专利名称：一种低六价铬排放的不锈钢用347金属芯焊丝及其制备方法
技术领域：
本发明涉及适用于焊接18%Cr-8%N1-Nb不锈钢(SUS347等)及18%Cr_8%Ni_Ti不锈钢的347 (L)焊接材料领域，特别是涉及到焊接烟尘中的低六价铬(Cr+6)含量气体保护不锈钢347金属芯焊丝。
背景技术：
由于不锈钢中Cr含量较高，焊接不锈钢时焊接材料为了满足焊缝的耐腐蚀性都会加入适量的Cr元素，通过促进被氧化物表层，使焊缝产生足够的耐腐蚀性以满足焊接要求。但是焊材和母材中Cr在焊接蒸发进入焊接烟尘，并且会被氧在高温下氧化成具有毒性的 Cr+6。
Cr+6在人体内具有致癌作用，还会弓I起诸多的其他健康问题，如吸入某些较高浓度的六价铬化合物会引起流鼻涕、打喷嚏、瘙痒、鼻出血、溃疡和鼻中隔穿孔。短期大剂量的接触，在接触部位会产生不良后果，包括溃疡、鼻黏膜刺激和鼻中隔穿孔。摄入超大剂量会导致肾脏和肝脏的损伤、恶心、胃肠道刺激、胃溃疡、痉挛甚至死亡。皮肤接触会造成溃疡或过敏反应六价铬(Cr+6)是最易导致过敏的金属之一，仅次于镍。为了保证焊接人员的健康，2006年美国职业安全与健康管理局(OSHA)新颁布了焊接烟尘中六价铬(Cr+6)的允许暴露极限值(PEL)，由原来的52 μ g/m3降低到3 μ g/m3。不锈钢金属芯焊丝同实芯焊丝相比对各种钢材的焊接，适应性强调整焊剂的成分和比例极为方便和容易，可以提供所要求的焊缝化学成分；工艺性能好，焊缝成形美观，获得良好成形；熔敷速度快，生产效率高在相同焊接电流下药芯焊丝的电流密度大，熔化速度快，其熔敷率约为85%-90%。不锈钢金属芯焊丝同药芯焊丝相比，大量的研究证明焊接烟尘和烟尘中的Cr+6金属芯焊丝要远远小于药芯焊丝，此外，目前的不锈钢药芯焊丝是用不锈钢钢带做外皮，通过轧制、拉拔工艺制成不锈钢焊丝，不锈钢钢带的应用加大了焊丝生产和不锈钢焊接的成本，因此，开发一种，低六价铬(Cr+6)排放量，焊接工艺优秀的不锈钢金属芯焊丝347具有重要意义
发明内容
:本发明鉴于上述情况而形成的，其目的在于提供低六价铬(Cr+6)排放量，焊接工艺优秀的不锈钢金属芯焊丝347。为了解决上述课题，本发明提出一种低六价铬(Cr+6)排放的不锈钢用金属芯焊丝，它可以在保证焊丝熔敷金属力学性能达到与母材匹配的情况下，以碳钢钢带代替不锈钢钢带以降低成本，同时减少了焊接烟尘中30%-60%的六价铬(Cr+6)总量，改善了焊接作业环境，此外还具有飞溅小，形成的熔敷金属综合性能优良的优点。为实现上述目的，本发明采取如下的技术方案:
一种低六价铬排放的不锈钢用347金属芯焊丝，其特征在于，焊丝中各元素成分范围如下:C:0.025 0.07wt.% ；Cr:45-60wt.% ；N1:25 31wt.% ；Mn:4 7wt.% ；Si:0.66 1.5wt.% ；Ti:0.3 2wt.% ；Zn:0.3 2wt.% ；Zr:0.3 2wt.% ；Nb:0.25-1.2wt.% ;余量为Fe和不可避免的杂质。进一步，焊丝中金属芯化学成分质量百分比如下:C:0.03 0.05wt.% ；Cr:52 58wt.% ；Ni:26 30wt.% ；Mn:4 6wt.% ；S1:0.66 1.5wt.% ；T1:0.5 lwt.% ；Zn:
