CN112192088A

CN112192088A - 一种镍三铝药芯焊丝及其制备方法

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Publication number: CN112192088A
Application number: CN202011022598.6A
Authority: CN
Inventors: 金李梅; 王晓蓉; 卓晓; 王浩; 罗良良; 唐卫岗
Original assignee: HANGZHOU HUAGUANG ADVANCED WELDING MATERIALS CO Ltd
Current assignee: HANGZHOU HUAGUANG ADVANCED WELDING MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2021-01-08
Anticipated expiration: 2040-09-25
Also published as: CN112192088B

Abstract

本申请涉及一种镍三铝药芯焊丝及其制备方法，镍三铝药芯焊丝包括药芯和焊皮，药芯包括金属芯和金属粉，药芯填充于焊皮中，金属芯为纯铝丝，金属粉按质量百分比由以下组分组成：含Mn80%的锰铁粉9‑11%，含钛70%的钛铁粉6‑7%，含硼20%的硼铁粉6.5‑7.5%，其余为铁粉。焊皮为纯镍带。金属粉由下述质量百分比的组分组成：含Mn80%的锰铁粉10‑10.5%，含钛70%的钛铁粉6.2‑6.6%，含硼20%的硼铁粉6.7‑7.2%，其余为铁粉。镍三铝药芯焊丝的制备方法包括以下步骤：以纯镍带作为焊皮原料，以纯铝丝作为药芯金属芯，以锰铁粉、钛铁粉、硼铁粉、铁粉作为药芯金属粉组分，镍带去油干燥、药芯金属粉混合配料并干燥，镍带轧制、药芯金属芯和金属粉装入焊皮中，拉拔成镍三铝药芯焊丝。本申请具有细丝径低成本，耐磨、工艺性能好等特点。

Description

一种镍三铝药芯焊丝及其制备方法

技术领域

本申请涉及一种细丝径低成本镍三铝药芯焊丝及其制备方法，主要适用于细丝径的低成本镍三铝耐磨堆焊用药芯焊丝及其制备。

背景技术

近年来国内药芯焊丝的使用市场一直呈现加速上升趋势，每年增长率高达60%以上。国内药芯焊丝生产能力远不能满足市场的旺盛需求，从而为国内药芯焊丝企业提供良好机遇。

药芯焊丝中“金属粉型”药芯焊丝的焊接工艺性能类似于实心焊丝，熔敷效率和抗裂性能优于“药粉型”，焊丝粉芯中大部分是金属粉（铁粉、脱氧剂等）、还加入了特殊的稳弧剂，从而保证焊接时造渣少、效率高、飞溅少、电弧稳定等特点。另外，焊缝扩散氢含量低，抗裂性能改善。其造渣量为药粉型焊丝的1/3，可在不进行除渣条件下连续多层焊接（3-4层），提高生产效率。但，“金属粉型”药芯焊丝内部填充的金属粉末松装密度与理论密度相差甚远，在成分调节上严重依赖金属粉的“金属粉型”药芯焊丝很可能因为需要制备特定的成分而不得不增加丝径。

Ni₃Al是一种镍铝基金属间化合物，其具备的超位错在材料力学特征上表现为高变形抗力、高加工硬化率和反常的屈服强度-温度变化规律。反常的屈服强度-温度变化规律即在一定温度范围内随着温度的升高屈服强度也升高。Ni₃Al基合金可以在727℃时抗拉强度达到830MPa，另有报道MX246A型Ni₃Al基高温合金在1100℃时仍然具有抗拉强度350MPa的抗拉强度，且抗氧化性能达到完全抗氧化级。通过在Ni₃Al基合金上进一步复合碳化铬能够进一步提升高温耐磨性能。相关的材料高温耐磨性能优于价格昂贵的Co-Cr-W（Mo）系司太立合金且经济性良好。

然而，将Ni₃Al基材料制备成焊接材料仍有许多困难。通过真空烧结法和水平连铸法生产Ni₃Al基焊丝存在生产周期长，生产成本高的问题，无法批量的投入使用。使用激光熔覆或者热喷涂法，直接使用Ni₃Al基粉体材料制备熔覆层存在对粉体材料粒径要求严格，出粉率低，设备要求高的问题，生产成本依然很高。用药芯焊丝法制备Ni₃Al基焊接材料，能够提高粉末利用率，但如果需要较高占比的NiAl粉、Ni₃Al粉、铝粉等合金粉末进行成分调控，成本依然较高。

