專利名稱：一種低六價鉻316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，是一種低六價鉻(Cr (VI))氣保護(hù)316奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲。
背景技術(shù)：
當(dāng)今對健康和環(huán)保越來越關(guān)注，對危害性小的焊接材料有著迫切的需要。焊接煙塵中Cr (VI)是焊接煙塵的副產(chǎn)物，在人體內(nèi)具有致癌作用，還會引起諸多的其他健康問題，如吸入某些較高濃度的六價鉻化合物會弓I起流鼻涕、打噴嚏、瘙癢、鼻出血、潰瘍和鼻中隔穿孔。短期大劑量的接觸，在接觸部位會產(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。皮膚接觸會造成潰瘍或過敏反應(yīng)(Cr (VI))是最易導(dǎo)致過敏的金屬之一。為了保證焊接人員的健康，2006年美國職業(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)，由原來的52 u g/m3降低到3 u g/m3。金屬芯藥芯焊絲是相對于熔渣型藥芯焊絲而言的，它的藥芯大部分是金屬粉鐵粉、金屬合金、脫氧劑，只有少量的穩(wěn)弧劑和造渣劑。由于鐵粉的大量加入，必然會大幅度提高焊絲的熔化速度，熔化速度明顯高于普通的藥芯焊絲和實芯焊絲。用金屬芯藥芯焊絲的熔敷速度與其它焊絲相比較，這種焊絲比熔渣型焊絲約快10%，比實芯焊絲約快20%，可以使焊接高效化。另外，金屬芯藥芯焊絲電弧很軟，飛濺、發(fā)塵量比實芯焊絲要少1/2。由于焊接和焊絲自身的特點，焊接過程中不可避免地要產(chǎn)生有害氣體和煙塵，它直接影響環(huán)境的保護(hù)和焊工的身體健康。同時，不銹鋼應(yīng)用廣泛，316不銹鋼金屬芯焊絲適用于焊接含1.5 3.0%Mo的奧氏體不銹鋼，也適用于采用鈦和鈮穩(wěn)定化的，含氮的不銹鋼，由于316具有良好的耐點蝕、耐多種酸和耐一般性腐蝕的性能而被廣泛使用。而實芯焊絲加工工藝比較復(fù)雜 成本比較高，且不能進(jìn)行合金調(diào)整。由于不銹鋼價格較貴，使得以不銹鋼為外皮的焊材成本大幅升高。為了降低焊接材料給工人帶來的危害，同時降低生產(chǎn)的成本開發(fā)一種綜合性能優(yōu)良，低Cr (VI)排放量，低成本的316奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲具有重要意義
發(fā)明內(nèi)容
:鑒于上述情況，本發(fā)明提出一種低Cr (VI) 316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)性能和耐蝕性能達(dá)相關(guān)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，降低了 Cr(VI)的排放量，與奧氏體不銹鋼實芯焊絲相比，Cr (VI)排放量可降低209^28%，改善了焊接作業(yè)環(huán)境，同時飛濺與藥芯焊絲和實芯焊絲相當(dāng)，所形成的熔敷金屬綜合性能與實芯焊絲和藥芯焊絲一樣優(yōu)良。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案:一種低Cr (VI)奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲，其特征在于金屬芯焊絲以碳鋼鋼帶代替不銹鋼鋼帶，焊絲藥粉的化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計為:C:0.025 0.078wt.% ；Cr:46 59wt.% ；N1:26 36wt.% ；Mn:4 7wt.% ；Mo:2.5 5.lwt.% ；Si:0.5 4.2wt.% ；T1:0.5 2wt.% ；Zn:0.3 1.5wt.% ；Zr:0.5 2wt.% ；Fe:余量。藥粉在鋼帶中的填充率為269^36%。進(jìn)一步，金屬芯化學(xué)成分質(zhì)量百分比如下:C:0.025 0.078wt.% ；Cr:48 57wt.% ；N1:28 33wt.% ；Mn:4 6wt.% ；Mo:2.8 5wt.% ；S1:0.63 1.5wt.% ；T1:0.5 lwt.% ；Zn:
0.5 lwt.% ；Zr:0.5 lwt.% ；Fe:余量。進(jìn)一步，金屬芯包括:金屬芯粉包括: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，金屬鋯粉:60 120目，鋅鋯合金粉:60 120目，鋯硅鐵粉:60 120目，金屬鑰粉:40 120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16 8X0.6 0.3mm低碳鋼鋼帶，最終獲得直徑為0.9^1.6mm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)過軋制、拉拔、加工成直徑為0.9^1.6mm的氣體保護(hù)不銹鋼金屬芯焊絲。該焊絲焊接時，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)電壓:20-32V，電流:100-300A。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 28V ;電流120 280A ;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:15 22mm。在熔敷金屬中化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在如下范圍:C:0.025^0.078wt.% ；Cr:18.0 21.0wt.% ；Ni:10.8 14.8wt.% ；Mn:0.46 2.8wt.% ；S1:0.4廣1.2wt.% ；Ti:
0.01 lwt.% ；Zn:0.3 lwt.% ；Zr:0.2 lwt.% ；Mo:1.8 3.2wt.%。在熔敷金屬中化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)范圍優(yōu)選如下:C:0.02、.07wt.% ；Cr:18.4 19.6wt.% ；Ni:11.8 13.5wt.% ；Mn:0.73 2.3wt.% ；S1:0.56 0.98wt.% ；Ti:
