CN106077992B - 一种适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝，由钢带包裹粉芯组成，包含组分A、组分B及组分C，组分A按照重量百分比包括：金红石：30~45%，冰晶石：4~7%，萤石：8~14%，大理石：10‑20%，镁砂：8~14%，钛酸钾：8~14%，钠长石：10~22%；组分B按照重量百分比包括：铝镁合金：5~20%，钛铁：5~15%，金属镍：26~40%，金属钼：8~20%，金属铬：12~24%，45#硅铁：10~18%，金属锰：10~28%；组分C为铁粉及杂质。本发明药芯焊丝焊后形成微量熔渣，薄且均匀覆盖于熔敷金属表面，冷却后熔渣自动翘起脱落，可以实现不清渣多层焊接，并且焊接飞溅极少，电弧稳定，液态金属不发生流淌，成形美观，具有优良的焊接工艺性能，熔敷金属具有良好的综合力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料技术领域，尤其涉及一种适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝。
背景技术
模具是锻造行业消耗量很大的一类关键备件，其长期承受较高的循环载荷，极易失效，发生报废。模具使用寿命的长短，直接影响到生产的效率、零件的质量及生产成本。目前，一般采用手工电弧堆焊对失效后的模具进行修复，可以有效地延长使用寿命。但是手工堆焊不能自动的连续堆焊、工作效率低、劳动强度大、工作环境恶劣，焊接质量受人为因素影响大。随着增材制造技术的发展，采用机械手臂对模具进行修复可以有效地弥补以上缺点。但是，迄今未见适用于电弧增材制造的专用焊材研制成功的报道。
因此，模具电弧增材制造成形材料的研制与开发是该技术中亟待解决的问题。电弧增材制造药芯焊丝是供机器人实施自动化焊接的焊材。机器人焊接用药芯焊丝应具备高效、连续不中断的特点，并且对工艺性能具有更高的技术要求。模具电弧增材制造一般采用多道多层焊接的方式，在所述焊接过程中产生的熔渣若不得到及时清理，将会影响焊缝的成型质量以及熔敷金属的力学性能，但是如果要清理熔渣，必须中断焊接过程，又会破坏焊接的连续性，降低焊接效率，增加工作量。
药芯焊丝熔渣主要起到机械保护、冶金处理以及改善焊接工艺性能的重要作用。微渣气保护药芯焊丝与普通气保护焊丝相比其化学冶金条件与冶金行为发生了较大变化，在一定程度上会影响电弧增材制造熔敷金属的成型和性能。以上问题很大程度地限制了药芯焊丝在模具电弧增材制造中的应用。
为解决上述问题，需要对药芯焊丝药芯配方进行研究，开发一种工艺性能好、可实现连续焊接，力学性能优良适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝成为目前研究的方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝，解决了模具电弧增材制造焊接过程中清渣问题，实现了焊接过程的连续性，并且保证焊丝良好的焊接工艺性能以及熔敷金属良好的力学性能。
为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：
一种适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝，由钢带包裹粉芯组成，包含组分A、组分B及组分C，组分A按照重量百分比包括：金红石：30～45％，冰晶石：4～7％，萤石：8～14％，大理石：10-20％，镁砂：8～14％，钛酸钾：8～14％，钠长石：10～22％；组分B按照重量百分比包括：铝镁合金：5～20％，钛铁：5～15％，金属镍：26～40％，金属钼：8～20％，金属铬：12～24％，45#硅铁：10～18％，金属锰：10～28％；组分C为铁粉及杂质，组分A占粉芯总重量的2.2～5.4％，组分B与组分C的重量比为35～55∶100。
优选地，钢带为H08A钢带，钢带成分质量百分比范围如下：C：0.01-0.02％，Mn：0.20-0.25％，Si≤0.11％，S＜0.011％，P＜0.008％，余量为铁及杂质，其中Si、S、P的含量均不为0。
优选地，粉芯填充率为20-27％。
优选地，在焊接时保护气为20％的CO2和80％的Ar2组成。
上述适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝采用常规药芯焊丝生产工艺制造，具体生产工艺为：
