CN102451961A - 奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝 - Google Patents
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Abstract
奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝，由药芯和外用钢带组成，外用钢带为含碳量小于0.025％的奥氏体不锈钢带；药芯的含碳量不高于0.04％，且占焊丝总重的18.0~24.0％；药芯的各组分占药芯的重量百分比为：金属铬粉18.5~25.0％，金属镍粉8.0~10.0％，电解金属锰2.0~5.0％，铝镁合金粉1.0~3.0％，金红石28.0~35.0％，石英3.0~5.0％，锆英砂2.0~5.0％，长石2.0~5.0％，冰晶石1.0~2.0％，稳弧剂2.0~5.0％，余量为铁粉；稳弧剂由重量比6.0~8.0：8.0~10.0：68.0~70.0的K2O、Na2O和TiO2组成，含水量不高于400ppm。
Description
技术领域
本发明属于材料加工工程的焊接领域，特别地，涉及一种奥氏体不锈钢焊接用的超低碳细直径药芯焊丝。
背景技术
细直径（直径不超过1.2mm）药芯焊丝焊接奥氏体不锈钢具有效率高、成本低、自动化程度高的特点，是今后不锈钢锈钢焊接技术的发展方向。
在不锈钢焊接中，焊接接头的耐腐蚀性是关注的重点之一，其中晶间腐蚀裂纹最为常见。碳是影响不锈钢焊接接头耐晶间腐蚀性能的重要元素，特别是当不锈钢中不含有钛、铌等稳定化元素时，焊缝含碳量的增加会显著降低焊接接头的耐晶间腐蚀性能。对于18-8奥氏体不锈钢（如最为常见的304不锈钢），经过敏化温度区间（450~850°C）时，会在晶界沉淀析出(Cr, Fe)23C6碳化物，使晶界边界层的含铬量低于12％，导致晶界贫铬，产生晶间腐蚀。为了防止焊接接头晶间腐蚀，降低焊接接头的含碳量是控制途径之一。
不锈钢焊接要求焊接材料具有良好的焊接工艺性能，即具有电弧稳定性高，焊接飞溅少，脱渣性好等优点。对不锈钢药芯焊丝而言，增加药粉中碱金属或碱金属氧化物的含量，降低电离势，是改善焊接工艺性能，尤其是提高电弧稳定性、降低焊接飞溅的重要途径。碱金属氧化物一般通过碳酸盐或长石引入焊丝药粉中，但碳酸盐的分解、长石中的酸性氧化物SiO2反而会对焊丝的工艺性能造成影响。因此如何选择含碱金属氧化物的稳弧剂是本发明解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于奥氏体不锈钢焊接用的超低碳细直径药芯焊丝，该焊丝具有良好的焊接工艺性能，适用于奥氏体不锈钢的全位置焊接，特别是奥氏体不锈钢薄板的焊接。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝，它由药芯和外用钢带组成，所述外用钢带为含碳量小于0.025％（重量）的奥氏体不锈钢带，并且所述药芯的含碳量不高于0.04％（重量）；
所述药芯占焊丝总重量的18.0~24.0％，其中药芯各组分占药芯重量的百分比为：金属铬粉：18.5~25.0％，金属镍粉：8.0~10.0％，电解金属锰：2.0~5.0％，铝镁合金粉：1.0~3.0％，金红石：28.0~35.0％，石英：3.0~5.0％，锆英砂：2.0~5.0％，长石：2.0~5.0％，冰晶石：1.0~2.0％，稳弧剂：2.0~5.0％，余量为铁粉；
所述稳弧剂由K2O、Na2O和TiO2组成，它们的重量比依次为6.0~8.0：8.0~10.0：68.0~70.0，且该稳弧剂含水量不高于400ppm。
如上所述的奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝，其中所述外用钢带优选为含碳量小于0.025%（重量）的304L不锈钢带。
如上所述的奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝，其中所述焊丝的直径优选在0.9mm~1.2mm之间。
一种用于添加在奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝中的稳弧剂，它由K2O、Na2O和TiO2组成，它们的重量比依次为6.0~8.0：8.0~10.0：68.0~70.0，且该稳弧剂含水量不高于400ppm。
