專利名稱：無鉍細(xì)徑不銹鋼藥芯焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
無鉍細(xì)徑不銹鋼藥芯焊絲屬于材料加工工程中的焊接領(lǐng)域。
在現(xiàn)有的不銹鋼藥芯焊絲生產(chǎn)中，為了改善其脫渣性，在藥芯中加入了含鉍的氧化物。這樣，元素Bi就隨著熔滴過渡到焊縫中，使熔敷金屬中Bi的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.001％。而熔敷金屬中Bi含量超過0.001％，會(huì)增加焊接接頭的熱裂紋敏感性。這樣的焊接接頭在較高溫度(一般為700℃以上)工作一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生斷裂。這主要是由于(1)由于Bi元素在柱狀晶晶界處凝固析出，導(dǎo)致晶界脆化。(2)因?yàn)锽i是以其氧化物的形式加入的，該氧化物會(huì)誘發(fā)穿晶凝固的產(chǎn)生，而在通過穿晶凝固釋放應(yīng)力的過程中，會(huì)導(dǎo)致晶界處的塑性變形的集中。(3)元素Bi促進(jìn)了導(dǎo)致晶界脆化的物質(zhì)的析出。
當(dāng)前國內(nèi)外對無鉍藥芯焊絲研究還處于起步階段，未見相關(guān)的專利及文獻(xiàn)報(bào)道。
本發(fā)明提供了一種無鉍細(xì)徑不銹鋼藥芯焊絲，其特征在于，其藥芯包括以下質(zhì)量百分比的物質(zhì)20-40％的TiO2，5-15％ZrO2，4-12％的SiO2，2-10％的Al-Mg合金，20-25％的Cr，5-8％的Ni，9.5-24％的Fe，0.5-1.5％的Sb2O3。
TiO2是渣形成組分，可以改善渣的覆蓋性能和焊縫脫渣性。另外，它還起到使電弧集中，穩(wěn)定，從而減少飛濺的作用。質(zhì)量百分含量為20-40％。
ZrO2主要起造渣，調(diào)整熔渣的物化性能，改善脫渣性，質(zhì)量百分含量為5-15％。
SiO2主要起造渣作用，降低熔渣的堿度，調(diào)整熔渣的物化性能，質(zhì)量百分含量為4-12％。
Al-Mg合金主要作用是脫氧，脫氧后生成的Al2O3，MgO具有造渣作用。質(zhì)量百分含量為2-10％。
Cr粉向焊縫金屬過渡合金元素。質(zhì)量百分含量為20 25％。
Ni粉向焊縫金屬過渡合金元素。質(zhì)量百分含量為5-8％。
Fe粉向焊縫過渡金屬，改善導(dǎo)電率。質(zhì)量百分含量為9.5-24％。
Sb2O3改善脫渣性能。質(zhì)量百分含量為0.5-1.5％。
在原有的不銹鋼藥芯焊絲生產(chǎn)中，加入含鉍的氧化物主要是為了改善熔渣的脫渣性能。所以，本發(fā)明從研究影響脫渣性的因素著手，通過添加含鉍氧化物的替代物、調(diào)整藥芯的成分，改變?nèi)墼某煞峙c結(jié)構(gòu)，來達(dá)到改善脫渣性能的目的。
對于脫渣性的影響因素，主要是物理因素和化學(xué)因素兩個(gè)方面。對于物理因素的影響，主要是指由于熔點(diǎn)和粘度的調(diào)節(jié)而造成的熔渣的鋪展和浸潤是否適當(dāng)，以及由于線膨脹系數(shù)的差別而造成的渣殼脫落的難易。而對于化學(xué)意義上的影響主要是尖晶石結(jié)構(gòu)的作用。
就奧氏體不銹鋼焊接而言，其線膨脹系數(shù)高，所以在配方的調(diào)整中，增大熔渣與焊縫金屬的線膨脹系數(shù)差值這一點(diǎn)比較容易做到。所以，本發(fā)明將重點(diǎn)放在調(diào)整渣的粘度，熔點(diǎn)和化學(xué)成分上。
首先，本發(fā)明通過加入銻華(Sb2O3)，來替代含鉍的氧化物。Sb2O3晶體屬斜方晶系，晶體常呈柱狀或板狀，集合體呈柱狀、片狀、羽毛狀，熔點(diǎn)656℃，相對密度5.8左右。由于Sb2O3相對密度較大，比熔渣的主要組分TiO2，SiO2，ZrO2等的相對密度都要大，而熔點(diǎn)比它們都要低。因此，在形成熔渣的過程中，它分布于熔渣的內(nèi)表面，與焊縫金屬直接接觸，并呈羽毛狀，易與焊縫金屬分離，從而使熔渣易脫落，表現(xiàn)出良好的脫渣性。不銹鋼中加入微量的Sb，并不增加其熱裂紋敏感性，無不良影響。一般情況下加入量為藥芯重量的0.5-1.5％較為合適。
另外，本發(fā)明采用TiO2-SiO2-ZrO2渣系，可通過調(diào)整TiO2與SiO2的比例來改變渣的粘度。當(dāng)熔渣粘度較低，浸潤性不良時(shí)，易于向焊縫金屬兩側(cè)分布，在焊趾處造成夾渣，或不能均勻覆蓋焊縫金屬，產(chǎn)生粘渣現(xiàn)象。本發(fā)明在加入Sb2O3的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整TiO2與SiO2的比例(TiO2/SiO22.5-7)，加入適當(dāng)?shù)腪rO2，以及由Al-Mg合金氧化形成的高熔點(diǎn)的Al2O3、MgO等來調(diào)節(jié)渣的粘度和熔點(diǎn)，使之在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，來達(dá)到改善脫渣性的目的。