(1)对粉芯组分所需物质按比例要求配粉；
(2)将步骤1中配制好的粉芯进行烘干、筛粉、混粉处理；
(3)钢带先通过清洗、烘干，后经过成型轧辊加工成U行槽；
(4)按一定的填充率在U型槽钢带中填入药粉，接着已装好药粉的U型钢带由闭合成型轧辊轧成管状焊丝；
(5)最后管状焊丝被送入拔丝机，通过拉拔减小直径加工得到焊丝。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝，在组分A各成分配比条件下，焊接熔渣可以获得合适的粘度与表面张力，由于组分A含量仅为药粉成分总量的2.2-5.4％，产生的熔渣很少，在表面张力作用下，熔融状态下的熔渣可以薄且均匀覆盖于熔敷金属表面，液态金属不发生流淌，成型良好；在多层多道焊接时，由于生成的熔渣熔点较低，熔渣迅速转化为熔融状态，并且重新浮与熔池表面，冷却后，由于产生的熔渣与熔敷金属线膨胀系数相差较大，熔渣自动翘起脱离熔敷金属表面，因此可以实现不清渣连续的焊接过程；
2、本发明适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝，药粉中组分B为合金剂和脱氧剂，镍、钼、铬、锰、硅作为合金强化元素加入其中，铝镁合金、钛铁作为强脱氧剂，在电弧焊过程中，与反应区内的O2、CO2发生反应降低电弧气氛氧化性，进行先期脱氧，而锰、硅除了作为合金强化元素外，在熔滴和熔池中进行沉淀脱氧发挥重要作用，通过大量的实验，本发明确定药芯组分B中脱氧剂与合金剂各成分含量配比，在微渣气保护条件下获得具有良好力学性能的熔敷金属。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例1
一种适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝，它采用H08A钢带包裹粉芯，经过药芯焊丝制作工艺制成本品。粉芯包括组分A、组分B与组分C，组分A按照重量百分比包括：金红石：32％，冰晶石(氟化物)：6％，萤石：12％，大理石：10％，镁砂：12％，钛酸钾：10％，钠长石：18％；组分B按照重量百分比包括：铝镁合金：6％，钛铁：6％，金属镍：28％，金属钼：10％，金属铬：12％，45#硅铁：14％，金属锰：24％；组分C为铁粉以及不可避免的杂质，组分A占粉芯总重量的3.8％，组分B与组分C的重量比为38∶100，粉芯填充率为26％，钢带成分质量百分比范围如下：C：0.01-0.02％，Mn：0.20-0.25％，Si≤0.11％，S＜0.011％，P＜0.008％，余量为铁及杂质，其中Si、S、P的含量均不为0。
本实施例适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝在焊接时保护气为20％的CO2和80％的Ar2组成。
实施例2
一种适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝，它采用H08A钢带包裹粉芯，经过药芯焊丝制作工艺制成本品。粉芯包括组分A、组分B与组分C三部分，组分A按照重量百分比包括：金红石：30％，冰晶石(氟化物)：5％，萤石：10％，大理石：14％，镁砂：10％，钛酸钾：13％，钠长石：18％；组分B按照重量百分比包括：铝镁合金：10％，钛铁：6％，金属镍：26％，金属钼：10％，金属铬：12％，45#硅铁：17％，金属锰：19％；组分C为铁粉以及不可避免的杂质，组分A占粉芯总重量的5.0％，组分B与组分C的重量比为40∶100，粉芯填充率为27％，钢带成分质量百分比范围如下：C：0.01-0.02％，Mn：0.20-0.25％，Si≤0.11％，S＜0.011％，P＜0.008％，余量为铁及杂质，其中Si、S、P的含量均不为0。
本实施例适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝在焊接时保护气为20％的CO2和80％的Ar2组成。
实施例3
