专利名称：A304、a304l奥氏体不锈钢用埋弧焊金属芯焊丝的制作方法
技术领域：
发明属于材料加工工程领域，主要用于石油、化工、医药、造船、食品等领域的奥氏体不锈钢的焊接。
背景技术：
奥氏体不锈钢的焊接方法很多，可采用熔焊的任何一种方法进行焊接。但从经济、实用和技术性方面考虑，生产中用得最多的焊接方法是焊条电弧焊、药芯焊丝气体保护焊和埋弧焊，相应的焊接材料也主要是不锈钢焊条、不锈钢用气保护药芯焊丝和不锈钢埋弧焊用实芯焊丝。此外，钨极氩弧焊也是焊接不锈钢的常用方法之一，但钨极氩弧焊只能用于薄板焊接以及中厚板的打底焊接。
不锈钢焊条电弧焊使用的设备简单，操作方便，灵活可靠，适应性强，这是其广泛应用的重要原因之一。但其焊接接头质量在一定程度上取决于焊工的操作技能，焊条电弧焊劳动条件差，成本高，接头多，不利于不锈钢接头性能的提高，生产效率低，因而只适用于单件或小批量产品的焊接。对于短焊缝，不规则的各种空间位置以及难以实现自动化、机械化焊接的焊接接头用它最为合适。此外，不锈钢导热率低，不锈钢焊条在使用过程中尾部存在发红问题，不得不弃用剩余七分之一的焊条，造成了焊材的浪费。
近年来不锈钢用药芯焊丝发展迅速，进行熔化极气保护焊时，电流密度大，焊丝熔化速度快，但熔敷效率介于焊条和气保护用实芯焊丝之间。药芯焊丝气保护焊接奥氏体不锈钢时，可采用机械化焊接，但由于受焊丝直径的影响，焊接电流有一定的限制，熔化速度和熔敷效率均不如埋弧焊的高。此外，药芯焊丝气保护焊更易受人为操作的影响，焊接质量也不如埋弧焊的稳定。
埋弧焊由于其机械化程度高，焊接速度快，焊接质量稳定，是目前不锈钢最广泛应用的焊接方法之一。由于埋弧焊所用焊接电流大，因而焊缝熔深大，可以减少坡口的加工量，相应地则可减少填充金属的消耗量。目前国内生产中焊接不锈钢广泛使用的埋弧焊焊接材料主要是实芯焊丝，由于焊剂的原因，焊接过程中普遍存在着严重的“黑皮”现象，焊后不得不用砂轮打磨，不仅劳动强度大，而且降低了生产效率。此外，埋弧焊实芯焊丝制造工艺复杂，需要经过反复的拉拔、退火、酸洗和钝化，尤其是不锈钢带或者焊丝中含合金元素较多时，加工硬化现象更为严重，制作工艺理更为复杂。
目前国外埋弧焊焊接不锈钢中厚板时，广泛使用的也是实芯焊丝，但由于很好地解决了焊剂的问题，焊后并不存在黑皮现象。由于实芯焊丝本身固有的特点，与金属芯焊丝相比，尚存在有一定的局限性。
金属芯焊丝是近年来迅速发展的新一代高效焊接材料。由于在药芯中加入95％的金属粉末，只有少量的稳弧剂，焊缝成形依靠金属自身表面张力调整，焊后渣量少，可连续焊接，特别适用于高速自动焊接。金属芯焊丝兼具有实芯焊丝熔敷效率高和药芯焊丝成形好的特点，焊缝抗裂性更好，冲击韧性更高，成本更低。不锈钢用埋弧焊金属芯焊丝的研制在国内、国外尚未见相关的专利报道。
发明内容
本发明采用低碳钢带或超低碳钢带作为包覆层，在钢带中加入了97％以上的金属粉末，只有少量的造渣剂，焊缝成形依靠自身表面张力调整，可连续焊接，特别适用于高速自动焊。
本发明由于以碳钢带或超低碳钢带作为包覆层，导电面积较相同直径的实芯焊丝小，因而在焊接电流相同的情况下，电流密度大，熔敷效率高。此外，由于碳钢带中间添加金属粉，焊接过程中，由于其表面积大，金属粉末发生剧烈的化学反应，进一步增加了焊丝熔化效率，因而可大大提高焊接速度，从而提高焊接效率。
本发明不锈钢用金属芯埋弧焊丝，采用低碳钢带作为包覆层时，可用于奥氏体不锈钢A304的焊接；采用超低碳钢带作为包覆层时，可用于奥氏体不锈钢A304L的焊接。
本发明提供了A304、A304L奥氏体不锈钢用埋弧焊金属芯焊丝，其特征在于，采用低碳钢带或超低碳钢带添加填充率为40％～58％的金属粉末；该金属粉末中各元素的质量百分比为铬的质量百分比含量为37％～57％；镍的质量百分比含量为17％～28％；锰的质量百分比含量为3％～9％；铁的质量百分比含量为7.5％～30％；Bi2O3的质量百分比为0.5％～1.5％；Al-Mg合金的质量百分含量为2％～10％。
与不锈钢带相比，采用碳钢带和超低碳钢带作为包覆层，不但成本低，而且不存在严重的加工硬化现象，拉拔一次成型，焊丝制造工艺简单方便。低碳钢带和超低碳钢带的规格为宽度14mm～20mm，厚度0.5mm～0.8mm。
低碳钢带的化学成分满足如下规定C＝0.04～0.06，Si≤0.025，Mn≤0.2，P≤0.013，S≤0.013超低碳钢带的化学成分满足如下规定C≤0.03，Si≤0.025，Mn≤0.2，P≤0.013，S≤0.013金属芯中各合金元素成分、质量百分比及其作用如下Cr向焊缝过渡合金元素，调整焊缝成分，提高焊缝的耐蚀性，其质量百分比为37％～57％。
