一种高韧性耐磨药芯焊丝的制作方法

文档序号:11756362阅读:246来源:国知局

本发明涉及焊丝技术领域,尤其涉及一种高韧性耐磨药芯焊丝。



背景技术:

药芯焊丝作为一种常见的金属焊接材料,被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑、桥梁、石油化工等领域。焊接质量的好坏、焊接效率的高低是由焊接材料、焊接工艺决定的,尤其是焊接材料是焊接的关键,目前药芯焊丝还存在成分配置不合理,导致熔敷金属出现小气孔和裂纹,同时在耐磨、耐腐蚀和韧性上还有待提高。药芯焊丝已经广泛应用于汽车制造业,高层建筑中结构件的焊接,海洋平台制造工业及其石油、天然气输送管道。



技术实现要素:

基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种高韧性耐磨药芯焊丝,其具有飞溅小,烟尘少,成型好,易于脱渣,熔敷金属组织致密,无气孔和裂纹出现,与母材结合良好且性能稳定,且熔敷金属具有良好的耐磨、耐腐蚀性和高韧性等性能,具有良好的经济效益。

本发明提出的一种高韧性耐磨药芯焊丝,由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成,药芯的原料按质量分数包括:石墨粉1.6-2.2%、硅粉1.5-2.5%、镁粉0.4-0.8%、镍粉0.2-0.5%、钛粉0.8-1.5%、二氧化钛粉2-4%、硼化钛粉末6.5-9%、氧化铁粉1.5-3%、氧化锆粉1-2%、铝锶合金粉1-1.5%、电解锰粉2.2-3.5%、钼铁粉2-3%、铌铁粉0.1-0.5%、钒铁粉0.9-1.5%、稀土铁合金粉6-10%、碳酸盐6-9%、金属氟化物2-4%,余量为还原铁粉及不可避免的杂质。

具体实施例中,石墨粉的质量百分数还可以为1.7%、1.8%、1.9%、2%、2.1%,硅粉的质量百分数还可以为1.6%、1.8%、2%、2.1%、2.3%,镁粉的质量百分数还可以为0.45%、0.5%、0.6%、0.65%、0.7%、0.75%,镍粉的质量百分数还可以为0.25%、0.3%、0.35%、0.4%、0.45%,钛粉的质量百分数还可以为0.9%、1%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4%,二氧化钛粉的质量百分数还可以为2.2%、2.5%、2.8%、3%、3.2%、3.5%、3.8%,硼化钛粉末的质量百分数还可以为6.8%、7%、7.5%、7.8%、8%、8.2%、8.5%,氧化铁粉的质量百分数还可以为1.8%、2%、2.2%、2.4%、2.6%、2.8%,氧化锆粉的质量百分数还可以为1.2%、1.4%、1.6%、1.8%,铝锶合金粉的质量百分数还可以为1.1%、1.2%、1.3%、1.4%、1.45%,电解锰粉的质量百分数还可以为2.4%、2.6%、2.8%、3%、3.2%、3.4%,钼铁粉的质量百分数还可以为2.2%、2.4%、2.5%、2.7%、2.9%,铌铁粉的质量百分数还可以为0.2%、0.25%、0.3%、0.35%、0.4%、0.45%,钒铁粉的质量百分数还可以为1%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4%,稀土铁合金粉的质量百分数还可以为6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%,碳酸盐的质量百分数还可以为6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、8.8%,金属氟化物的质量百分数还可以为2.2%、2.5%、2.8%、3%、3.5%、3.8%,余量为还原铁粉及不可避免的杂质。