一种适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝，它采用H08A钢带包裹粉芯，经过药芯焊丝制作工艺制成本品。粉芯包括组分A、组分B与组分C三部分，组分A按照重量百分比包括：金红石：40％，冰晶石(氟化物)：4％，萤石：8％，大理石：12％，镁砂：8％，钛酸钾：11％，钠长石：17％；组分B按照重量百分比包括：铝镁合金：12％，钛铁：6％，金属镍：26％，金属钼：14％，金属铬：12％，45#硅铁：10％，金属锰：20％；组分C为铁粉以及不可避免的杂质，组分A占粉芯总重量的4.4％，组分B与组分C的重量比为42∶100，粉芯填充率为25％，钢带成分质量百分比范围如下：C：0.01-0.02％，Mn：0.20-0.25％，Si≤0.11％，S＜0.011％，P＜0.008％，余量为铁及杂质，其中Si、S、P的含量均不为0。
本实施例适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝在焊接时保护气为20％的CO2和80％的Ar2组成。
实施例4
一种适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝，它采用H08A钢带包裹粉芯，经过药芯焊丝制作工艺制成本品。粉芯包括组分A、组分B与组分C三部分，组分A按照重量百分比包括：金红石：36％，冰晶石(氟化物)：6％，萤石：12％，大理石：16％，镁砂：12％，钛酸钾：8％，钠长石：10％；组分B按照重量百分比包括：铝镁合金：10％，钛铁：8％，金属镍：28％，金属钼：13％，金属铬：13％，45#硅铁：12％，金属锰：16％；组分C为铁粉以及不可避免的杂质，组分A占粉芯总重量的2.5％，组分B与组分C的重量比为40∶100，粉芯填充率为26％，钢带成分质量百分比范围如下：C：0.01-0.02％，Mn：0.20-0.25％，Si≤0.11％，S＜0.011％，P＜0.008％，余量为铁及杂质，其中Si、S、P的含量均不为0。
本实施例适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝焊接时保护气为20％的CO2和80％的Ar2组成。
本发明实施例1-实施例4的工艺性能及力学性能如下表所示：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 飞溅与烟尘 | 良 | 良 | 优 | 良 |
| 表面成型 | 良 | 良 | 良 | 优 |
| 电弧稳定性 | 良 | 良 | 优 | 良 |
| 0℃冲击功(J) | 68 | 65 | 74 | 70 |
| 屈服强度(MPa) | 670 | 665 | 678 | 682 |
| 抗拉强度(MPa) | 714 | 698 | 705 | 720 |
| 断面收缩率(％) | 13 | 12 | 17 | 15 |
本发明所提供的一种适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝，实现了使用药芯焊丝进行模具增材制造过程中连续焊接不敲渣的目的，药芯焊丝既可以满足力学性能要求，又具有良好的焊接工艺性能，焊接飞溅较少，电弧稳定，成形良好。
以上对本发明做了详尽的描述，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种适用于模具电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝，由钢带包裹粉芯组成，其特征在于：包含组分A、组分B及组分C，所述组分A按照重量百分比包括：金红石：30～45％，冰晶石：4～7％，萤石：8～14％，大理石：10-20％，镁砂：8～14％，钛酸钾：8～14％，钠长石：10～22％；所述组分B按照重量百分比包括：铝镁合金：5～20％，钛铁：5～15％，金属镍：26～40％，金属钼：8～20％，金属铬：12～24％，45#硅铁：10～18％，金属锰：10～28％；所述组分C为铁粉及杂质，所述组分A占粉芯总重量的2.2～5.4％，所述组分B与组分C的重量比为35～55∶100；所述钢带为H08A钢带，所述钢带成分质量百分比范围如下：C：0.01-0.02％，Mn：0.20-0.25％，Si≤0.11％，S＜0.011％，P＜0.008％，余量为铁及杂质，其中Si、S、P的含量均不为0；粉芯填充率为20-27％；在焊接时保护气为20％的CO2和80％的Ar2组成。
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