Ni向焊缝过渡合金元素，调整焊缝成分，提高焊缝的耐蚀性，其质量百分比为17％～28％。
Mn向焊缝中过渡合金元素，调整焊缝成分。此外，Mn还具有脱氧、脱硫作用，其质量百分比为3％～9％。
Fe改善导电率，增加熔敷效率，其质量百分比为7.5％～30％。
Bi2O3改善脱渣性，其质量百分比为0.5％～1.5％。
Al-Mg合金主要作用是脱氧，改善电弧的稳定性，其质量百分含量为2％～10％。
本发明的制备方法采用现有技术，包括以下步骤1、钢带轧成U形，再向U形槽中加入占本发明焊丝总重40％～58％的金属粉末。
2、将U形槽合口，使药芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.2～5mm，得到最终产品。
3、从其横截面来看，焊丝为搭接结构。
本发明研制了不锈钢用埋弧焊金属芯焊丝，用于A304、A304L奥氏体不锈钢的焊接，主要解决不锈钢埋弧焊用实芯焊丝脱渣困难的问题。。
本发明与不锈钢焊条相比，用于奥氏体不锈钢的埋弧焊，因而可使用更大的焊接电流，更快的焊接速度，因而大大提高了生产效率。焊后焊缝成形也较不锈钢焊条的好。
本发明与不锈钢药芯焊丝相比，由于采用埋弧焊，自动化程度更高，焊接过程中无弧光，对操作人员的要求不高，且可使用更大的焊接电流，更快的焊接速度，焊接质量也更为稳定，焊接效率更高。
本发明与不锈钢埋弧焊用实芯焊丝相比，焊后焊缝金属呈白色、金黄色，克服了实芯焊丝产生黑皮的现象，焊后不需用砂轮清理焊缝，不仅大大降低了劳动强度，而且还提高了生产效率。本发明与相同直径的实芯焊丝相比，由于为金属芯焊丝，在相同的电流下，电流密度更大，因而可使用更小的焊接电流和更快的焊接速度。本发明由于在金属芯中加入了少量造渣剂，脱渣性也较埋弧焊实芯焊丝大为改善。此外，本发明金属芯中合金元素调整方便，拉拔一次成型，制作工艺比埋弧焊实芯焊丝更为简单方便。
本发明适用于A304及A304L的焊接。由于A304、A304L和A316、A316L钢种不同，化学成分，性能不同，适用场合不同，故本发明与现有的A316、A316L奥氏体不锈钢用埋弧焊金属芯焊丝化学成分不同，焊后焊缝的性能不同，同样也适用于不同的场合。
具体实施例方式选取本发明中的几个金属芯焊丝实例与生产中常用的埋弧焊实芯H0Cr21Ni10焊丝进行焊接效果对比。母材采用A304和A304L，其化学成分如表1所示。埋弧焊剂采用HJ260，焊前烘干400℃，保温2小时。焊接坡口及焊缝试样按照GB/T17854-199和GB4334.5-90进行选取。本发明所有实施例均由昆明重机厂制造的“FCWM50被动拉拔式药芯焊丝机”制造。
具体实施方式
如下1、选用14×0.5(宽度为14mm，厚度为0.5mm)的低碳钢带，先将其轧成U形。取质量百分比为57％Cr，28％Ni，4％Mn，7.5％Fe，0.5％Bi2O3，3％Al-Mg的500克金属粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形低碳钢带槽中，填充率为40％，将U形槽合口，使金属粉末包裹其中。然后使其分别通过直径为4.6mm、4.2mm、4.0mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后得到直径为4mm的焊丝。焊丝的使用效果测试见表2、表3、表4。
2、选用14×0.5(宽度为14mm，厚度为0.5mm)的低碳钢带，先将其轧成U形，取质量百分比为53％Cr，24％Ni，3％Mn，17％Fe，1％Bi2O3，2％Al-Mg的500克金属粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的低碳钢带槽中，填充率为44％，将U形槽合口，使金属粉末包裹其中。然后使其分别通过直径为4.6mm、4.2mm、4.0mm的拉丝模，逐道拉拔、减径后得到直径为4mm的焊丝。焊丝的使用效果测试见表2、表3、表4。
3、选用16×0.5(宽度为16mm，厚度为0.5mm)的低碳钢带，先将其轧成U形，取质量百分比为48％Cr，23％Ni，5％Mn，15％Fe，1％Bi2O3，8％Al-Mg的500克金属粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的低碳钢带槽中，填充率为48％，将U形槽合口，使金属粉末包裹其中。然后使其分别通过直径为5.0mm、4.6mm、4.2mm、4.0mm的拉丝模，逐道拉拔、减径后得到直径为4mm的焊丝。焊丝的使用效果测试见表2、表3、表4。