此外，由于在相图中Ni₃Al材料的单相区间很窄，其组织高度依赖成分占比，在成分上要求铝原子当量和镍原子当量近似形成1:3的数量关系。在用药芯焊丝法制备Ni₃Al基焊接材料过程中，由于填充的金属粉末几乎保持松装状态，其松装密度较理论密度低很多，从而需要占据更大的空间位置，导致选用任何常规尺寸的金属焊皮，始终无法制备出直径小于2.0mm的Ni₃Al基药芯焊丝。然而，小丝径对激光送丝堆焊等焊接方法具有重要意义，这大大限制了Ni₃Al基药芯焊丝在激光送丝堆焊等方面的应用。

发明内容

本申请解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种细丝径低成本镍三铝药芯焊丝及其制备方法。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案包括：一种镍三铝药芯焊丝，所述药芯焊丝包括药芯和焊皮，药芯包括金属芯和金属粉，药芯填充于焊皮中（例如金属芯置于焊皮中，金属芯与焊皮之间填充金属粉），其中金属芯为纯铝丝，其中金属粉按质量百分比由以下组分组成：含Mn80%的锰铁粉9-11%，含钛70%的钛铁粉6-7%，含硼20%的硼铁粉6.5-7.5%，其余为铁粉，以上组分质量百分比之和为100%。

所述焊皮（即药芯焊丝外层，也称外皮）为纯镍带。

所述镍三铝药芯焊丝锰铁、钛铁粉粉、硼铁粉联合作用配比合适，在克服了铝丝引入过多氧杂质问题的同时，保证了焊丝的焊接性，并在脱氧金属粉脱氧后剩余部分在不影响组织的情况下起一定的强化作用，焊接后获得以镍三铝为基体的合金组织，力学性能优良，从而保证了焊丝焊接方案的实现。

优选的，上述药芯金属粉由下述质量百分比的组分组成：含Mn80%的锰铁粉10-10.5%，含钛70%的钛铁粉6.2-6.6%，含硼20%的硼铁粉6.7-7.2%，其余为铁粉。

其中，所述镍三铝药芯焊丝的药芯综合填充率（指药芯与整个镍三铝药芯焊丝的质量百分比）为20-28%。金属芯与金属粉的质量比为1：（1.3~1.5）。

进一步地，上述焊皮采用工业用的纯金属镍带，药芯中金属芯为工业用的纯金属铝丝，药芯中金属粉为工业用锰铁粉、钛铁粉、硼铁粉、铁粉。因此，成分中存在不可避免的杂质元素，如S、P、Si等。

其中，药芯中金属芯纯铝丝直径为0.6-1.6mm。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案还包括：上述镍三铝药芯焊丝的制备方法，具体由以下步骤制得：以纯镍带作为焊皮原料，以纯铝丝作为药芯金属芯，以锰铁粉、钛铁粉、硼铁粉、铁粉作为药芯金属粉组分，镍带去油干燥、药芯金属粉混合配料并干燥，镍带轧制、药芯金属芯和金属粉装入焊皮中，拉拔成镍三铝药芯焊丝。

其中，所述镍带的厚度为0.2~0.4mm、宽度为3.5~11.5mm。

其中，上述镍三铝药芯焊丝直径为1.2~4.0mm，如1.2、1.6、2.4、3.0、4.0等。

采用上述技术方案，本发明技术方案的有益效果包括：

1、一种细丝径低成本镍三铝药芯焊丝及其制备方法能够生产丝径小于2.0mm的镍三铝基药芯焊丝，解决了镍三铝焊材由于填充粉末引起的丝径与成分之间难以协调的矛盾；

2、该焊丝焊后具有良好的耐磨性能，尤其是高温耐磨性能良好；

3、该焊丝焊接工艺性能良好，焊接性能优良，焊后无裂纹；

4、该焊丝对金属粉末和制造设备的要求相对较低，具有低成本的特点。

附图说明

图1是本申请实施例相关技术指标示意图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例对本发明所述的药芯焊丝进行解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例1

金属粉原料经筛分后按以下质量比例进行配置成药芯金属粉：含Mn80%的锰铁粉9%、含钛70%的钛铁粉6%、含硼20%的硼铁粉7.5%、其余为纯铁粉。将所配粉末用混粉机混合1小时，将3.5×0.2mm纯镍带通过U型轧辊卷曲成开口向上的U型带，将纯φ0.6mm规格的纯Al丝置入U型带中部，然后将粉末加入U形的纯镍带中，药芯综合填充率为20%。再将U形槽合口，使粉末包裹其中。接着使其通过拉拔机，减径为1.2mm的镍三铝药芯焊丝产品。