0.03 0.47wt.% ；Zn:0.33 1.2wt.% ；Zr:0.5 1.2wt.% ；Mo:2.3 2.8wt.%。本發(fā)明的主要特點是金屬芯焊絲外皮是低碳鋼鋼帶，避免使用304L不銹鋼鋼帶軋制生產(chǎn)焊絲帶來的的高成本問題。同時，在不降低藥芯中Cr含量的基礎(chǔ)上，通過添加一定量的Zn、Zr、Zn-Zr合金等成分，降低焊接煙塵中六價鉻含量。用本發(fā)明研制的不銹鋼金屬芯焊絲具有低六價鉻，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)良的優(yōu)點。


圖1奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲的電流電壓范圍(0>0.9，1.2，1.6mm)
具體實施例方式本發(fā)明的金屬芯不銹鋼焊絲不受上述實例的限制，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 0.3 (寬度為8 16mm,厚度為0.3 0.6mm)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:4(Tl20目，金屬鎳粉:4(Tl20目，金屬電解錳粉: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，金屬鑰粉:40 120目，金屬鐵粉:60 120目等配置成藥粉，所取粉末的粒度為能通過40目的篩子。將所取的各種粉末放入混粉機內(nèi)混合40分鐘，然后將混合粉末加入U形碳鋼帶槽中，填充率為26 36%，將U形槽合口，使藥粉包裹其中。然后使進(jìn)行拉拔減徑工藝，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到0.9^1.6_。具體實施例如下:1、一種低Cr (VI) 316奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲，焊絲直徑為1.6mm，其焊絲化學(xué)成分質(zhì)量百分比如下:C:0.025wt.% ；Cr:56wt.% ；Ni:33wt.% ；Mn:4wt.% ；Mo:4wt% ；Si:
0.86wt.% ；Ti:0.5wt.% ；Zn:0.5wt.% ；Zr:0.5wt.% ；Fe:余量。藥粉在鋼帶中的填充率為36%。采用95%Ar+5%02氣體保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)為:電壓28V ；電流280A ;送絲速度500mm/min ;氣體流速20L/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離20mm。采用上述工藝制備的熔敷金屬合金成分為:Cr:19.3wt.% ；Ni:13wt.% ；Mn:1.2wt.% ；Mo:2.2wt.% ；S1:0.65wt.%。2、一種低Cr (VI) 316奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲，焊絲直徑為0.9mm焊絲化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下:C:0.078wt.% ；Cr:59wt.% ；Ni:36wt.% ；Mn:6.lwt.% ；Mo:4.5wt% ；Si:lwt.% ；Ti:0.5wt.% ；Zn:lwt.% ；Zr:0.5wt.% ；Fe:余量。藥粉在鋼帶中的填充率為 26%。采用98%Ar+2%02氣體保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)為:電壓24V ；電流120A ;送絲速度400mm/min ；氣體流速19L/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離15mm。采用上述工藝制備的熔敷金屬合金成分為:Cr:19.8wt.% ；Ni: 14wt.% ；Mn:2.4wt.% ；Mo: 2.3wt.% ；S1:0.72wt.%。3、一種低Cr (VI)奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲，焊絲直徑為1.2mm焊絲化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下:C:0.028wt.% ；Cr:57wt.% ；Ni:32wt.% ；Mn:5.3wt.% ；Mo:4.6wt.% ；Si:
1.2wt.% ；Ti:0.5wt.% ；Zn:0.5wt.% ；Zr:lwt.% ；Fe:余量。藥粉在鋼帶中的填充率為 30%。采用98%Ar+2%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18L/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離18mm。采用上述工藝制備的熔敷金屬合金成分為:Cr:19.lwt.% ；Ni: 12.8wt.% ；Mn:1.7wt.% ；Mo: 2.5wt.% ；S1:0.7wt.%。4、一種低Cr (VI)奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲，焊絲直徑為1.4mm焊絲化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下:C:0.047wt.% ；Cr:52wt.% ；Ni:36wt.% ；Mn:4.9wt.% ；Mo:4.3wt.% ；Si:
