專(zhuān)利名稱(chēng)：一種低六價(jià)鉻309奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種低六價(jià)鉻(Cr (VI))、低成本的氣體保護(hù)309奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲。
背景技術(shù)：
由于不銹鋼中Cr元素含量較高，焊接不銹鋼時(shí)，焊接材料為了滿(mǎn)足焊縫的耐腐蝕性都會(huì)加入一定量的Cr元素，通過(guò)促進(jìn)被氧化物表層，使焊縫產(chǎn)生足夠的耐腐蝕性以滿(mǎn)足焊接要求。但由于焊材和母材中Cr在焊接蒸發(fā)過(guò)程中形成焊接煙塵，并會(huì)被氧氣在高溫下氧化成具有毒性的Cr (VI)0
Cr (VI)是焊接煙塵的副產(chǎn)物，已證實(shí)其在人體內(nèi)具有致癌作用，還會(huì)引起諸多的其他健康問(wèn)題，如吸入某些較高濃度的六價(jià)鉻化合物會(huì)弓I起流鼻涕、打噴嚏、瘙癢、鼻出血。短期大劑量的接觸，在接觸部位會(huì)產(chǎn)生不良后果，包括潰瘍、鼻黏膜刺激和鼻中隔穿孔。攝入超大劑量會(huì)導(dǎo)致腎臟和肝臟的損傷、惡心、胃腸道刺激、胃潰瘍、痙攣甚至死亡。皮膚接觸會(huì)造成潰瘍或過(guò)敏反應(yīng)，Cr (VI)是最易導(dǎo)致過(guò)敏的金屬之一。減少生產(chǎn)和應(yīng)用中各種污染物對(duì)人體的危害顯得格外重要。為了保證焊接人員的健康，2006年美國(guó)職業(yè)安全與健康管理局(OSHA)新頒布了焊接煙塵中Cr (VI)的允許暴露極限值(PEL)，由原來(lái)的52Pg/m3降低到 3Pg/m3。不銹鋼金屬芯焊絲同目前大量應(yīng)用的不銹鋼實(shí)芯焊絲相比，對(duì)各種不銹鋼材的焊接，適應(yīng)性較強(qiáng)，調(diào)整藥芯的成分和比例極為方便和容易，可以提供所要求的焊縫化學(xué)成分；其次，工藝性能好，焊縫成型美觀；熔敷速度快，生產(chǎn)效率高，在相同焊接電流下，金屬芯焊絲的電流密度大，熔化速度快。大量研究表明不銹鋼金屬芯焊絲同藥芯焊絲相比，其焊接煙塵和Cr (VI)排放量要小于藥芯焊絲。此外，目前的不銹鋼藥芯焊絲主要是用不銹鋼鋼帶做外皮，通過(guò)軋制、拉拔工藝制成不銹鋼焊絲，而軋制拉拔工藝復(fù)雜，本發(fā)明采用低碳鋼鋼帶，不僅成本低，而且制造工藝簡(jiǎn)單。因此，本發(fā)明是一種綜合性能優(yōu)良、低Cr (VI)排放量、低成本的309奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，本發(fā)明提出一種低Cr (VI) 309奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲，它可以在保證焊絲熔敷金屬力學(xué)性能、耐腐蝕性能滿(mǎn)足相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，以低碳鋼鋼帶代替不銹鋼鋼帶而進(jìn)一步降低成本，簡(jiǎn)化制造工藝，與奧氏體不銹鋼實(shí)芯焊絲相比，Cr(VI)排放量可降低219Γ27%，改善了焊接作業(yè)環(huán)境，焊絲飛濺小，成型美觀，焊縫綜合性能優(yōu)良?！N低六價(jià)鉻309奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲，其特征在于，焊絲中外皮為低碳鋼鋼帶，焊絲中金屬芯化學(xué)成分質(zhì)量百分比如下C:0.03 0.065wt.%; Cr :57 66 wt. % ；N1:29 35wt. % ；Mn :1. 5 4wt. % ；S1:0. 4 2wt. % ；Mo <0. 75wt. % ；T1:0. 5 1. 5wt. % ；Zn O. 5 1. 5wt. % ；Zr 0. 5 1. 5wt. % ；Fe :余量；填充率為 28% 38%。進(jìn)一步，金屬芯化學(xué)成分質(zhì)量百分比如下C :0. 03 O. 065wt. % ；Cr :58 63wt. % ；Ni 30"33wt. % ；Mn :2 3wt. % ；S1:0. 66 1. 5wt. % ；Mo <0. 74wt. % ；T1:0. 5 lwt. % ；Zn 0. 5 lwt. % ；Zr 0. 5 I wt. % ；Fe :余量。進(jìn)一步，金屬芯包括金屬鉻粉4(Tl20目，金屬鎳粉4(Tl20目，電解錳粉40 120目，45硅鐵粉60 120目，鈦鐵粉60 120目，金屬鋅粉60 120目，鋯硅鐵粉60 120目，金屬鐵粉60 120目。將上述焊絲成型、軋制，拉拔剪徑，鋼帶選用161X0. 6、. 3mm低碳鋼鋼帶，最終獲得直徑為O. 9^1. 6mm的不銹鋼金屬芯焊絲。 采用的鋼帶尺寸規(guī)格為16 8X0. 