脫渣性與熔渣的微觀組織有相當(dāng)密切的關(guān)系。通過對大量粘渣試件的觀察，檢測分析，發(fā)現(xiàn)粘渣的主要原因是酸性渣系的氧化性較強(qiáng)而形成了FeO，鉻和錳的氧化物。這樣，渣中存在Cr2O3、Al2O3、Fe2O3、Mn2O3等三價(jià)氧化物與渣中的二價(jià)氧化物FeO、MnO等結(jié)合形成所謂的尖晶石(MnO·Mn2O3)的復(fù)合化合物，這層氧化物牢固地粘在焊縫金屬地表面上，所以造成嚴(yán)重地粘渣現(xiàn)象。本發(fā)明通過大量試驗(yàn)，加入Sb2O3形成易脫落層，并合理調(diào)整熔渣的化學(xué)成分(典型成分舉例見表3)，從而該變?nèi)墼奈⒂^結(jié)構(gòu)，使熔渣在凝固之后，焊縫和渣殼之間形成網(wǎng)狀接觸，在兩者之間形成了一層隔離膜，消弱FeO的粘結(jié)作用。使焊縫具有優(yōu)良的脫渣性，避免了含鉍氧化物的加入。
本發(fā)明的制備方法為現(xiàn)有技術(shù)，包括以下步驟1、將奧氏體不銹鋼帶軋成U形；
2、向U形槽中加入本發(fā)明的藥粉；3、將U形槽合口，使上述的藥粉包裹其中，通過拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到1.2mm。
選取本發(fā)明的幾個(gè)無鉍藥芯焊絲實(shí)例與現(xiàn)有常用藥芯焊絲焊接效果進(jìn)行對比。
具體實(shí)施方式
如下(所有實(shí)施例焊絲都是由昆明重機(jī)廠制造的“FCWM50被動(dòng)拉拔式藥芯焊絲機(jī)”制出)1.選用寬度為8mm，厚度為0.3mm的奧氏體不銹鋼帶。先將其軋成U形。取TiO2粉末30g、SiO2粉末4g、ZrO2粉末6g、Al-Mg合金粉末10g、Sb2O3粉末0.5g、Cr粉25g、Ni粉7g、Fe粉17.5g(所取粉末的粒度為能通過60目的篩子)。將所取各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合10分鐘，然后將混合粉末加入U(xiǎn)形的不銹鋼帶槽中，填充率為20％。將U形槽合口，使藥粉包裹其中。然后使其分別通過直徑為2.4mm、2.3mm、2.2mm、2.1mm、2.0mm、1.9mm、1.8mm、1.7mm、1.6mm、1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.2mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到1.2mm。焊絲使用效果測試見表1。
2.選用寬度為7mm，厚度為0.25mm的奧氏體不銹鋼帶。先將其軋成U形。取TiO2粉末35g、SiO2粉末8g、ZrO2粉末7g、Al-Mg合金粉末6g、Sb2O3粉末1g、Cr粉18g、Ni粉5g、Fe粉20g(所取粉末的粒度為能通過80目的篩子)。將所取各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合10分鐘，然后將混合粉末加入U(xiǎn)形的不銹鋼帶槽中，填充率為16％。將U形槽合口，使藥粉包裹其中。然后使其分別通過直徑為2.4mm、2.3mm、2.2mm、2.1mm、2.0mm、1.9mm、1.8mm、1.7mm、1.6mm、1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.2mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到1.2mm。焊絲使用效果測試見表1。
3.選用寬度為9mm，厚度為0.4mm的奧氏體不銹鋼帶。先將其軋成U形。取TiO2粉末25g、SiO2粉末10g、ZrO2粉末10g、Al-Mg合金粉末8g、Sb2O3粉末0.5g、Cr粉18g、Ni粉6g、Fe粉22.5g(所取粉末的粒度為能通過90目的篩子)。將所取各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合10分鐘，然后將混合粉末加入U(xiǎn)形的不銹鋼帶槽中，填充率為17％。將U形槽合口，使藥粉包裹其中。然后使其分別通過直徑為2.4mm、2.3mm、2.2mm、2.1mm、2.0mm、1.9mm、1.8mm、1.7mm、1.6mm、1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.2mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到1.2mm。焊絲使用效果測試見表1。