实施例2

金属粉原料经筛分后按以下质量比例进行配置成药芯金属粉：含Mn80%的锰铁粉11%、含钛70%的钛铁粉7%、含硼20%的硼铁粉6.5%、其余为纯铁粉。将所配粉末用混粉机混合1小时，将11.5×0.4mm纯镍带通过U型轧辊卷曲成开口向上的U型带，将纯φ1.6mm规格的纯Al丝置入U型带中部，然后将粉末加入U形的纯镍带中，药芯综合填充率为28%。再将U形槽合口，使粉末包裹其中。接着使其通过拉拔机，减径为4.0mm的镍三铝药芯焊丝产品。

实施例3

金属粉原料经筛分后按以下质量比例进行配置成药芯金属粉：含Mn80%的锰铁粉10.1%、含钛70%的钛铁粉6.5%、含硼20%的硼铁粉6.9%、其余为纯铁粉。将所配粉末用混粉机混合1小时，将6×0.3mm纯镍带通过U型轧辊卷曲成开口向上的U型带，将纯φ1.0mm规格的纯Al丝置入U型带中部，然后将粉末加入U形的纯镍带中，药芯综合填充率为24%。再将U形槽合口，使粉末包裹其中。接着使其通过拉拔机，减径为2.0mm的镍三铝药芯焊丝产品。

在45号钢上进行堆焊，堆焊后在摩擦磨损试验机上以灰铸铁为对磨材料进行往复式干摩擦实验得到各实施例在实验条件下的磨损量。摩擦磨损实验条件为:载荷15N，行程1mm，频率50Hz，时间10min。实验结果如图1所示。

由图1可知，本申请实施例1-3堆焊层磨损量均显著低于母材，其中实施例3磨损量更低。本方法得到的堆焊层耐磨性能良好，且具有良好可加工性，焊接不开裂，能显著提高材料表面的耐磨性能。

采用该种镍三铝药芯焊丝（简称药芯焊丝）工艺简单，价格低廉，进行堆焊后获得的堆焊层兼具良好的塑性、良好的高温耐磨性能、良好的高温耐腐蚀性能，堆焊层不开裂，抗裂纹性能良好。药芯焊丝焊接工艺性良好，电弧稳定、飞溅小、浪费少。

凡是本申请技术特征和技术方案的简单变形或者组合，应认为落入本申请的保护范围。

Claims

1.一种镍三铝药芯焊丝，包括药芯和焊皮，药芯包括金属芯和金属粉，药芯填充于焊皮中，所述金属芯为纯铝丝，所述金属粉按质量百分比由以下组分组成：含Mn80%的锰铁粉9-11%，含钛70%的钛铁粉6-7%，含硼20%的硼铁粉6.5-7.5%，其余为铁粉。

2.根据权利要求1所述镍三铝药芯焊丝，其特征是：所述焊皮为纯镍带。

3.根据权利要求1所述镍三铝药芯焊丝，其特征是：金属粉由下述质量百分比的组分组成：含Mn80%的锰铁粉10-10.5%，含钛70%的钛铁粉6.2-6.6%，含硼20%的硼铁粉6.7-7.2%，其余为铁粉。

4.根据权利要求1所述镍三铝药芯焊丝，其特征是：所述镍三铝药芯焊丝的药芯综合填充率为20-28%，金属芯与金属粉的质量比为1：1.3~1：1.5。

5.根据权利要求1所述本镍三铝药芯焊丝，其特征是：所述纯铝丝直径为0.6-1.6mm。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述镍三铝药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：以纯镍带作为焊皮原料，以纯铝丝作为药芯金属芯，以锰铁粉、钛铁粉、硼铁粉、铁粉作为药芯金属粉组分，镍带去油干燥、药芯金属粉混合配料并干燥，镍带轧制、药芯金属芯和金属粉装入焊皮中，拉拔成镍三铝药芯焊丝。

7.根据权利要求6所述镍三铝药芯焊丝的制备方法，其特征是：镍带的厚度为0.2~0.4mm、宽度为3.5~11.5mm。

8.根据权利要求6所述镍三铝药芯焊丝的制备方法，其特征是：所述镍三铝药芯焊丝直径为1.2~4.0mm。