优选地,碳酸盐为碳酸锂、碳酸钡、碳酸锌、碳酸铁中的一种或两种以上组成的混合物。

优选地,金属氟化物为氟化钠、氟化钙、氟化钡、硅氟酸钠中的一种或两种以上组成的混合物。

优选地,稀土铁合金按质量百分数包括以下组分la:15-25%、y:5-12%、sc:5-10%、sm:10-20%、gd:8-15%,其余为fe。

优选地,药芯焊丝填充率为26-30%。

本发明采用常规制备工艺制得。

本发明通过控制硅粉、镁粉和钛粉的含量,使药芯焊丝具有良好的脱氧能力,有效防止大气中的氧气对熔敷金属造成的侵害,再通过加入碳酸盐、金属氟化物,生成的保护气体隔绝了空气,提高自保护能力,避免熔敷金属因氧氮含量的增加而导致的韧性下降、气孔敏感性增加等问题,从而危害熔敷金属的整体性能,同时能有效防止药芯中合金粉末的烧损和流失,提高了药芯的利用率;再通过控制钛粉、铌铁粉、钒铁粉与石墨粉反应生成硬质相小颗粒tic、nbc、vc,生成初生及少量二次碳化物,抑制熔敷金属中的石墨化倾向,强碳化物弥散分布在熔敷金属中,提高熔敷金属的强度、硬度、抗开裂性、耐磨性能、抗蠕变性能和高温稳定性能;硼化钛粉末和铝锶合金粉配合,提高熔敷金属中初生碳化物的数量,同时提高形核率,使初生碳化物数量多且分布均匀,提高熔敷金属的位错密度,改善熔敷金属的组织结构,同时促进马氏体和奥氏体的形成,提高熔敷金属的强度、硬度和耐磨性能,同时与强碳化物配合,镶嵌在组织内部,起到钉扎作用,提高熔敷金属和母材的结合强度,使熔敷金属镀层不易磨损消耗,提高其整体性能的稳定;再加入稀土铁合金粉,选择la、y、sc、sm和gd五种元素,控制其含量,与铝锶合金粉中的al配合,具有良好的固氮作用,且形成的氮化物易形成熔渣排出熔池,易于脱渣,抑制时效现象,将游离态氮的有害作用大大降低,且稀有元素的加入,为结晶形核时提供更多的形核质点,抑制晶粒长大,使晶粒细化,同时改善了熔敷金属中夹杂物的数量、大小、形成和分布,有效防止出现偏析现象,避免出现各向异性,进一步提高熔敷金属的强度、韧性、抗开裂性、抗蠕变性;通过控制氧化铁粉、氧化锆粉和还原铁粉的含量,改善药芯的吸湿性,有利于药芯焊丝的长期存放和焊接时对熔滴的保护,降低熔敷金属中有害气体的含量,改善熔滴的过渡形式,减少飞溅,熔敷金属成型好,无气孔和裂纹出现,且增大药芯焊丝中药芯的密度,提高药芯焊丝的填充率,使焊接过程中的保护作用增强,提高熔敷金属的整体力学性能。本发明提出了一种高韧性耐磨药芯焊丝,其具有飞溅小,烟尘少,成型好,易于脱渣,熔敷金属组织致密,无气孔和裂纹出现,与母材结合良好且性能稳定,且熔敷金属具有良好的耐磨、耐腐蚀性和高韧性等性能,具有良好的经济效益。

具体实施方式

下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

本发明提出的一种高韧性耐磨药芯焊丝,由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成,药芯的原料按质量分数包括:石墨粉1.6%、硅粉2.5%、镁粉0.4%、镍粉0.5%、钛粉0.8%、二氧化钛粉4%、硼化钛粉末6.5%、氧化铁粉3%、氧化锆粉1%、铝锶合金粉1.5%、电解锰粉2.2%、钼铁粉3%、铌铁粉0.1%、钒铁粉1.5%、稀土铁合金粉6%、碳酸盐9%、金属氟化物2%,余量为还原铁粉及不可避免的杂质。