4.選用寬度為10mm，厚度為0.5mm的奧氏體不銹鋼帶。先將其軋成U形。取TiO2粉末20g、SiO2粉末8g、ZrO2粉末15g、Al-Mg合金粉末2g、Sb2O3粉末1g、Cr粉22g、Ni粉8g、Fe粉24g(所取粉末的粒度為能通過120目的篩子)。將所取各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合10分鐘，然后將混合粉末加入U(xiǎn)形的不銹鋼帶槽中，填充率為15％。將U形槽合口，使藥粉包裹其中。然后使其分別通過直徑為2.4mm、2.3mm、2.2mm、2.1mm、2.0mm、1.9mm、1.8mm、1.7mm、1.6mm、1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.2mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到1.2mm。焊絲使用效果測試見表1。
5.選用寬度為9mm，厚度為0.4mm的奧氏體不銹鋼帶。先將其軋成U形。取TiO2粉末40g、SiO2粉末12g、ZrO2粉末5g、Al-Mg合金粉末6g、Sb2O3粉末1.5g、Cr粉20g、Ni粉6g、Fe粉9.5g(所取粉末的粒度為能通過80目的篩子)。將所取各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合10分鐘，然后將混合粉末加入U(xiǎn)形的不銹鋼帶槽中，填充率為16％。將U形槽合口，使藥粉包裹其中。然后使其分別通過直徑為2.4mm、2.3mm、2.2mm、2.1mm、2.0mm、1.9mm、1.8mm、1.7mm、1.6mm、1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.2mm的拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到1.2mm。焊絲使用效果測試見表1。
表1中熱裂紋試驗(yàn)方法如下選用合適的試板，其化學(xué)成分如表2，在上面開y形坡口，其尺寸如

圖1，施焊一段長80mm的焊縫。然后將此試件以1.6℃/min的速度加熱到500-800℃，保溫100小時(shí)，然后再將其以2.5℃/min的速度冷卻到室溫。從y形坡口的橫截面看是否有裂紋出現(xiàn)。
脫渣性試驗(yàn)方法如下對本發(fā)明所得的藥芯焊絲進(jìn)行平板堆焊及45°V型坡口內(nèi)堆焊的落錘法試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置如圖2，測得焊縫的脫渣率平均在96％以上。具體方法為鋼球重3000g，鋼球以初速度為零的自由落體狀態(tài)錘擊試板焊道背面，平板堆焊時(shí)焊后停留1分鐘后錘擊，試驗(yàn)架高度為500mm，坡口內(nèi)堆焊時(shí)，試驗(yàn)架高度調(diào)至100mm，堆焊后立即用鋼球砸擊焊道背面，第一層時(shí)砸5次，第二層以后砸3次。脫渣率按下式計(jì)算D＝{L-(L0+0.5L1+0.2L2)}/L×100％式中D——脫渣率(％)L——焊道總長度(mm)L0——未脫渣長度(mm)L1——輕微粘渣長度(mm)試驗(yàn)中，試板材料為18-8不銹鋼，其化學(xué)成分見表2，V型坡口試板尺寸如圖3所示。
從表1中可以看出，用根據(jù)本發(fā)明制造的焊絲施焊的焊縫無熱裂紋發(fā)生，且脫渣性優(yōu)良，焊接工藝性能良好。而用一般焊絲施焊的焊縫則出現(xiàn)了熱裂紋。因此，本發(fā)明很好的解決了用不銹鋼藥芯焊絲施焊工件易出現(xiàn)熱裂紋這一難題。表1對比例與實(shí)施例效果對比

表2脫渣及熱裂紋試驗(yàn)用試板化學(xué)成分

表3熔渣成分

權(quán)利要求
1.一種無鉍細(xì)徑不銹鋼藥芯焊絲，其特征在于，所述的藥芯包括以下質(zhì)量百分比的物質(zhì)20-40％的TiO2，5-15％的ZrO2，4-12％的SiO2，2-10％的Al-Mg合金，20-25％的Cr，5-8％的Ni，9.5-24％的Fe，0.5-1.5％的Sb2O3。
全文摘要
無鉍細(xì)徑不銹鋼藥芯焊絲屬于材料加工工程中的焊接領(lǐng)域?，F(xiàn)有的不銹鋼藥芯焊絲生產(chǎn)中，Bi含量超過0.001％，會(huì)增加焊接接頭的熱裂紋敏感性。這樣的焊接接頭在較高溫度工作一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生斷裂。本發(fā)明提供了一種無鉍細(xì)徑不銹鋼藥芯焊絲，其藥芯包括以下質(zhì)量百分比的物質(zhì)20－40％的天然金紅石，5－15％的鋯英石，4－12％的石英，2－10％的Al－Mg合金，20－25％的Cr，5－8％的Ni，9.5－24％的Fe，0.5－1.5％的Sb
文檔編號B23K35/22GK1470356SQ0314664
公開日2004年1月28日 申請日期2003年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月11日
發(fā)明者栗卓新, 馬輝, 魏琪, 蔣建敏, 賀定勇 申請人:北京工業(yè)大學(xué)