1.3wt.% ；Ti:lwt.% ；Zn:0.5wt.% ；Zr:0.5wt.% ；Fe:余量。藥粉在鋼帶中的填充率為 31%。采用98%Ar+2%02氣體保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)為:電壓27V ；電流250A ;送絲速度450mm/min ；氣體流速19L/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離19mm。采用上述工藝制備的熔敷金屬合金成分為:Cr:18.5wt.% ；Ni: 13.4wt.% ；Mn:1.9wt.% ；Mo:2.3wt% ；S1:0.9wt.%。5、一種低Cr (VI)奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲，焊絲直徑為1.2mm焊絲化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下:C:0.054wt.% ；Cr:58wt.% ；Ni:33wt.% ；Mn:4.5wt.% ；Mo:4.8wt% ；Si:
1.3wt.% ；Ti:lwt.% ；Zn:lwt.% ；Zr:0.5wt.% ；Fe:余量。藥粉在鋼帶中的填充率為 28%。采用98%Ar+2%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420mm/min ；氣體流速18L/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離17mm。采用上述工藝制備的熔敷金屬合金成分為:Cr:18.9wt.% ；Ni: 12.3wt.% ；Mn:1.7wt.% ；Mo: 2.7wt.% ；S1:0.85wt.%。6、一種低Cr (VI)奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲，焊絲直徑1.2mm，焊絲化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下:C:0.05wt.% ；Cr:60wt.% ；Ni:32wt.% ；Mn:4.lwt.% ；Mo: 3.8wt.% ；Si:
1.lwt.% ；Ti:lwt.% ；Zn:0.5wt.% ；Zr:lwt.% ；Fe:余量。藥粉在鋼帶中的填充率為 32%。采用95%Ar+5%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19L/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離20mm。采用上述工藝制備的熔敷金屬合金成分為:Cr: 19.8wt.% ；Ni: 12wt.% ；Mn:1.2wt.% ；Mo: 2.lwt.% ；S1:0.83wt.%。其中以實施例3最好。技術(shù)效果:采用該焊絲焊接時，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度為530MPa，延伸率為38%，Cr (VI)排放降低26%。所用低碳鋼帶化學(xué)成分質(zhì)量百分比如表I所示:表I碳鋼帶化學(xué)成分(wt%)如下:
權(quán)利要求
1.一種低六價鉻316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:0.025^0.078wt.% ；Cr:46^59wt.% ；Ni:26 36wt.% ；Mn:4 7wt.% ；Mo:2.5 5.lwt.% ；S1:0.5 4.2wt.% ；T1:0.5 2wt.% ；Zn:0.3 1.5wt.% ；Zr:0.5 2wt.% ；Fe:余量。
2.按照權(quán)利要求1的焊絲，其特征在于，金屬芯化學(xué)成分質(zhì)量百分比如下:C:0.025 0.078wt.% ；Cr:48 57wt.% ；N1:28 33wt.% ；Mn:4 6wt.% ；Mo:2.8 5wt.% ；Si:0.63 1.5wt.% ；Ti:0.5 lwt.% ；Zn:0.5 lwt.% ；Zr:0.5 lwt.% ；Fe:余量。
3.按照權(quán)利 要求1的焊絲，其特征在于，所述的金屬芯粉包括: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，金屬鋯粉:60 120目，鋅鋯合金粉:60 120目，鋯硅鐵粉:60 120目，金屬鑰粉:40 120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，其特征在于: 將上述焊絲軋制、成形、拉拔減徑，鋼帶選用161X0.6、.3的低碳鋼鋼帶，最終獲得直徑為0.9^1.6mm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:20 32V ;電流:10(T300A ;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 30V ;電流:12(T280A ;送絲速度:40(T500mm/min ;氣體流速:15 20L/min ;焊絲伸出導(dǎo)電嘴的距離:15 22mm。
全文摘要
一種低六價鉻316奧氏體不銹鋼金屬芯焊絲及其制備方法，屬于焊接材料領(lǐng)域。該焊絲的鋼帶為低碳鋼鋼帶，化學(xué)成分如下C0.025~0.078wt.%；Si<0.06wt.%；Mn<0.33wt.%；S≤0.025wt.%；P≤0.03wt.%。該焊絲藥粉的化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為C0.025~0.078wt.%；Cr48~57wt.%；Ni28~33wt.%；Mn4~6wt.%；Mo2.8~5wt.%；Si0.63~1.5wt.%；Ti0.5~1wt.%；Zn0.5~1wt.%；Zr0.5~1wt.%；Fe余量。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用的鋼帶為低碳鋼鋼帶，降低成本，同時焊接發(fā)塵量與實芯焊絲相當(dāng)，其中有害Cr(VI)排放量與實芯焊絲相比可降低20~28%，并且焊接電弧穩(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B23K35/40GK103100804SQ20131006659
公開日2013年5月15日 申請日期2013年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月2日
發(fā)明者栗卓新, 焦俊, 李國棟, 李輝, 李紅, 白建濤, 高麗脂 申請人:北京工業(yè)大學(xué)