成U型，將170g金屬鉻粉，120g金屬鎳粉，40g電解金屬錳，40g鋁粉，250g金紅石，60g石英，70g鋯英砂，30g長石，IOg冰晶石，IOg添加劑(Zn:2.5g ；Cu:1.5 ；:Si:lg ;聚四氟乙烯:2g,氟化石墨:0.5g ；Li2C03:2.5g)，200g鐵粉，共IOOOg藥粉，混合均勻后加入U型槽中，填充率為15% (重量)，合口經(jīng)過減徑，光亮退火、再減徑，最終成品焊絲直徑為0.9_。
[0045]實施例2
[0046]選用厚度0.4mm，寬度10mm、重量為4000g的低碳奧氏體不銹鋼帶，將其扎成U型，將230g金屬鉻粉，150g金屬鎳粉，80g電解金屬錳，IOg鋁粉，200g金紅石，40g石英，30g鋯英砂，50g長石，20g冰晶石,50g添加劑(Zn:12.5g ；Cu:5 ；:Si:5g ;聚四氟乙烯:10g,氟化石墨:2.5g ；Li2C03:15g)，140g鐵粉，共IOOOg藥粉，混合均勻后加入U型槽中，填充率為20%(重量)，合口經(jīng)過減徑，光亮退火、再減徑，最終成品焊絲直徑為0.9_。
[0047]實施例3
[0048]選用厚度0.3mm,寬度8mm、重量為3546g的低碳奧氏體不銹鋼帶，將其扎成U型，將170g金屬鉻粉，120g金屬鎳粉，40g電解金屬錳，40g鋁粉，250g金紅石，60g石英，70g鋯英砂，30g長石，IOg冰晶石，IOg添加劑(Zn:2.5g ；Cu:1.5 ；:Si:lg ;聚四氟乙烯:2g,氟化石墨:0.5g ；Li2C03:2.5g)，200g鐵粉，共IOOOg藥粉，混合均勻后加入U型槽中，填充率為22% (重量)，合口經(jīng)過減徑，光亮退火、再減徑，最終成品焊絲直徑為1.2_。
[0049]實施例4
[0050]選用厚度0.4mm，寬度10mm、重量為3000g的低碳奧氏體不銹鋼帶，將其扎成U型，將230g金屬鉻粉，150g金屬鎳粉，80g電解金屬錳，IOg鋁粉，200g金紅石，40g石英，30g鋯英砂，50g長石，20g冰晶石，50g添加劑(Zn:20g ；Cu:7.5 ；:Si:lg ;聚四氟乙烯:9g,氟化石墨:2.5g ；Li2C03:10g)，140g鐵粉，共IOOOg藥粉，混合均勻后加入U型槽中，填充率為25%(重量)，合口經(jīng)過減徑，光亮退火、再減徑，最終成品焊絲直徑為1.6_。
[0051]實施例5
[0052]選用厚度0.6mm，寬度12mm、重量為2333g的低碳奧氏體不銹鋼帶，將其扎成U型，將200g金屬鉻粉，130g金屬鎳粉，50g電解金屬錳，20g鋁粉，220g金紅石，50g石英，50g鋯英砂，40g長石，15g冰晶石，30g添加劑(Zn:6.6g ；Cu:3.9 ；:Si:3g ;聚四氟乙烯:6g,氟化石墨:1.5g ；Li2C03:6g)，195g鐵粉，共IOOOg藥粉，混合均勻后加入U型槽中，填充率為30%(重量)，合口經(jīng)過減徑，光亮退火、再減徑，最終成品焊絲直徑為1.6_。
[0053]實施例6
[0054]選用厚度0.4mm，寬度10mm、重量為4263g的低碳奧氏體不銹鋼帶，將其扎成U型，將230g金屬鉻粉，140g金屬鎳粉，50g電解金屬錳，30g鋁粉，230g金紅石，55g石英，40g鋯英砂，35g長石，17g冰晶石，40g添加劑(Zn:12.8g ；Cu:6 ；:S1:3.2g ;聚四氟乙烯:8g,氟化石墨:2g ；Li2C03:8g)，133g鐵粉，共IOOOg藥粉，混合均勻后加入U型槽中，填充率為19%(重量)，合口經(jīng)過減徑，光亮退火、再減徑，最終成品焊絲直徑為0.9_。
[0055]對比例I
[0056]選用厚度0.4mm,寬度10mm、重量為3167g的低碳奧氏體不銹鋼帶，將其扎成U型，將210g金屬鉻粉，125g金屬鎳粉，53g電解金屬錳，24g鋁粉，230g金紅石，50g石英，20g鋯英砂，60g長石，30g錳礦，15g冰晶石，Og添加劑，176g鐵粉，共IOOOg藥粉，混合均勻后加入U型槽中，填充率為24% (重量)，合口經(jīng)過減徑，光亮退火、再減徑，最終成品焊絲直徑為1.6mm。
[0057]對比例2
[0058]選用厚度0.3mm,寬度8mm、重量為3762g的低碳奧氏體不銹鋼帶，將其扎成U型，將230g金屬鉻粉，125g金屬鎳粉，52g電解金屬錳，24g鋁粉，230g金紅石，60g石英，20g鋯英砂，60g長石，30g猛礦，25g冰晶石，2g添加劑(Zn:0.25g ；Cu:0.1 ；:S1:0.1g ;聚四氟乙烯:0.2g，氟化石墨:0.5g ；Li2C03:0.3g)，132g鐵粉，共IOOOg藥粉，混合均勻后加入U型槽中，填充率為21% (重量)，合口經(jīng)過減徑，光亮退火、再減徑，最終成品焊絲直徑為1.2_。
