本发明属于金属材料焊接技术领域，具体涉及无磁钢20mn23al用自保护药芯焊丝，本发明还涉及该药芯焊丝的制备方法。
背景技术：
无磁钢属fe—mn—al—c系列奥氏体金属材料，20mn23a1作为变压器专用低磁钢板，主要用于变压器铁芯拉杆、夹件、油箱壁、法兰等要求无磁的部件，由于其磁导率低而电阻率高。在磁场中的涡流损耗极小，从而提高变压器的使用性能，因此这种铁锰铝系低磁钢已在全国变压器制造厂得到广泛应用。而且力学性能优良，加工制造中切割、焊接、钻孔、弯曲等与普通钢材同样容易，与不锈钢相比，不但降低材料成本、提高产品性能，还可节省加工费用。现阶段对于无磁钢20mn23al的焊材研制较少，故特此研制一种无磁钢20mn23al的自保护药芯焊丝。
自保护药芯焊丝由于是在没有外加气体保护的条件下进行焊接的。所以药芯中要加入一定量的焊剂，主要依靠药芯焊丝自身产生的熔渣，气体对焊接熔池进行保护，同时焊剂中还需加入一定量的脱氧剂，如硅铁、锰铁、铝镁等组分除去熔池中的有害杂质氧元素。自保护药芯焊丝所用焊剂中需要含有造渣剂，造气剂，脱氧剂，三种成分，从造渣，造气，脱氧，三个层次对熔池进行保护，才能达到理想的保护效果。
技术实现要素：
本发明的目的是提供无磁钢20mn23al用自保护药芯焊丝，实现不加保护气体的情况下对无磁钢20mn23al施焊，且得到的焊接接头力学性能优良。
本发明的另一个目的是提供无磁钢20mn23al用自保护药芯焊丝的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，无磁钢20mn23al用自保护药芯焊丝，包括药芯和外皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：铬粉18％-28％，镍粉2％-8％，钼粉1.5％-3.5％，锰粉2.5％-10％，硅铁粉0.5％-1.5％，铝镁粉2％-8％，铌铁粉0.5％-1.5％，钛铁粉0.5％-1％，氟化钡粉10％-17％，氧化镁粉5％-15％，氧化铝粉1％-5％，氧化铈粉0.5％-1.5％，石英粉1％-3.5％，金红石粉18％-26％，锆英砂粉2％-8％，碳酸锂粉1％-3％，碳酸钙粉0.5％-3％，氧化铁粉0.5％-5％，以上组分质量百分比之和为100％。
本发明的特点还在于：
外皮为316不锈钢钢带。
该药芯焊丝的填充量控制在18％-23％。
本发明所采用的第二个技术方案是，无磁钢20mn23al用自保护药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取铬粉18％-28％，镍粉2％-8％，钼粉1.5％-3.5％，锰粉2.5％-10％，硅铁粉0.5％-1.5％，镁铝粉2％-8％，铌铁粉0.5％-1.5％，钛铁粉0.5％-1％，氟化钡粉10％-17％，氧化镁粉5％-15％，氧化铝粉1％-5％，氧化铈粉0.5％-1.5％，石英粉1％-3.5％，金红石粉18％-26％，锆英砂粉2％-8％，碳酸锂粉1％-3％，碳酸钙粉0.5％-3％，氧化铁粉0.5％-5％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉、氧化铝粉、石英粉、氧化铁粉、碳酸锂粉和碳酸钙粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，烧结完毕后研磨、过筛，得到混合粉a；
步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、锰粉、硅铁粉、镁铝粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉、锆英砂粉与步骤2得到的混合粉a混合均匀，放入炉子中烘干，得到药芯粉末；
步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3制备得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内，并进行拉拔，得到药芯焊丝；
步骤5：采用绕丝机把步骤4得到的药芯焊丝拉直、盘成圆盘，密封包装待用。
步骤2中：烧结温度为600-750℃，烧结时间为3-4h。
步骤3中：烘干温度为200-300℃，烘干时间为2-2.5h。
步骤4中：药芯焊丝的填充量控制在18％-23％。
