用于碳钢和低合金钢的焊接材料及制作方法与流程

本发明涉及焊接材料技术领域，尤其是涉及一种用于碳钢和低合金钢的焊接材料及制作方法。

背景技术：

碳钢和低合金钢焊接均具有焊接效率高的特点，但是现有的焊接材料都是单根粗线焊丝，这种单根粗线焊丝需要较大的焊接参数才能实现焊接，而焊接参数大必定导致焊接热输入量大，从而焊接变形量就大。而且热输入量过大的另一个缺点就是热影响区宽度过大，热影响区宽度过大又会造成焊接接头在焊接应力和腐蚀介质的作用下发生应力腐蚀或者晶间腐蚀失效，从而降低设备的使用寿命。

另外，碳钢和低合金钢的物理特点都是导热系数低，热膨胀量大，而在焊接过程中是熔池中的金属首先发生热膨胀，在冷却过程中又开始收缩，而这样就会导致焊缝金属的母材侧产生很大的热影响和一定的收缩应力，而且板材越厚这种收缩应力越明显。一般应力腐蚀失效和晶间腐蚀失效大部分都是从母材热影响区开始起源的，进而呈枝状扩展。而热影响区之所以是碳钢和低合金钢腐蚀失效的重灾区，就是因为焊接热输入量过大所造成的。因为在焊接热循环过程中，任何金属的热影响区晶粒度都会不同程度的长大，而焊接热输入量越大，母材热影响区的宽度就会越大，对设备造成的危害也会随之增大。

而且对于单根粗线焊丝的焊接而言，焊接效率与焊丝直径是成正比的，焊接效率越高，焊丝直径越粗。但是焊丝直径变粗以后，焊接热输入量也就必须增加，否则根本熔化不了，随着焊接热输入量的增加，对母材热影响区的有害作用也会相应增加。因此按常规技术思维，要想得到很低的焊接热输入量，必须降低焊丝直径，而降低焊丝直径则又将导致焊接效率大大降低，从而无法解决其之间的矛盾特性。

因此，现有的碳钢和低合金钢焊接材料焊接时热输入量都较高，会导致焊缝金属韧性变差，焊接变形量大，应力腐蚀敏感等问题，急需改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于碳钢和低合金钢的焊接材料及制作方法，其中的用于碳钢和低合金钢的焊接材料通过自内而外依次设置的焊芯、第一钢丝组件和第二钢丝组件，并通过捻股成型，形成的焊接材料在焊接时热输入量低，焊接变形量小，送丝时稳定性好，焊接效率高，而且其结构简单，成本较低，便于大范围推广使用。

本发明提供的一种用于碳钢和低合金钢的焊接材料，包括：

焊芯，所述焊芯整体呈圆条状；

第一钢丝组件，所述第一钢丝组件绕所述焊芯轴线方向周向包裹在所述焊芯的外表面上，且所述第一钢丝组件包括至少一根钢丝；

第二钢丝组件，所述第二钢丝组件绕所述焊芯轴线方向周向包裹在所述第一钢丝组件的外表面上，且所述第二钢丝组件包括至少一根钢丝；

所述焊芯、所述第一钢丝组件中的每一根钢丝和所述第二钢丝组件中的每一根钢丝为经拉丝机拉拔形成的外径相同的细线丝，所述焊芯、所述第一钢丝组件和所述第二钢丝组件自内而外绕所述焊芯的周向捻股成型。

更进一步地，所述第一钢丝组件包括6根钢丝。

更进一步地，所述第二钢丝组件包括12根钢丝。

更进一步地，所述焊接材料的外径为0.2～5.0mm。

本发明还提供了一种如上所述的用于碳钢和低合金钢的焊接材料的制作方法，包括以下步骤：

制作细线丝：坯料选择碳钢或低合金钢盘圆线材，将碳钢或低合金钢盘圆线材通过拉丝机进行多次拉拔，拉拔完成后进行退火热处理，得到细线丝；

镀铜处理：对退火后的细线丝进行镀铜处理；

包裹第一钢丝组件：从镀铜处理后的细线丝中取一根细线丝作为焊芯，选用至少一根镀铜处理后的细线丝绕焊芯轴线方向周向包裹在焊芯的外表面上以形成第一钢丝组件；

包裹第二钢丝组件：选用至少一根镀铜处理后的细线丝绕焊芯轴线方向周向包裹在第一钢丝组件的外表面上以形成第二钢丝组件；

制作成用于碳钢和低合金钢的焊接材料：利用捻股机将得到的自内而外布置的焊芯、第一钢丝组件和第二钢丝组件绕焊芯的圆周方向进行捻股，捻股完成后进行去除油脂的高温热处理，得所述用于碳钢和低合金钢的焊接材料。