0.5 1.5wt.% ；Zr:0.5 lwt.% ；Nb:0.5-lwt.% ;余量为Fe和不可避免的杂质。进一步，所述的金属芯粉包括:金属铬粉:4(Tl20目，金属镍粉:4(Tl20目，电解锰粉:4(Tl20目，硅铁粉:6(Tl20目，钛铁粉:6(Tl20目，金属锌粉:6(Tl20目，锆硅铁粉:60 120目，金属铁粉:60 120目，银铁60 120目。所述的一种低六价铬排放的不锈钢用347金属芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述焊丝外皮带材为碳钢钢带8X0.4mm,金属芯焊丝填充率:30% 38%，焊丝的直径1.2mm。所述的一种低六价铬排 放的不锈钢用347金属芯焊丝的应用，其特征在于:采用95 8% Ar+2 5% O2气保护制备熔敷堆焊合金工艺，焊接工艺参数为:电压:22 34V ；电流:160 260A ;送丝速度:350 500mm/min ;气体流速:13 20L/min ；焊丝伸出导电嘴的距离:14 25mm。进一步，所述焊接工艺参数为:电压:24 30V ；电流:200 260A ;送丝速度:400 500mm/min ;气体流速:15 20L/min ;焊丝伸出导电嘴的距离:15 22_。在熔敷金属中各元素的含量在如下范围:C:0.02Γ0.03wt.% ；Cr:19.2 21.lwt.% ；N1:9 11.0wt.% ；Mn:0.97 2.5wt.% ；S1:0.41 lwt.% ；T1:0.0Tlwt.% ；Zn:
0.3 lwt.% ；Zr:0.2 lwt.% ；Nb:0.21-1.lwt.% ；Fe:余量。这种金属芯焊丝在上述工艺条件下收集的焊接烟尘，在焊接烟尘中铬主要以Cr2O3形式存在，有极少一部分铬会以六价铬的形式存在，焊芯组成中的Zn和Zr最终会以氧化物的形式存在于烟尘和熔敷金属，同时，在他们能够在焊接过程中减少了焊接电弧周围活性氧的含量，从而抑制焊接烟尘中六价铬的生成，此外，由于钢带选择低碳钢钢带，降低了制造成本。本发明的主要特点是金属芯焊丝外皮是碳钢钢带，避免了由304L不锈钢钢带的高成本问题。同时，在不降低药芯中Cr含量的基础上，添加Zn、Zr等元素，降低焊接烟尘中六价铬含量，此外焊芯中S1、Ti等元素减少焊接飞溅。用本发明研制的金属芯焊丝具有低六价铬排放量、焊接电弧稳定、飞溅小、焊缝成形美观、综合性能优良的优点。
图1直径1.2mm金属芯347 (L)不锈钢焊丝合适的焊接工艺窗口图2实施例焊丝焊接烟尘中Cr+6同传统焊丝烟尘中Cr+6含量对比3实施例焊丝汉若威所测电压图
具体实施例方式本发明的金属芯焊丝不受上述实例的限制，任何在本发明的权力要求保护的范围内的改进和变化都在本发明的保护范围之内。
选用8X0.3mm的碳钢钢带为金属芯焊丝外皮，现将其轧成U形。金属铬粉末，金属镍粉末，金属电解猛粉末，4-5娃铁粉末,钛铁粉末,金属锌粉末，错娃铁粉末，银铁粉末，金属铁粉等配置成药粉，所取粉末的粒度为能通过80目的筛子。将所取的各种粉末放入混粉机内混合40分钟，然后将混合粉末加入U形碳钢带槽中，填充率为3(Γ34%，将U形槽河口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为2.4,2.26、1.96、1.83、1.73、1.6、1.5、1.41、
1.34、1.26、1.19的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.19mm。具体实施例如下:1、一种低Cr+6排放的不锈钢金属芯焊丝，相对于焊丝总质量，含有(质量分数wt.%)为:C:0.037wt.% ；Cr:53wt.% ；Ni:27wt.% ；Mn:4wt.% ；S1:0.68wt.% ；T1:0.6wt.% ；Zn:0.9wt.% ；Zr:0.5wt.% ；Nb:0.6 ;Fe:余量。药粉在钢带中的填充率为30%。采用98%Ar+2%02气体保护焊的焊接工艺参数为:电压26V ；电流220A ;送丝速度400mm/min ;气体流速20L/min ;焊丝伸出导电嘴的距离20mm。采用上述工艺制备的熔敷金属主要成分为:Cr:20wt.% ；Ni:10wt.% ；Mn:1.8wt.% ；S1:0.45wt.% ；2、一种低Cr+6排放的不锈 钢金属芯焊丝，相对于焊丝总质量，含有(质量分数wt.%)为:C:0.025wt.% ；Cr:57wt.% ；Ni:26wt.% ；Mn:5wt.% ；Si:lwt.% ；T1:0.5wt.% ；Zn:
1.5wt.% ；Zr:0.6wt.% ；Nb:0.57wt.% ;Fe:余量。药粉在钢带中的填充率为38%。采用98%Ar+2%02气体保护焊的焊接工艺参数为:电压25V ；电流200A ;送丝速度440mm/min ;气体流速19L/min ;焊丝伸出导电嘴的距离22mm。采用上述工艺制备的熔敷金属主要成分为:Cr:19.5wt.% ；N1:9.3wt.% ；Mn:1.2wt.% ；S1:0.6wt.% ；3、一种低Cr+6排放的不锈钢金属芯焊丝，相对于焊丝总质量，含有(质量分数wt.%)为:C:0.04wt.% ；Cr:55wt.% ；Ni:28wt.% ；Mn:5wt.% ；S1:1.5wt.% ；T1:0.7wt.% ；Zn:1.2wt.% ；Zr:lwt.% ；Nb:1.0wt.% ；Fe:余量。药粉在钢带中的填充率为32%。采用98%Ar+2%02气体保护焊的焊接工艺参数为:电压26V ；电流245A ;送丝速度500mm/min ;气体流速20L/min ;焊丝伸出导电嘴的距离17mm。采用上述工艺制备的熔敷金属主要成分为:Cr:19.7wt.% ；N1:9.6wt.% ；Mn:1.7wt.% ；S1:0.7wt.%。4、一种低Cr+6排放的不锈钢金属芯焊丝相对于焊丝总质量，含有(质量分数wt.%)为:C:0.05wt.% ；Cr:52wt.% ；Ni:27wt.% ；Mn:6wt.% ；Si:lwt.% ；Ti:lwt.% ；Zn:0.8wt.% ；Zr:0.8wt.%Nb:0.5wt.% ； ；Fe:余量。药粉在钢带中的填充率为31%。采用98%Ar+2%02气体保护焊的焊接工艺参数为:电压28V ；电流230A ;送丝速度440mm/min ;气体流速21L/min ；焊丝伸出导电嘴的距离19mm。采用上述工艺制备的熔敷金属主要成分为:Cr:20.5wt.% ；Ni:10.5wt.% ；Mn:1.9wt.% ；S1:0.9wt.%。5、一种低Cr+6排放的不锈钢金属芯焊丝，相对于焊丝总质量，含有(质量分数wt.%)为:C:0.045wt.% ；Cr:58wt.% ；Ni:30wt.% ；Mn:5wt.% ；S1:1.3wt.% ；Ti:lwt.% ；Zn:lwt.% ；Zr:0.9wt.% ；Nb:0.67wt.% ；Fe:余量。药粉在钢带中的填充率为35%。采用98%Ar+2%02气体保护焊的焊接工艺参数为:电压30V ；电流200A ;送丝速度420mm/min ;气体流速18L/min ;焊丝伸出导电嘴的距离19mm。采用上述工艺制备的熔敷金属主要成分为:Cr:21wt.% ；N1:10.5wt.% ；Mn:1.7wt.% ；Si:lwt.%。6、一种低Cr+6排放的不锈钢金属芯焊丝，相对于焊丝总质量，含有(质量分数wt.%)为:C:0.039wt.% ；Cr:54wt.% ；Ni:30wt.% ；Mn:6wt.% ；S1:0.66wt.% ；T1:1.5wt.% ；Zn:0.5wt.% ；Zr:lwt.% ；Nb:0.9wt.% ;Fe:余量。药粉在钢带中的填充率为34%。采用98%Ar+2%02气体保护焊的焊接工艺参数为:电压26V ；电流210A ;送丝速度450mm/min ;气体流速15L/min ;焊丝伸出导电嘴的距离21mm。采用上述工艺制备的熔敷金属主要成分为:Cr:22wt.% ；Ni: 12wt.% ；Mn:2.lwt.% ；S1:1.4wt.%。表I碳钢带化学成分(wt.%)