6^0. 3mm)的碳鋼鋼帶，經(jīng)過(guò)軋制、拉拔、加工成直徑為O. 9^1. 6mm的氣體保護(hù)不銹鋼金屬芯焊絲。該焊絲焊接時(shí)，保護(hù)氣體為95 98%Ar+2 5%02，氣體流速15 20L/min，直流反接電源。焊接工藝參數(shù)為電壓22 30V ;電流14(Γ280Α ;送絲速度35(T500mm/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離14 25mm。進(jìn)一步優(yōu)化焊接工藝，焊接工藝參數(shù)為電壓24 27V ;電流14(Γ240Α ;送絲速度400 500mm/min ;氣流流速15 20L/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離18 22mm。焊接線能量13 17KJ/cm ;層間溫度彡150°C。在熔敷金屬中各元素的含量在如下范圍C :0. 025^0. 065wt. % ； Cr 22. 2 26. lwt. % ；N1:11. 7 16. lwt. % ；Mn :0. 97 3. 2wt. % ；S1:0. 27 1. lwt. % ；Mo <0. 74wt. % ；Ti 0. 01 2. 47wt. % ；Zn :0. 3 1. 2wt. % ；Zr :0. 5 1. 5wt. % ；Fe :余量。在熔敷金屬中形成的合金元素含量范圍優(yōu)選如下C :0. 025、. 065wt. % ；Cr 23. 4 25. 4wt. % ；N1:12. Γ 4. 5wt. % ；Μη :1. 13 2· 2wt. % ；S1:0. 33 0. 60wt. % ；Μο 〈O. 74wt. % ；Ti 0. 03 2. 47wt. % ；Ζη :0· 33 1. 2wt. % ；Zr :0· 5 1. 2wt. % ；Fe :余量。本發(fā)明的主要特點(diǎn)是金屬芯焊絲外皮為低碳鋼鋼帶，避免了 304L不銹鋼鋼帶的高成本。同時(shí)，在不降低藥芯中Cr含量的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加Zn、Zr或其合金，焊接煙塵量稍低，煙塵中Cr (VI)排放量降低21°/Γ27%，此外，焊芯中S1、Ti等元素可減少焊接飛濺。用本發(fā)明研制的不銹鋼金屬芯焊絲具有低Cr (VI)、低成本、焊接電弧穩(wěn)定、飛濺小、焊縫成形美觀、綜合性能優(yōu)良的特點(diǎn)。


圖1奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲的電流電壓范圍(Φ0. 9，1. 2，1. 6mm)
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的金屬芯焊絲不受上述實(shí)例的限制，任何在本發(fā)明的權(quán)力要求保護(hù)的范圍內(nèi)的改進(jìn)和變化都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。選用16 8X0. 6 O. 3 (寬度為8 16mm，厚度為O. 3 O. 6mm)的低碳鋼鋼帶為金屬芯焊絲外皮，現(xiàn)將其軋成U形。金屬鉻粉末，金屬鎳粉末，金屬電解錳粉末，45硅鐵粉末，鈦鐵粉末，金屬鋅粉末，鋯硅鐵粉末，金屬鐵粉等配置成藥粉，所取粉末的粒度為4(Γ120目。將所取的各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合40分鐘，然后將混合粉末加入U(xiǎn)形碳鋼帶槽中，填充率為28 38%，將U形槽合口，使藥粉包裹其中。然后使其分別通過(guò)直徑為2.4、2. 26、1.96、1.83,1. 73,1. 6,1. 5、1. 41,1. 34,1. 26,1. 19,1. 09,0. 9 的拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到O. 9 1. 6mm。具體實(shí)施例如下1、一種低Cr (VI) 309奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲，焊絲中化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C 0. 03wt. % ；Cr 57wt. % ；Ni 29wt. % ；Mn :1. 5wt. % ；S1:0. 40wt. % ；Mo :0. 75wt. % ；Ti 0. 5wt. % ；Zn 0. 5wt. % ；Zr :0. 5wt. % ；Fe :余量。藥粉在鋼帶中的填充率為28%。采用95%Ar+5%02氣體保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)為電壓27V ；電流230A ;送絲速度420mm/min ;氣體流速20L/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離20mm，焊絲直徑O. 