[0001]
本申请涉及焊接材料领域，特别涉及一种金红石型奥氏体不锈钢自保护药芯焊丝。
背景技术：
[0002]
奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性、抗氧化性和良好的综合机械性能，在石化、压力容器、制药等领域广泛应用；而自保护药芯焊丝是近几年来迅速发展的新型焊接材料，焊接时无需外加保护气体，焊枪结构简单，操作轻便，对环境适应性强等优势深受各种工况的青睐。奥氏体不锈钢自保护药芯焊丝兼具奥氏体不锈钢和自保护焊丝的特点，有很大的市场前景，但是目前这种焊材在焊接生产过程中存在两方面明显不足的地方：1、多层焊时有气孔；2、焊接工艺性能差，主要表现在飞溅大、脱渣性不好以及不能全位置施焊等方面。
技术实现要素：
[0003]
针对现有技术中存在的多层焊时有气孔产生和焊接工艺性能差的问题，本申请提供一种金红石型奥氏体不锈钢自保护药芯焊丝，具有焊接时具有无气孔，焊接工艺性能好的优点。
[0004]
本申请提供的一种金红石型奥氏体不锈钢自保护药芯焊丝采用如下的技术方案：一种金红石型奥氏体不锈钢自保护药芯焊丝，包括304l不锈钢钢带外皮和药芯，所述药芯按重量百分比由以下组分混合制成，金红石22～28%、钾长石3～5%、石英2～5%、氧化铋0.1～0.5%、氟硅酸钠1.0～2.5%、冰晶石1.0～2.5%、钛酸钾2～5%、铁砂1.5～3%、锰粉4～7%、铬粉20～25%、镍粉10～15%、钛铁2～4%、铝镁合金0.5～3%、铝铁合金0.5～3%、硅锆合金2～4%，余量为铁粉。
[0005]
优选的，所述药芯按重量百分比由以下组分混合制成，金红石23～27%、钾长石3.5～4.5%、石英2.5～4%、氧化铋0.2～0.4%、氟硅酸钠1.5～2.5%、冰晶石1.5～2.5%、钛酸钾2～5%、铁砂1.5～3%、锰粉4.5～7%、铬粉21～25%、镍粉10～14%、钛铁2.5～4%、铝镁合金1.0～3%、铝铁合金1.0～3%、硅锆合金2.5～4%，余量为铁粉。
[0006]
通过采用上述技术方案，由于自保护焊丝的特性，需要加入更多的钛铁、铝镁合金、铝铁合金以及硅锆合金等脱氧脱氮剂，脱氧剂使熔敷金属保持适当的氧化还原势，脱氮剂减少焊缝含氮量，但其脱氧脱氮产物具有较高的熔点，容易造成夹渣，并且阻碍焊缝中内生气体逸出，导致焊缝出现气孔。本申请通过调整药芯组成和配比，使熔渣的各种物理化学性质保持在恰当的水平，能适时浮于液态金属，保证无夹渣，同时阻挡外界空气，保从而护焊道，连同脱氧脱氮剂一起实现无气孔，焊接完成后自动脱落，不粘渣，杜绝各种焊接缺陷的产生。
[0007]
此外，本申请得到的药芯焊丝可以全方位进行焊接，在施工的过程中电弧稳定，飞溅少。
[0008]
优选的，所述钛铁中钛的重量百分含量为25～35%，铝镁合金中铝的重量百分含量
为50～55%，铝铁合金中铝的重量百分含量为50～55%，硅锆合金中硅的重量百分含量为47～52%。
[0009]
优选的，所述氟化物总量≥3%。
[0010]
优选的，所述钛铁、铝镁合金、铝铁合金及硅锆合金重量总和≥6.5%。
[0011]
通过采用上述技术方案，钛铁、铝镁合金、铝铁合金以及硅锆合金中药芯成分的含量总和≥6.5%时，能够有效保证在焊接的过程中脱除熔敷金属中的氮、氧量，从而使得最后焊接层无气孔产生，同时也有效保证焊接层的强度。
[0012]
优选的，所述药芯焊丝的填充率为23～26%。
[0013]
优选的，所述药芯焊丝的直径为1.2或1.6mm。
[0014]
优选的，所述药芯焊丝的熔敷金属成分按质量百分比计为c 0.014～0.031%、si 0.397～0.489%、mn 1.34～1.71%、cr 19.58-21.85%、ni 9.45～11.92%、s 0.0013～0.0082%、p 0.017～0.022%、余量为fe。
[0015]