上述奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝的制备方法，步骤如下：
（1）按照所述药芯的配方配置好药芯粉末，将含碳量小于0.025％（重量）的奥氏体不锈钢带轧成U形，向U形槽内加入占本焊丝总重量18~24％的药芯粉末；
（2）将U形槽合口后，依次进行轧制成型、光亮退火、拉拔减径处理，得到焊丝；
（3）对焊丝表面进行机械清理，得到所述奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝的最终产品。
本发明的有益效果为：
不锈钢药芯焊丝从两个方面入手降低焊接接头的含碳量，方法一是降低药芯焊丝原材料中的含碳量；方法二是通过优化药芯焊丝配方，适当增加焊丝熔渣渣系的氧化性，用冶金方法降低焊接接头的含碳量，其中方法一是主要途径。本发明中涉及的不锈钢药芯焊丝所使用的外用钢带为超低碳不锈钢，即其含碳量小于0.025％，而药粉的含碳量也不高于0.04％。
奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝要求其具有良好的工艺性能，即具有电弧稳定性高，焊接飞溅少，脱渣性好等优点。本发明采用酸性渣系作为不锈钢药芯焊丝的渣系，但熔渣的酸性过强会增加焊缝气孔倾向。本发明涉及的焊丝中加入了经过高温烧结处理且主要含有中性氧化物的稳弧剂，可显著改善不锈钢药芯焊丝的焊接工艺性能。
本发明的焊丝适用于100％CO2气体保护焊，其焊接工艺性能优良，焊缝成形质量好，无气孔、裂纹、夹渣等冶金缺陷，焊丝熔敷金属的各项性能均符合国标要求（GB/T17853，不锈钢药芯焊丝）。该焊丝可用于奥氏体不锈钢的全位置焊接，特别适用于奥氏体不锈钢薄板的焊接。
具体实施方式
本发明提供了一种奥氏体不锈钢焊接用细直径药芯焊丝，它由外用钢带和其中的焊丝药芯组成，其具体实施方式如下：
所述外用钢带最优选为含碳量小于0.025％的奥氏体不锈钢钢带304L。
所述焊丝药芯的组成如下：
金属铬：向焊丝熔敷金属中过渡铬元素，其重量百分含量为（占药粉的重量百分含量，以下同）18.5~25.0％。
金属镍：向焊丝熔敷金属中过渡镍元素，其重量百分含量为8.0~10.0％。
电解金属锰：向焊丝熔敷金属中过渡锰元素，其重量百分含量为2.0~5.0％。
铝镁合金：起脱氧作用，提高铬、镍、锰等合金元素的过渡系数，其重量百分含量为1.0~3.0％。
金红石：主要的造渣剂，可以改善焊缝金属的脱渣性和成形质量，同时还可改善电弧的稳定性，其重量百分含量为28.0~35.0％。
石英：主要的造渣剂，增加熔渣的酸度，调整熔渣的粘度和氧化性，细化熔滴，提高熔化系数，但加入量过多易降低焊缝成形质量，其重量百分含量为3.0~5.0％。
锆英砂：主要的造渣剂，调整熔渣的物理化学性能，改善焊缝金属的脱渣性，提高熔化系数，其重量百分含量为2.0~5.0％。
长石：用于造渣，调整熔渣的物理化学性能，还可以起到稳定电弧、细化熔滴的作用，但加入量过大会增加焊缝气孔倾向，其重量百分含量为2.0~5.0％。
冰晶石：用于去氢，改善电弧性能，增加焊缝渣壳的流动性，其重量百分含量优选为1.0~2.0％。
稳弧剂：其功能为改善电弧质量，细化熔滴，改善焊丝的焊接工艺性能，其重量百分含量优选为2.0~5.0％。
所述稳弧剂由中性氧化物K2O、Na2O和碱性氧化物TiO2组成，它们的重量比依次为6.0~8.0：8.0~10.0：68.0~70.0，且稳弧剂的含水量不得高于400ppm。
在药芯焊丝中，能起到稳弧作用的原材料一般为长石、碳酸盐等。在不锈钢药芯焊丝中，如果采用碳酸盐作为稳弧剂，碳酸盐高温分解产生的碱金属氧化物可以起到稳弧效果，但当在药粉中的加入量超过1.0％（重量），反而会增加焊接过程中的飞溅，恶化焊丝的焊接工艺性能，因此在不锈钢药芯焊丝中采用碳酸盐作为稳弧剂效果并不理想。而长石由碱金属氧化物（Na2O或K2O）和酸性氧化物（SiO2）组成，加入量过多会增加熔渣的酸度，且会导致焊缝金属中氧化硅夹渣增多，且增加气孔倾向；同时SiO2的氧化性较强，加入量过多会降低合金元素的过渡系数，增加焊丝制造成本，因此采用增加长石的方法也很难达到稳弧的目的。