9mm。采用上述工藝制備的熔敷金屬成分為Cr 22. 2wt. % ；N1:11. 7wt. % ；Mn :0. 97wt. % ；S1:0. 27wt. % ；Mo :0. 43wt. % ；Fe余量。2、一種低Cr (VI) 309奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲，焊絲中化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C 0. 03wt. % ；Cr 58wt. % ；Ni 30wt. % ；Mn 2wt. % ；S1:0. 66wt. % ；Mo :0. 75wt. % ；T1:0. 5wt. %;Zn:lwt. %;Zr :0. 5wt. %;Fe:余量。藥粉在鋼帶中的填充率為30%。采用96%Ar+4%02氣體保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)為電壓21V ；電流160A ;送絲速度440mm/min ;氣體流速19L/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離18mm，焊絲直徑1. 2mm。采用上述工藝制備的熔敷金屬成分為Cr 23. 4wt. % ；N1:12. lwt. % ；Mn :1. 13wt. % ；S1:0. 33wt. % ；Mo :0. 47wt. % ；Fe余量。3、一種低Cr (VI) 309奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲，焊絲中化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C :0. 065wt. % ；Cr 66wt. % ；Ni 35wt. % ；Mn 4wt. % ；Si 2wt. % ；Mo :0. 75wt. % ；T1:0. 5wt. % ；Zn 0. 5wt. % ；Zr lwt. % ；Fe :余量。藥粉在鋼帶中的填充率為32%。采用97%Ar+3%02氣體保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)為電壓26V ；電流220A ;送絲速度450mm/min ;氣體流速21L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離19mm，焊絲直徑1. 6mm。采用上述工藝制備的熔敷金屬成分為Cr 26. lwt. % ；Ni 16. lwt. % ；Mn :3. 2wt. % ；S1:1. lwt. % ；Mo :0. 45wt. % ；Fe 余量。4、一種低Cr (VI) 309奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲，焊絲中化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C :0. 046wt. % ；Cr 61wt. % ；Ni 32wt. % ；Mn :2. 7wt. % ；S1:1. lwt. % ；Ti lwt. % ；Zn :0. 5wt. % ；Zr 0. 5wt. % ；Fe :余量。藥粉在鋼帶中的填充率為34%。采用98%Ar+2%02氣體保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)為電壓28V ;電流230A ;送絲速度440mm/min ;氣體流速21L/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離20mm，焊絲直徑1. 2mm。采用上述工藝制備的熔敷金屬成分為Cr :24. 7wt. % ；Ni 13. 8wt. % ；Mn 1. 6wt. % ；S1:0. 57wt. % ；Mo :0. 48wt. % ；Fe 余量。5、一種低Cr (VI) 309奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲，焊絲中化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C 0. 059wt. % ；Cr 63wt. % ；Ni 33wt. % ；Mn 3wt. % ；S1:1. 5wt. % ；Mo :0. 75wt. % ；Ti lwt. % ；Zn lwt. % ；Zr :0. 5wt. % ；Fe :余量。藥粉在鋼帶中的填充率為36%。采用96%Ar+4%02氣體保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)為電壓29V ；電流220A ;送絲速度420mm/min ;氣體流速18L/min ；焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離19mm，焊絲直徑1. 6mm。采用上述工藝制備的熔覆金屬成分為Cr 25. 4wt. % ；Ni 14. 5wt. % ；Mn :2. 5wt. % ；S1:0. 6wt. % ；Mo :0. 51wt. % ；Fe 余量。其中以實(shí)施例4最好。技術(shù)效果采用該焊絲焊接時(shí)，電弧穩(wěn)定，飛濺小，煙塵少，全位置焊接性好，其熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度為565MPa，延伸率為38%，Cr (VI)排放降低27%。表I碳鋼帶化學(xué)成分范圍(wt. %)