实施例2

本发明提出的一种高韧性耐磨药芯焊丝,由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成,药芯的原料按质量分数包括:石墨粉2.2%、硅粉1.5%、镁粉0.8%、镍粉0.2%、钛粉1.5%、二氧化钛粉2%、硼化钛粉末9%、氧化铁粉1.5%、氧化锆粉2%、铝锶合金粉1%、电解锰粉3.5%、钼铁粉2%、铌铁粉0.5%、钒铁粉0.9%、稀土铁合金粉10%、碳酸盐6%、金属氟化物4%,余量为还原铁粉及不可避免的杂质。

实施例3

本发明提出的一种高韧性耐磨药芯焊丝,由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成,药芯的原料按质量分数包括:石墨粉2%、硅粉2%、镁粉0.62%、镍粉0.34%、钛粉1.2%、二氧化钛粉3.2%、硼化钛粉末7.5%、氧化铁粉2.2%、氧化锆粉1.5%、铝锶合金粉1.2%、电解锰粉2.8%、钼铁粉2.3%、铌铁粉0.35%、钒铁粉1.2%、稀土铁合金粉8.2%、碳酸盐7.8%、金属氟化物3.2%,余量为还原铁粉及不可避免的杂质。

其中,碳酸盐为碳酸锂、碳酸钡、碳酸锌、碳酸铁按重量比为2:1:2:1组成的混合物;

金属氟化物为氟化钠、氟化钙、氟化钡、硅氟酸钠按按重量比为1:1:1:1组成的混合物;

稀土铁合金按质量百分数包括以下组分:la:20%、y:10%、sc:8%、sm:15%、gd:12%,其余为fe;

药芯焊丝填充率为28%;

焊接参数如下:焊接电流为1180a,电弧电压为27v,焊丝伸出长度为32mm,焊接速度为20cm/min,焊后空冷至室温。

实施例4

本发明提出的一种高韧性耐磨药芯焊丝,由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成,药芯的原料按质量分数包括:石墨粉1.8%、硅粉2.3%、镁粉0.55%、镍粉0.42%、钛粉0.95%、二氧化钛粉3.6%、硼化钛粉末7.2%、氧化铁粉2.8%、氧化锆粉1.2%、铝锶合金粉1.4%、电解锰粉2.4%、钼铁粉2.8%、铌铁粉0.25%、钒铁粉1.35%、稀土铁合金粉7.2%、碳酸盐8.5%、金属氟化物2.4%,余量为还原铁粉及不可避免的杂质。

其中,碳酸盐为碳酸锂;

金属氟化物为硅氟酸钠;

稀土铁合金按质量百分数包括以下组分:la:15%、y:12%、sc:5%、sm:20%、gd:8%,其余为fe;

药芯焊丝填充率为30%;

焊接参数如下:焊接电流为1150a,电弧电压为26v,焊丝伸出长度为30mm,焊接速度为18cm/min,焊后空冷至室温。

实施例5

本发明提出的一种高韧性耐磨药芯焊丝,由药芯和包覆在药芯外侧的不锈钢外皮组成,药芯的原料按质量分数包括:石墨粉2.1%、硅粉1.75%、镁粉0.65%、镍粉0.25%、钛粉1.35%、二氧化钛粉2.4%、硼化钛粉末8.2%、氧化铁粉1.8%、氧化锆粉1.75%、铝锶合金粉1.1%、电解锰粉3.2%、钼铁粉2.3%、铌铁粉0.42%、钒铁粉1%、稀土铁合金粉8.5%、碳酸盐6.5%、金属氟化物3.4%,余量为还原铁粉及不可避免的杂质。

其中,碳酸盐为碳酸锂、碳酸钡、碳酸铁按重量比为1:1:1组成的混合物;

金属氟化物为氟化钠、氟化钙、硅氟酸钠按重量比为1:1:1组成的混合物;

稀土铁合金按质量百分数包括以下组分:la:25%、y:5%、sc:10%、sm:10%、gd:15%,其余为fe;

药芯焊丝填充率为26%;

焊接参数如下:焊接电流为1200a,电弧电压为28v,焊丝伸出长度为35mm,焊接速度为25cm/min,焊后空冷至室温。

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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