4、选用18×0.6(宽度为18mm，厚度为0.6mm)的超低碳钢带，先将其轧成U形，取质量百分比为45％Cr，22％Ni，7％Mn，19.5％Fe，1.5％Bi2O3，5％Al-Mg的500克金属粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的超低碳钢带槽中，填充率为48％。将U形槽合口，使金属粉末包裹其中。然后使其分别通过直径为5.8mm、5.4mm、5.0mm、4.6mm、4.2mm、4.0mm的拉丝模，逐道拉拔、减径后得到直径为4mm的焊丝。焊丝的使用效果测试见表2、表3、表4。
5、选用18×0.6(宽度为18mm，厚度为0.6mm)的超低碳钢带，先将其轧成U形，取质量百分比为43％Cr，18％Ni，7％Mn，21.5％Fe，0.5％Bi2O3，10％Al-Mg的500克金属粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形超低碳钢带槽中，填充率为52％。将U形槽合口，使金属粉末包裹其中。然后使其分别通过直径为5.8mm、5.4mm、5.0mm、4.6mm、4.2mm、4.0mm的拉丝模，逐道拉拔、减径后得到直径为4mm的焊丝。焊丝的使用效果测试见表2、表3、表4。
6、选用20×0.8(宽度为20mm，厚度为0.8mm)的超低碳钢带，先将其轧成U形，取质量百分比为37％Cr，17％Ni，9％Mn，30％Fe，1％Bi2O3，6％Al-Mg的500克金属粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形超低碳钢带槽中，填充率为58％。将U形槽合口，使金属粉末包裹其中。然后使其分别通过直径为6.4mm、6.0mm、5.8mm、5.4mm、5.0mm、4.6mm、4.2mm、4.0mm的拉丝模，逐道拉拔、减径后得到直径为4mm的焊丝。焊丝的使用效果测试见表2、表3、表4。
焊后进行熔敷金属化学成分、力学性能、晶间腐蚀性能的测试。熔敷金属化学成分、力学性能按照GB/T17854-1999进行测试。熔敷金属化学成分见表2。A304和A304L不锈钢焊接接头力学性能测试结果见表3。晶间腐蚀性能按照GB4334.5-90进行测试。A304和A304L不锈钢焊接接头晶间腐蚀性能测试结果见表4。从上述试验结果可以看出，焊接接头的性能完全符合AWS(美国国家标准)、GB(中国国家标准)的有关规定。从焊接试验来看，焊后脱渣性良好，焊缝金属呈白色、金黄色，完全消除了埋弧焊用实芯焊丝的黑皮现象。
表1 A304和A304L不锈钢的化学成分
表2 熔敷金属化学成分
表3 A304和A304L不锈钢焊接头力学性能测试
表4 A304和A304L不锈钢焊接接头晶间腐蚀
权利要求
1.一种A304、A304L奥氏体不锈钢用埋弧焊金属芯焊丝，其特征在于，采用低碳钢带或超低碳钢带添加填充率为40％～58％的金属粉末；该金属粉末中各元素的质量百分比为铬的质量百分比含量为37％～57％；镍的质量百分比含量为17％～28％；锰的质量百分比含量为3％～9％；铁的质量百分比含量为7.5％～30％；Bi2O3的质量百分比为0.5％～1.5％；Al-Mg合金的质量百分含量为2％～10％。
全文摘要
一种A304、A304L奥氏体不锈钢用埋弧焊金属芯焊丝，属于材料加工工程的焊接领域，主要用于石油、化工、造船、医药等领域的奥氏体不锈钢的焊接。A304、A304L不锈钢用埋弧焊金属芯焊丝的研制在国内、国外尚未见相关的专利报道。本发明特征在于，用低碳钢带或超低碳钢带添加填充率为40％～58％的金属粉末。金属粉末中各元素的质量百分比为铬的质量百分比含量为37％～57％；镍的质量百分比含量为17％～28％；锰的质量百分比含量为3％～9％；还原铁的质量百分比含量为7.5％～30％；Bi
文档编号B23K9/18GK1887503SQ200610089748
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月14日 优先权日2006年7月14日
发明者栗卓新, 李国栋, 戴杰, 杨雷, 孙海江 申请人:中国石油化工股份有限公司, 北京工业大学