更进一步地，在镀铜处理过程中，镀铜开始前依次经过放线、碱洗、水洗、中和、酸洗、水洗和活化的处理。

更进一步地，在镀铜处理过程中，镀铜完成后依次经过水洗、中和、热水洗、烘干、抛光和收线的处理。

更进一步地，在制作细线丝时，细线丝进行退火热处理的温度采用600～1200℃，在热处理时，炉内填充保护气体，热处理的时间为2～8分钟。

更进一步地，在制作成用于碳钢和低合金钢的焊接材料时，焊接材料进行在线去除油脂的高温热处理的温度采用600～1200℃，在热处理时，炉内填充保护气体，热处理的时间为2～8分钟，热处理完成后进行水冷。

更进一步地，在制作成用于碳钢和低合金钢的焊接材料时，热处理时炉内填充的保护气体为氮气、氩气或氢气中的至少一种。

本发明提供的一种用于碳钢和低合金钢的焊接材料及制作方法，其中的用于碳钢和低合金钢的焊接材料通过自内而外依次设置的焊芯、第一钢丝组件和第二钢丝组件，并通过捻股成型，形成的焊接材料在焊接时热输入量低，焊接变形量小，送丝时稳定性好，焊接效率高，而且其结构简单，成本较低，便于大范围推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的用于碳钢和低合金钢的焊接材料的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的焊芯和第二钢丝组件配合的结构示意图。

图标：1－焊芯；2－第一钢丝组件；3－第二钢丝组件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供的一种用于碳钢和低合金钢的焊接材料及制作方法，其中的用于碳钢和低合金钢的焊接材料通过自内而外依次设置的焊芯、第一钢丝组件和第二钢丝组件，并通过捻股成型，形成的焊接材料在焊接时热输入量低，焊接变形量小，送丝时稳定性好，焊接效率高，而且其结构简单，成本较低，便于大范围推广使用。

根据图1至图2所示，本发明提供的一种用于碳钢和低合金钢的焊接材料，包括：

焊芯1，焊芯1整体呈圆条状；

第一钢丝组件2，第一钢丝组件2绕焊芯1轴线方向周向包裹在焊芯1的外表面上，且第一钢丝组件2包括至少一根钢丝；

第二钢丝组件3，第二钢丝组件3绕焊芯1轴线方向周向包裹在第一钢丝组件2的外表面上，且第二钢丝组件3包括至少一根钢丝；

焊芯1、第一钢丝组件2中的每一根钢丝和第二钢丝组件3中的每一根钢丝为经拉丝机拉拔形成的外径相同的细线丝，焊芯1、第一钢丝组件2和第二钢丝组件3自内而外绕焊芯的周向捻股成型。

在本发明实施例中，在中心轴线上设计实芯焊芯，是为了保证焊接材料整体在焊接过程中具有一定的刚度和稳定性，保证熔敷金属在焊接过程中行走稳定，成型美观、质量可靠，焊芯在中心处起到整体支撑稳固的作用，且第一钢丝组件、第二钢丝组件与焊芯的连接采用捻股制作，结构紧凑稳固且均匀分布。

本发明捻股形成的结构为麻花辫形结构，分别能够满足碳钢焊接材料或者低合金钢焊接材料的焊接使用。

第一钢丝组件包括6根钢丝。第二钢丝组件包括12根钢丝。

在本发明实施例中，焊芯的外表面均布设有6根钢丝的结构，同时，第一钢丝组件的外表面均布设有12根钢丝的结构，这样的结构设计，既能够保证焊丝的刚度，又能够有效防止焊接融化时摆动，维持送丝的稳定性，提高焊接质量。

用于碳钢和低合金钢的焊接材料的外径为0.2～5.0mm。

在本发明实施例中，用于气体保护焊焊接材料的外径为0.5～3.0mm，氩弧焊焊接材料可以用所有的规格进行焊接，冷焊的焊接材料的外径≤1.2mm。

本发明还提供了一种如上所述的用于碳钢和低合金钢的焊接材料的制作方法，包括以下步骤：

制作细线丝：坯料选择碳钢或低合金钢盘圆线材，将碳钢或低合金钢盘圆线材通过拉丝机进行多次拉拔，拉拔完成后进行退火热处理，得到细线丝；

镀铜处理：对退火后的细线丝进行镀铜处理；

包裹第一钢丝组件：从镀铜处理后的细线丝中取一根细线丝作为焊芯，选用至少一根镀铜处理后的细线丝绕焊芯轴线方向周向包裹在焊芯的外表面上以形成第一钢丝组件；

包裹第二钢丝组件：选用至少一根镀铜处理后的细线丝绕焊芯轴线方向周向包裹在第一钢丝组件的外表面上以形成第二钢丝组件；

制作成用于碳钢和低合金钢的焊接材料：利用捻股机将得到的自内而外布置的焊芯、第一钢丝组件和第二钢丝组件绕焊芯的圆周方向进行捻股，捻股完成后进行去除油脂的高温热处理，得用于碳钢和低合金钢的焊接材料。