权利要求
1.一种低六价铬排放的不锈钢用347金属芯焊丝，其特征在于，焊丝中各元素成分范围如下:C:0.025 0.07wt.% ；Cr:45-60wt.% ；N1:25 31wt.% ；Mn:4 7wt.% ；Si:0.66 1.5wt.% ；Ti:0.3 2wt.% ；Zn:0.3 2wt.% ；Zr:0.3 2wt.% ；Nb:0.25-1.2wt.% ;余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种低六价铬排放的不锈钢用347金属芯焊丝，其特征在于，焊丝中金属芯化学成分质量百分比如下:C:0.03 0.05wt.%；Cr:52 58wt.%；N1:26 30wt.% ；Mn:4 6wt.% ；S1:0.66 1.5wt.% ；T1:0.5 lwt.% ；Zn:0.5 1.5wt.% ；Zr:0.5 lwt.% ；Nb:0.5-lwt.% ;余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种低六价铬排放的不锈钢用347金属芯焊丝，其特征在于，所述的金属芯粉包括:金属铬粉:4(Γ120目，金属镍粉:4(Γ120目，电解锰粉:4(Γ120目，硅铁粉:60 120目，钛铁粉:60 120目，金属锌粉:60 120目，锆硅铁粉:60 120目，金属铁粉:60 120目，铌铁60 120目。
4.根据权利要求1所述的一种低六价铬排放的不锈钢用347金属芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述焊丝外皮带材为碳钢钢带8X0.4mm,金属芯焊丝填充率:30% 38%，焊丝的直径1.2mm。
5.根据权利要求1所述的一种低六价铬排放的不锈钢用347金属芯焊丝的应用，其特征在于: 采用95 8% Ar+2 5% O2气保护制备熔敷堆焊合金工艺，焊接工艺参数为:电压:22 34V ;电流:160 260A ;送丝速度:350 500mm/min ;气体流速:13 20L/min ;焊丝伸出导电嘴的距离:14 25mm。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于: 所述焊接工艺参数为:电压:24 30V ；电流:200 260A ;送丝速度:400 500mm/min ;气体流速:15 20L/min ;焊丝伸出导电嘴的距离:15 22mm。
全文摘要
一种低六价铬排放的不锈钢用347金属芯焊丝及其制备方法适用于焊接材料领域。焊丝中各元素成分范围如下C0.025～0.07wt.％；Cr45-60wt.％；Ni25～31wt.％；Mn4～7wt.％；Si0.66～1.5wt.％；Ti0.3～2wt.％；Zn0.3～2wt.％；Zr0.3～2wt.％；Nb0.25-1.2wt.％；余量为Fe和不可避免的杂质。本发明在保证焊丝熔敷金属力学性能达到与母材匹配的情况下，以碳钢钢带代替不锈钢钢带以降低成本，同时减少了焊接烟尘中30%-60%的六价铬(Cr+6)总量，改善了焊接作业环境，此外还具有飞溅小，形成的熔敷金属综合性能优良的优点。
文档编号B23K35/368GK103223561SQ20131006662
公开日2013年7月31日 申请日期2013年3月2日 优先权日2013年3月2日
发明者栗卓新, 白建涛, 李国栋, 李辉, 李红, 焦俊 申请人:北京工业大学