综上所述，本申请具有以下有益效果：1、该焊丝具有飞溅小、焊缝成形好、脱渣优良、可全位置施焊等优异的工艺性能；同时能有效隔离空气，最大限度降低大气中各组分对熔敷金属的影响；2、本申请通过调整各矿物的比例，使得熔渣的各种物理化学性质保持在合理的的范围内，从而使得焊接后的熔敷金属层无气孔产生，并能保证熔敷金属层具有良好的力学性能；3、钛铁、铝镁合金、铝铁合金三种脱氧剂的配合使用，能够使熔敷金属保持适当的氧化还原势，硅锆合金作为脱氮剂加入，能够减少焊缝含氮量，连同熔渣一起实现无气孔，保证焊接质量；4、本申请中氟化物的种类和量的选择，有效保证焊接后的工艺性能，同时也对环境友好，此外也避免氟化物量过多时，熔敷金属中的渣含量增多、飞溅增大的缺陷；5、采用304l不锈钢钢带做外皮，焊丝的延展性好，可拉拔至直径1.2或1.6mm，为焊接提供了技术保证。
具体实施方式
[0016]
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
[0017]
以下实施例和对比例中药芯焊丝的制备方法为：将304l不锈钢钢带洗干净后轧制呈u型槽，再将混合得到的药芯填充到u型槽中，并用成型机将u型槽碾压闭合，形成初级焊丝，再将初级焊丝分别拉拔为直径为1.2mm或1.6mm的焊丝。
[0018]
实施例1一种金红石型奥氏体不锈钢自保护药芯焊丝，包括304l不锈钢钢带外皮和药芯，制得的药芯焊丝的填充率为22.5%，药芯由以下组分混合制成，金红石22kg、钾长石3kg、石英4kg、氧化铋0.3kg、氟硅酸钠2kg、冰晶石1kg、钛酸钾5kg、铁砂2kg、锰粉4kg、铬粉20kg、镍粉10kg、钛铁2kg、铝镁合金2kg、铝铁合金1kg、硅锆合金4kg、铁粉为17.7kg；其中钛铁中钛的重量百分含量为30%；铁的重量百分含量为70%；铝镁合金中铝的重量百分含量为50%，镁的重量百分含量为50%；铝铁合金中铝的重量百分含量为55%，铁的重量百分含量为45%；硅锆合金中硅的重量百分含量为47%，锆的重量百分含量为53%；
焊接时的熔敷金属的成分按质量百分比计包括c 0.031%、si 0.431%、mn 1.62%、cr 19.58%、ni 9.45%、s 0.0057%、p 0.019%，余量为fe。
[0019]
实施例2一种金红石型奥氏体不锈钢自保护药芯焊丝，包括304l不锈钢钢带外皮和药芯，得的药芯焊丝的填充率为23.5%，所述药芯按重量百分比由以下组分混合制成，金红石24kg、钾长石3.5kg、石英3.5kg、氧化铋0.4kg、氟硅酸钠2.5kg、冰晶石1kg、钛酸钾4.5kg、铁砂2.5kg、锰粉4.5kg、铬粉21kg、镍粉11kg、钛铁3kg、铝镁合金1kg、铝铁合金3kg、硅锆合金3kg，铁粉为11.6kg；其中钛铁中钛的重量百分含量为25%；铁的重量百分含量为75%；铝镁合金中铝的重量百分含量为50%，镁的重量百分含量为50%；铝铁合金中铝的重量百分含量为55%，铁的重量百分含量为45%；硅锆合金中硅的重量百分含量为47%，锆的重量百分含量为53%；焊接时的熔敷金属的成分按质量百分比计包括c 0.016%、si 0.397%、mn 1.64%、cr 19.93%、ni 9.71%、s 0.0043%、p 0.019%，余量为fe。
[0020]
实施例3一种金红石型奥氏体不锈钢自保护药芯焊丝，包括304l不锈钢钢带外皮和药芯，得的药芯焊丝的填充率为24.5%，所述药芯按重量百分比由以下组分混合制成，金红石23kg、钾长石4.5kg、石英4kg、氧化铋0.5kg、氟硅酸钠1kg、冰晶石2kg、钛酸钾2.5kg、铁砂3kg、锰粉7kg、铬粉22kg、镍粉12kg、钛铁3kg、铝镁合金3kg、铝铁合金1.5kg、硅锆合金2kg，铁粉为9kg；其中钛铁中钛的重量百分含量为35%；铁的重量百分含量为65%；铝镁合金中铝的重量百分含量为52%，镁的重量百分含量为48%；铝铁合金中铝的重量百分含量为55%，铁的重量百分含量为45%；硅锆合金中硅的重量百分含量为50%，锆的重量百分含量为50%；焊接时的熔敷金属的成分按质量百分比计包括c 0.028%、si 0.432%、mn 1.34%、cr 20.54%、ni 10.44%、s 0.0013%、p 0.016%，余量为fe。
[0021]