本发明采用的稳弧剂有效成分由占重量份数14.0~18.0的碱金属氧化物K2O和Na2O及占重量份68.0~70.0的中性氧化物TiO2组成，并经过高温烧结处理。其中，碱金属氧化物可以降低电离势，能起到稳定电弧，细化熔滴的作用；中性氧化物则在不增加熔渣酸度的前提下参与造渣。常态下该稳弧剂吸湿性很强，在空气中极易吸附水分，因而未经处理的稳弧剂在焊丝药粉中的加入量不能超过1％（重量）。而本发明所用的稳弧剂经过高温烧结，其含水量控制在400ppm以下，且在空气中不易吸潮，其在药粉中的加入量可以达到5％（重量），明显改善了药芯焊丝的焊接工艺性能。
本发明的奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝的制造采用以下步骤：
（1）将厚度0.4mm，宽度10mm的超低碳奥氏体不锈钢带轧成U形，向U形槽内加入占本发明焊丝总重18~24％的药粉；
（2）将U形槽合口后，通过轧制成型、光亮退火、拉拔减径，最终使其直径达到0.9mm~1.2mm之间。
（3）对焊丝表面进行机械清理，得到最终产品。
实施例1
选用厚度0.4mm，宽度10mm、重量为4555g的304L奥氏体不锈钢带，将其轧成U型，将185g金属铬，80g金属镍，20g电解金属锰，10g铝镁合金，280g 金红石，30g石英，20g锆英砂，20g长石，10g冰晶石，20g稳弧剂，325g铁粉，共1000g药粉，混和均匀后加入U型槽中，填充率为18％（重量），合口后经过减径、光亮退火、再减径，最终成品焊丝直径为0.9mm。
实施例2
选用厚度0.4mm，宽度10mm、重量为4555g的304L奥氏体不锈钢带，将其轧成U型，将250g金属铬，100g金属镍，50g电解金属锰，30g铝镁合金，350g 金红石，50g石英，50g锆英砂，50g长石，20g冰晶石，50g稳弧剂，共1000g药粉，混和均匀后加入U型槽中，填充率为18％（重量），合口后经过减径、光亮退火、再减径，最终成品焊丝直径为1.2mm。
实施例3
选用厚度0.4mm，宽度10mm、重量为4000g的304L奥氏体不锈钢带，将其轧成U型，将200g金属铬，90g金属镍，40g电解金属锰，20g铝镁合金，300g 金红石，40g石英，42g锆英砂，35g长石，15g冰晶石，35g稳弧剂，183g铁粉，共1000g药粉，混和均匀后加入U型槽中，填充率为20％（重量），合口后经过减径、光亮退火、再减径，最终成品焊丝直径为0.9mm。
实施例4
选用厚度0.4mm，宽度10mm、重量为3545g的304L奥氏体不锈钢带，将其轧成U型，将220g金属铬，90g金属镍，40g电解金属锰，25g铝镁合金，330g 金红石，35g石英，30g锆英砂，40g长石，13g冰晶石，30g稳弧剂，147g铁粉，共1000g药粉，混和均匀后加入U型槽中，填充率为22％（重量），合口后经过减径、光亮退火、再减径，最终成品焊丝直径为1.2mm。
实施例5
选用厚度0.4mm，宽度10mm、重量为3170g的304L奥氏体不锈钢带，将其轧成U型，将185g金属铬，80g金属镍，20g电解金属锰，10g铝镁合金，280g 金红石，30g石英，20g锆英砂，20g长石，10g冰晶石，20g稳弧剂，325g铁粉，共1000g药粉，混和均匀后加入U型槽中，填充率为24％（重量），合口后经过减径、光亮退火、再减径，最终成品焊丝直径为1.2mm。
实施例6
选用厚度0.4mm，宽度10mm的、重量为3170g的304L奥氏体不锈钢带，将其轧成U型，将250g金属铬，100g金属镍，50g电解金属锰，30g铝镁合金，350g 金红石，50g石英，50g锆英砂，50g长石，20g冰晶石，50g稳弧剂，共1000g药粉，混和均匀后加入U型槽中，填充率为18％（重量），合口后经过减径、光亮退火、再减径，最终成品焊丝直径为1.2mm。
对比例1
选用厚度0.4mm，宽度10mm、重量为4555g的普通304奥氏体不锈钢带，将其轧成U型，将185g金属铬，80g金属镍，20g电解金属锰，10g铝镁合金，280g 金红石，30g石英，20g锆英砂，20g长石，10g冰晶石，20g稳弧剂，325g铁粉，共1000g药粉，混和均匀后加入U型槽中，填充率为18％（重量），合口后经过减径、光亮退火、再减径，最终成品焊丝直径为0.9mm。