在本发明实施例中，自内而外依次设置焊芯、第一钢丝组件和第二钢丝组件，然后捻股成型，不仅有效保证了焊接材料的刚度和送丝稳定性，还保证了整体的焊接速度。

在本发明实施例中，在制作成用于碳钢和低合金钢的焊接材料时，进行去除油脂的高温热处理的作用是为了将碳钢或者低合金钢盘圆线材在拉拔和捻股的过程中吸附的润滑油脂烧毁，以确保碳钢或者低合金钢焊接材料成品的表层及第一钢丝组件和第二钢丝组件里面都没有任何油脂成分，避免焊接时产生气孔和夹渣。

在本发明实施例中，在制作细线丝时，采用的坯料为直径5～20mm的碳钢或者低合金钢盘圆线材，材料选用铁素体碳钢或者低合金钢、铁素体+珠光体碳钢或者低合金钢、奥氏体碳钢或者低合金钢、铁素体+奥氏体碳钢或者低合金钢、超级奥氏体碳钢或者低合金钢以及镍基碳钢或者低合金钢材料。

在镀铜处理过程中，镀铜开始前依次经过放线、碱洗、水洗、中和、酸洗、水洗和活化的处理。

在镀铜处理过程中，镀铜完成后依次经过水洗、中和、热水洗、烘干、抛光和收线的处理。

在本发明实施例中，镀铜前后依次进行各种处理，保证镀铜效果和整洁需求，为后续制作细线丝、第一钢丝组件和第二钢丝组件，以及捻股过程提供一个无油污的环境，避免造成油污污染。

在制作细线丝时，细线丝进行退火热处理的温度采用600～1200℃，在热处理时，炉内填充保护气体，热处理的时间为2～8分钟。

在制作成用于碳钢和低合金钢的焊接材料时，焊接材料进行在线去除油脂的高温热处理的温度采用600～1200℃，在热处理时，炉内填充保护气体，热处理的时间为2～8分钟，热处理完成后进行水冷。

在制作成用于碳钢和低合金钢的焊接材料时，热处理时炉内填充的保护气体为氮气、氩气或氢气中的至少一种，也可以选用其他气体。

本发明提供的一种用于碳钢和低合金钢的焊接材料的制作方法，通过用于碳钢和低合金钢的焊接材料的制作方法制作的焊接材料，形成自内而外依次设置的焊芯、第一钢丝组件和第二钢丝组件结构，然后通过捻股成型，这样的方法制作形成的焊接材料在焊接时热输入量低，焊接变形量小，送丝时稳定性好，焊接效率高。

以下通过两个实施例进行用于碳钢和低合金钢的焊接材料与单根焊丝焊接效果进行比较：

实施例一

碳钢或低合金钢氩弧焊角焊

由表中焊接参数可见，用于碳钢和低合金钢的焊接材料的焊接电流比单一现有焊丝低25％以上，焊接速度高50％，线能量还不及单一现有焊丝的一半。

实施例二

碳钢或低合金钢混合气体保护焊平板对接

由表中焊接参数可见，用于碳钢和低合金钢的焊接材料的焊接电流比单一现有焊丝低25％以上，焊接速度高50％以上，线能量也不及单一现有焊丝的一半。

本方案提供的用于碳钢和低合金钢的焊接材料，由于焊接速度提高，焊接热输入量降低，特别适合厚板碳钢或低合金钢的对接焊以及碳钢(或铬钼钢)或低合金钢的堆焊的焊接，直径0.2～5.0mm的用于碳钢和低合金钢的焊接材料适合手工氩弧焊、半自动氩弧焊、半自动气保焊的焊接；由于用于碳钢和低合金钢的焊接材料外表面的摩擦系数高，送丝精准不打滑，并具有一定的刚性和稳定性，也特别适合于机器人的焊接。且本方案中提供的用于碳钢和低合金钢的焊接材料对各种焊接方法的焊接设备都不需要改进或更换，可以直接使用，节省设备投资成本，焊接时所用的保护气体为Ar、或Ar+CO2等各种不同的混合气体，具有焊接质量可靠、简单实用的特点；而且本方案中提供的用于碳钢和低合金钢的焊接材料及其制作方法，还可以对相关国防装备、核电、电力和石化设备等重要设备的焊接起到极大的科技支撑作用。

本发明采用的用于碳钢和低合金钢的焊接材料，熔化速度快，不需要很大的焊接电流，节省电力能源消耗，热输入量低，对母材热影响区的有害作用小，焊接变形量小，送丝时稳定性好，而且焊接效率高，质量好，成型美观。本发明改变了单一焊丝直径粗大，所耗用能源较大的问题，而且还解决了人力资源紧缺和工资不断上涨的成本问题。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。