權(quán)利要求
1.一種低六價(jià)鉻309奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲，其特征在于，焊絲中外皮為低碳鋼鋼帶，焊絲中金屬芯化學(xué)成分質(zhì)量百分比如下C :0.03 0.065wt.%; Cr :57 66 wt. % ； N1:29 35wt. % ；Mn :1. 5 4wt. % ；S1:0. 4 2wt. % ；Mo <0. 75wt. % ；T1:0. 5 1. 5wt. % ；Zn 0. 5 1. 5wt. % ；Zr 0. 5 1. 5wt. % ；Fe :余量；填充率為 28% 38%。
2.按照權(quán)利要求1所述的焊絲，其特征在于金屬芯化學(xué)成分質(zhì)量百分比如下CO.03 O. 065wt. % ；Cr :58 63wt. % ；N1:30 33wt. % ；Mn :2 3wt. % ；S1:0. 66 1. 5wt. % ；Mo <0. 74wt. % ；Ti 0. 5 lwt. % ；Zn :0. 5 lwt. % ；Zr :0. 5 I wt. % ；Fe :余量。
3.按照權(quán)利要求1所述的焊絲，其特征在于，金屬芯包括金屬鉻粉4(T120目，金屬鎳粉40 120目，電解錳粉40 120目，45硅鐵粉60 120目，鈦鐵粉60 120目，金屬鋅粉 60 120目，鋯硅鐵粉:60 120目，金屬鐵粉:60 120目。
4.按照權(quán)利要求1所述焊絲的制備方法方法，其特征在于將上述焊絲成型、軋制，拉拔剪徑，鋼帶選用161X0.6、. 3mm低碳鋼鋼帶，最終獲得直徑為O. 9^1. 6mm的不銹鋼金屬芯焊絲。
5.按照權(quán)利要求1所述的焊絲的應(yīng)用方法，其特征在于采用95 98%Ar+2飛%02氣保護(hù)制備熔敷堆焊合金工藝，焊接工藝參數(shù)為電壓 22 30V ;電流14(Γ280Α ;送絲速度35(T500mm/min ;氣體流速13 20L/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離14 25mm。
6.按照權(quán)利要求5按照權(quán)利要求5所述的應(yīng)用方法，其特征在于所述焊接工藝參數(shù)為電壓:24 27V ；電流14(Γ240Α ;送絲速度400^500mm/min ;氣體流速:15 20L/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離18 22mm。
全文摘要
一種低六價(jià)鉻309奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲及其制備方法屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域。該焊絲的鋼帶為低碳鋼鋼帶，化學(xué)成分如下C0.03~0.05wt.%；Si<0.065wt.%；Mn<0.33wt.%；S<0.025wt.%；P<0.03wt.%。該焊絲藥粉的化學(xué)組成成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)wt.%)為C0.03~0.065wt.%；Cr58~63wt.%；Ni30~33wt.%；Mn2~3wt.%；Si0.66~1.5wt.%；Mo<0.74wt.%；Ti0.5~1wt.%；Zn0.5~1wt.%；Zr0.5~1wt.%；Fe余量。本發(fā)明在焊接煙塵量稍低的條件下，其中有毒Cr(VI)排放量與同類(lèi)型實(shí)芯焊絲相比可降低21~27%。本發(fā)明采用低碳鋼鋼帶，因此該焊絲成本可大大降低，該焊絲焊接電弧穩(wěn)定，飛濺小，焊縫成形美觀，熔敷金屬綜合性能優(yōu)良。
文檔編號(hào)B23K35/32GK103008916SQ20121056670
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月23日
發(fā)明者栗卓新, 高麗脂, 李國(guó)棟, 李輝, 李紅, 焦俊, 白建濤, 馬司鳴 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)