[0059]對比例3
[0060]選用厚度0.3mm,寬度8mm、重量為4882g的低碳奧氏體不銹鋼帶，將其扎成U型，將210g金屬鉻粉，136g金屬鎳粉，50g電解金屬錳，14g鋁粉，240g金紅石，50g石英，20g鋯英砂，60g長石，30g猛礦，15g冰晶石，60g添加劑(Zn:13.2g ；Cu -J.8 ；:S1:6g ;聚四氟乙烯:12g,氟化石墨:3g ；Li2C03:12g)，115g鐵粉，共IOOOg藥粉，混合均勻后加入U型槽中，填充率為17% (重量)，合口經(jīng)過減徑，光亮退火、再減徑，最終成品焊絲直徑為0.9_。
[0061]對各實施例及對比例性能的評價
[0062]1.焊接煙塵中六價鉻(Cr+6)的含量
[0063]煙塵收集器中的吸氣罩可以360度旋轉(zhuǎn)，柔性吸氣臂里裝有萬向接頭，能上押，前后左右移動，將煙塵顆粒物質(zhì)吸入，然后測量單位時間中所收集的焊接煙塵重量1.5g/min以下為優(yōu)異，大于1.5g/min為差，在按照IS016740的標(biāo)準(zhǔn)檢測每千克煙塵中Cr(VI)含量，其結(jié)果在表I中。評價基準(zhǔn)以傳統(tǒng)308不銹鋼藥芯焊絲的含量1.6-1.8X103mg/Kg,當(dāng)?shù)陀?br> 1.5 X103mg/Kg 時為“優(yōu)異，大于 1.3 X103mg/Kg 時為“差”。
[0064]2.機械特性
[0065]基于GB/T17853-1999評價抗拉強度。其結(jié)果在表3中顯示?？估鞆姸鹊脑u價基準(zhǔn)為520MPa時為“優(yōu)異”低于520MPa時為“差”。另外，另外，基于GB/T17853-1999評價拉伸率時，其評價基準(zhǔn)為在30%以上時為“優(yōu)異”，低于30%時為“差”。
[0066]3.鐵素體數(shù)
[0067]用鐵素體測數(shù)儀參考GB/T1954-2008《鉻鎳奧氏體不銹鋼焊縫鐵素體含量測量方法》中的截線法對試樣的鐵素體含量進行測定。為保證測定結(jié)果的統(tǒng)計性和合理性，對每個試樣在覆蓋熔合線以內(nèi)的焊縫區(qū)域，隨機選取20個視場進行測定，取20次測定結(jié)果的平均值作為最終測定值，其結(jié)果在表3中。評價基準(zhǔn)為鐵素體數(shù)FN在5%-12%時為“優(yōu)異”，低于5%或高于12%時為“差”
[0068]4.焊絲飛派率
[0069]飛濺率評定方法采用半封閉箱收集飛濺，試驗焊接試板(尺寸300X30X20mm，Q235碳鋼板)置于試驗臺上，為防止飛濺丟失，用導(dǎo)電銅罩將其罩住，在銅罩內(nèi)施焊；用自動焊接小車進行焊接在試板上施焊一道長約250mm的焊縫，焊后收集銅罩內(nèi)試驗臺上的飛濺金屬顆粒，稱其重量，其結(jié)果在表3中。評價基準(zhǔn)為在0.5%以下為“優(yōu)異”，高于0.5%時為“差”。
[0070]飛濺率V計算公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種低六價鉻排放的316不銹鋼藥芯焊絲，它由藥芯和外用鋼帶組成，所述外用鋼帶為含碳量小于0.03wt%的奧氏體不銹鋼帶，其特征在于:所述藥芯占焊絲總重量的15%-30%，其中藥芯各組成占藥芯重量的百分比為:金屬鉻粉:17-23%，金屬鎳粉:12-15%，電解金屬猛4-8%,招粉:1-4%,鑰鐵:3_5%，金紅石:20-25%,石英:4_6%，錯英砂:3_7%，長石3-5%，冰晶石:1-2%，MFC添加劑:1_5%，余量為鐵粉； 上述MFC添加劑包括Zn、Cu、S1、聚四氟乙烯、氟化石墨和Li2CO3,它們的重量比依次為Zn:25-45% ；Cu:5-15% ；S1:2-10% ;聚四氟乙烯:15-30%,氟化石墨:1-5% ；Li2C03: 20-40% ；機械混合后，需在電爐中加熱至200-300°C攪拌均勻。
2.如權(quán)利要求1所述的低六價鉻排放的316不銹鋼藥芯焊絲，其中所述焊絲的直徑在0.9-1.6mm 之間。
3.如權(quán)利要求1所述的低六價鉻排放的316不銹鋼藥芯焊絲，所述MFC添加劑中Zn粉:80-120目，Cu粉:120-200目，聚四氟乙烯粉100-200目，氟化石墨100-200目，Li2CO3:80-200 目。
【文檔編號】B23K35/40GK103480982SQ201310432904
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】栗卓新, 白建濤, 李紅, 馬立文, 宋姍姍, 張力文, 左鐵鏞 申請人:北京工業(yè)大學(xué)