实施例4一种金红石型奥氏体不锈钢自保护药芯焊丝，包括304l不锈钢钢带外皮和药芯，得的药芯焊丝的填充率为24.5%，所述药芯按重量百分比由以下组分混合制成，金红石28kg、钾长石5kg、石英2kg、氧化铋0.2kg、氟硅酸钠1kg、冰晶石2.5kg、钛酸钾2kg、铁砂1.5kg、锰粉5kg、铬粉25kg、镍粉14kg、钛铁4kg、铝镁合金0.5kg、铝铁合金0.5kg、硅锆合金2.5kg，铁粉6.3kg；其中钛铁中钛的重量百分含量为35%；铁的重量百分含量为65%；铝镁合金中铝的重量百分含量为55%，镁的重量百分含量为45%；铝铁合金中铝的重量百分含量为50%，铁的重量百分含量为50%；硅锆合金中硅的重量百分含量为52%，锆的重量百分含量为48%；焊接时的熔敷金属的成分按质量百分比计包括c 0.014%、si 0.487%、mn 1.71%、cr 21.85%、ni 11.92%、s 0.0082%、p 0.017%，余量为fe。
[0022]
实施例5
一种金红石型奥氏体不锈钢自保护药芯焊丝，包括304l不锈钢钢带外皮和药芯，得的药芯焊丝的填充率为25%，所述药芯按重量百分比由以下组分混合制成，金红石25kg、钾长石4kg、石英2.5kg、氧化铋0.1kg、氟硅酸钠1.5kg、冰晶石2kg、钛酸钾3kg、铁砂2.5kg、锰粉5.5kg、铬粉23kg、镍粉12kg、钛铁2.5kg、铝镁合金1kg、铝铁合金1.5kg、硅锆合金3kg，铁粉为10.9kg；其中钛铁中钛的重量百分含量为32%；铁的重量百分含量为68%；铝镁合金中铝的重量百分含量为55%，镁的重量百分含量为45%；铝铁合金中铝的重量百分含量为50%，铁的重量百分含量为50%；硅锆合金中硅的重量百分含量为52%，锆的重量百分含量为48%；焊接时的熔敷金属的成分按质量百分比计包括c 0.014%、si 0.438%、mn 1.56%、cr 21.49%、ni 11.24%、s 0.0045%、p 0.025%，余量为fe。
[0023]
实施例6一种金红石型奥氏体不锈钢自保护药芯焊丝，包括304l不锈钢钢带外皮和药芯，得的药芯焊丝的填充率为26%，所述药芯按重量百分比由以下组分混合制成，金红石27kg、钾长石3.5kg、石英5kg、氧化铋0.2kg、氟硅酸钠2kg、冰晶石1.5kg、钛酸钾3.5kg、铁砂3kg、锰粉6kg、铬粉22kg、镍粉15kg、钛铁2.5kg、铝镁合金0.5kg、铝铁合金2kg、硅锆合金2.5kg，铁粉为3.8kg；其中钛铁中钛的重量百分含量为27%；铁的重量百分含量为73%；铝镁合金中铝的重量百分含量为55%，镁的重量百分含量为45%；铝铁合金中铝的重量百分含量为50%，铁的重量百分含量为50%；硅锆合金中硅的重量百分含量为52%，锆的重量百分含量为48%；焊接时的熔敷金属的成分按质量百分比计包括c 0.015%、si 0.489%、mn 1.57%、cr 20.67%、ni 11.76%、s 0.0065%、p 0.022%，余量为fe。
[0024]
对比例1药芯按重量百分比计算，金红石20kg、钾长石6%kg、石英1kg、氧化铋0.6kg、氟硅酸钠0.5kg、冰晶石3kg、钛酸钾1.5kg、铁砂1kg、锰粉7.5kg、铬粉26kg、镍粉9kg、钛铁5kg（钛含量为30重量%）、铝镁合金0.4kg（铝含量为55重量%）、铝铁合金3.5kg（铝含量为50重量%）、硅锆合金1.5kg（硅含量为52重量%）、铁粉为13.5kg；焊接时的熔敷金属的成分按质量百分比计包括c 0.016%、si 0.487%、mn 1.72%、cr 22.05%、ni 9.20%、s 0.0082%、p 0.017%，余量为fe。
[0025]
对比例2药芯按重量百分比计算，金红石28.5kg、钾长石2kg、石英5.5kg、氧化铋0.05kg、氟硅酸钠3kg、冰晶石0.5kg、钛酸钾5.5kg、铁砂3.5kg、锰粉3.5kg、铬粉19kg、镍粉15.5kg、钛铁2.5kg（钛含量为30重量%）、铝镁合金3.5kg（铝含量为55重量%）、铝铁合金0.1kg（铝含量为50重量%）、硅锆合金4.5kg（硅含量为52重量%）、铁粉为2.85kg；焊接时的熔敷金属的成分按质量百分比计包括c 0.015%、si 0.452%、mn 1.65%、cr 19.87%、ni 10.62%、s 0.0051%、p 0.018%，余量为fe。
[0026]
对比例3与实施例1的不同之处在于，药芯由以下组分混合制成，金红石22kg、钾长石3kg、石英