对比例2
选用厚度0.4mm，宽度10mm、重量为4000g的304L奥氏体不锈钢带，将其轧成U型，将200g金属铬，90g金属镍，40g电解金属锰，20g铝镁合金，300g 金红石，40g石英，42g锆英砂，35g长石，15g冰晶石，218g铁粉，共1000g药粉，混和均匀后加入U型槽中，填充率为20％（重量），合口后经过减径、光亮退火、再减径，最终成品焊丝直径为0.9mm。
对比例3
选用厚度0.4mm，宽度10mm、重量为3170g的304L奥氏体不锈钢带，将其轧成U型，将185g金属铬，80g金属镍，20g电解金属锰，10g铝镁合金，280g 金红石，30g石英，20g锆英砂，20g长石，10g冰晶石，345g铁粉，共1000g药粉，混和均匀后加入U型槽中，填充率为24％（重量），合口后经过减径、光亮退火、再减径，最终成品焊丝直径为1.2mm。
对各实施例及对比例性能的评价
焊接接头的抗晶间腐蚀性能按照GB/T4333.5《不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法》进行。鉴于评定药芯焊丝焊接工艺性能尚无统一标准，故借用JB/T8423《电焊条焊接工艺性能评定方法》对不锈钢药芯焊丝的焊接工艺性能（电弧稳定性、焊缝脱渣性、焊接飞溅率）进行评价。各实施例及对比例的效果对比如表1所示：
如表1所示，采用普通奥氏体不锈钢带的对比例1，其晶间腐蚀倾向较采用超低碳奥氏体不锈钢带的其他实验组产品为大。未添加稳弧剂的对比例2、3，其电弧稳定性一般，且焊接飞溅率显著高于添加了稳弧剂的其他实验组产品。
实施例1~6所制的本发明药芯焊丝，其晶间腐蚀倾向小，电弧稳定性好，焊接飞溅率低，其性能显著优于对比例1~3。
Claims (5)
1.一种奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝，它由药芯和外用钢带组成，其特征在于，所述外用钢带为含碳量小于0.025wt％的奥氏体不锈钢带，并且所述药芯的含碳量不高于0.04wt％；
所述药芯占焊丝总重量的18.0~24.0％，其中药芯各组分占药芯重量的百分比为：金属铬粉：18.5~25.0％，金属镍粉：8.0~10.0％，电解金属锰：2.0~5.0％，铝镁合金粉：1.0~3.0％，金红石：28.0~35.0％，石英：3.0~5.0％，锆英砂：2.0~5.0％，长石：2.0~5.0％，冰晶石：1.0~2.0％，稳弧剂：2.0~5.0％，余量为铁粉；
所述稳弧剂由K2O、Na2O和TiO2组成，它们的重量比依次为6.0~8.0：8.0~10.0：68.0~70.0，且该稳弧剂含水量不高于400ppm。
2.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝，其特征在于，所述外用钢带为含碳量小于0.025wt%的304L不锈钢带。
3.如权利要求1或2所述的奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝，其特征在于，所述焊丝的直径在0.9mm~1.2mm之间。
4.一种用于添加在奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝中的稳弧剂，其特征在于，它由K2O、Na2O和TiO2组成，它们的重量比依次为6.0~8.0：8.0~10.0：68.0~70.0，且该稳弧剂含水量不高于400ppm。
5.权利要求1或2所述的奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）按照所述药芯的配方配置好药芯粉末，将含碳量小于0.025wt％的奥氏体不锈钢带轧成U形，向U形槽内加入占本焊丝总重量18.0~24.0％的药芯粉末；
（2）将U形槽合口后，依次进行轧制成型、光亮退火、拉拔减径处理，得到焊丝；
（3）对焊丝表面进行机械清理，得到所述奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝的最终产品。
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