4kg、氧化铋0.3kg、氟硅酸钠2kg、冰晶石1kg、钛酸钾5kg、铁砂2kg、锰粉4kg、铬粉20kg、镍粉10kg、铝铁合金1kg、硅锆合金4kg、铁粉为21.7kg；焊接时的熔敷金属的成分按质量百分比计包括c 0.028%、si 0.411%、mn 1.60%、cr 19.56%、ni 9.47%、s 0.0054%、p 0.018%，余量为fe。
[0027]
对比例4与实施例1的不同之处在于，药芯由以下组分混合制成，金红石22kg、钾长石3kg、石英4kg、氧化铋0.3kg、氟化钠2kg、氟化锂1kg、钛酸钾5kg、铁砂2kg、锰粉4kg、铬粉20kg、镍粉10kg、钛铁2kg、铝镁合金2kg、铝铁合金1kg、硅锆合金4kg、铁粉为17.7kg；焊接时的熔敷金属的成分按质量百分比计包括c 0.027%、si 0.442%、mn 1.64%、cr 19.97%、ni 9.87%、s 0.0061%、p 0.018%，余量为fe。
[0028]
对比例5与实施例1的不同之处在于，药芯由以下组分混合制成，金红石22kg、石英4kg、氧化铋0.3kg、氟化钠2kg、氟化锂1kg、钛酸钾5kg、锰粉4kg、铬粉20kg、镍粉10kg、钛铁2kg、铝镁合金2kg、铝铁合金1kg、硅锆合金4kg、铁粉为22.7kg；焊接时的熔敷金属的成分按质量百分比计包括c 0.031%、si 0.431%、mn 1.62%、cr 19.58%、ni 9.45%、s 0.0057%、p 0.019%，余量为fe。
[0029]
性能检测对实施例1-6和对比例1-5中得到的自保护药芯焊丝进行电弧焊接试验，其中焊接工艺参数为：焊丝直径为1.2mm时，焊接电流120-220a、电弧电压26-31v、干伸长度20-25mm；焊丝直径为1.6mm时，焊接电流180-280a、电弧电压28-33、干伸长度20-25mm；对熔敷后金属进行力学性能检测，其中抗拉强度、屈服强度、延伸率根据国家标准gb/t2652-2008《焊缝及熔敷金属拉伸试验方法》来进行测试，冲击功按照国家标准gb/t 2650-2008《焊接接头冲击试验方法》进行测试，检测结果如表1所示。
[0030]
表1本申请焊丝焊接后熔敷金属性能检测结果表项目抗拉强度/mpa屈服强度/mpa延伸率/%-20℃冲击功/j实施例15805224137实施例25604854640实施例35404704641实施例46205404038实施例55654853937实施例65404854042对比例16205653520对比例25304354238对比例35755224035对比例45805304035对比例55855403833本申请实施例1-6中的焊丝能够全方位焊接，焊接时电弧稳定、飞溅少、成型美观、脱渣容易、无气孔、夹渣等缺陷，同时从表1中可以看出，本申请实施例1-6的焊丝焊接后的熔敷金属层具有良好的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及冲击功；
虽然表1中对比例1-2的熔敷金属的力学性能与本申请实施例的熔敷金属的力学性能近似，但对比例1-2中的药芯成分超过本申请的限定范围后，其焊接工艺性能变差，如对比例1得到的焊丝在焊接的过程中液态金属流动性差、有气孔、焊道厚度高、不能立焊、出现粘渣、甚至崩渣等现象，对比例2则飞溅大、有气孔、出现粘渣和崩渣的现象；因此本申请的药芯成分的配比范围不仅能够保证焊丝焊接时的工艺性能，同时也能够有效保证熔敷金属层具有良好的机械性能；对比例3中缺少钛铁和铝镁合金后，在焊接时液态金属表面张力大、粘度大，致使液态金属中的气体无法逸出而产生气孔，焊缝成形差，不能立焊；对比例4中用等量的氟化钠、氟化锂代替等量的氟硅酸钠、冰晶石后，在焊接的过程中，出现粘渣、气孔等现象；对比例5用等量的氟化钠、氟化锂代替等量的氟硅酸钠、冰晶石，同时在药芯成分中不加入钾长石和铁砂后，在焊接的过程中飞溅大，液态金属流动性差，出现粘渣等现象，同时从表1中可以看出，其在低温下的耐冲击性能也降低。
[0031]
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。