本发明的有益效果是，(1)用于无磁钢20mn23al的焊接，施焊时不需外加保护气体，可实现自保护焊接；焊接接头具有较高抗拉强度和优良的耐蚀性；具有很好的焊接工艺性，焊接飞溅少，焊接烟尘少；适用于自动焊接设备，具有较高的生产效率；(2)本发明药芯焊丝制备方法简单，操作方便，便于进行大规模批量生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明无磁钢20mn23al用自保护药芯焊丝，包括药芯和外皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：铬粉18％-28％，镍粉2％-8％，钼粉1.5％-3.5％，锰粉2.5％-10％，硅铁粉0.5％-1.5％，铝镁粉2％-8％，铌铁粉0.5％-1.5％，钛铁粉0.5％-1％，氟化钡粉10％-17％，氧化镁粉5％-15％，氧化铝粉1％-5％，氧化铈粉0.5％-1.5％，石英粉1％-3.5％，金红石粉18％-26％，锆英砂粉2％-8％，碳酸锂粉1％-3％，碳酸钙粉0.5％-3％，氧化铁粉0.5％-5％，以上组分质量百分比之和为100％。
该药芯焊丝中各组分的作用和功能如下：
铬是强烈形成并稳定奥氏体的元素，缩小奥氏体区。随着铬含量的增加，一些金属间相(比如δ相)的形成倾向增大，cr元素还具有显著提高焊缝金属耐蚀性的能力，使焊缝的耐蚀性能够达到使用的要求；
金属镍，还具有提高焊接接头韧性的作用；
铝镁粉易与氧气结合而除去熔池中的氧元素，保护了焊缝中的其他组分；
石英，氟化钡，金红石，氧化铝具有造渣的作用，焊接时产生熔渣对熔池进行保护；
氟化钡是碱性渣，石英，金红石，氧化铝是酸性渣，四者配合使用，可以调整熔渣的碱度。
上述无磁钢20mn23al用自保护药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取铬粉18％-28％，镍粉2％-8％，钼粉1.5％-3.5％，锰粉2.5％-10％，硅铁粉0.5％-1.5％，镁铝粉2％-8％，铌铁粉0.5％-1.5％，钛铁粉0.5％-1％，氟化钡粉10％-17％，氧化镁粉5％-15％，氧化铝粉1％-5％，氧化铈粉0.5％-1.5％，石英粉1％-3.5％，金红石粉18％-26％，锆英砂粉2％-8％，碳酸锂粉1％-3％，碳酸钙粉0.5％-3％，氧化铁粉0.5％-5％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉、氧化铝粉、石英粉、氧化铁粉、碳酸锂粉和碳酸钙粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中600-750℃烧结3-4h，烧结完毕后研磨、过筛，得到混合粉a；
步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、锰粉、硅铁粉、镁铝粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉、锆英砂粉与步骤2得到的混合粉a混合均匀，放入炉子中200-300℃烘干2-2.5h，得到药芯粉末；
步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3制备得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内，药芯焊丝的填充量控制在18％-23％，并进行拉拔，得到药芯焊丝；
步骤5：采用绕丝机把步骤4得到的药芯焊丝拉直、盘成圆盘，密封包装待用。
实施例1
步骤1：分别称取铬粉220g，镍粉50g，钼粉20g，锰粉65g，硅铁粉5g，镁铝粉60g，铌铁粉5g，钛铁粉5g，氟化钡粉120g，氧化镁粉80g，氧化铝粉30g，氧化铈粉15g，石英粉20g，金红石粉200g，锆英砂粉50g，碳酸锂粉20g，碳酸钙粉15g，氧化铁粉20g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉、氧化铝粉、石英粉、氧化铁粉、碳酸锂粉和碳酸钙粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中600℃烧结3h，烧结完毕后研磨、过80-120目筛，得到混合粉a；
步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、锰粉、硅铁粉、镁铝粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉、锆英砂粉与步骤2得到的混合粉a混合均匀，放入炉子中200℃烘干2h，得到药芯粉末；
步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3制备得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内，药芯粉末填充量控制在18％，并进行拉拔至直径1.2mm，得到药芯焊丝；
步骤5：采用绕丝机把步骤4得到的药芯焊丝拉直、盘成圆盘，密封包装待用。
用实施例1所制得的药芯焊丝焊接无磁钢20mn23al，采用电弧焊(fcaw)，无需外加保护气体，焊接电流为170-190a，焊接电压为21-24v。经测试，焊接接头的抗拉强度为550mpa，屈服极限为263mpa，冲击功为31j。性能符合无磁钢20mn23al使用要求。
实施例2
步骤1：分别称取铬粉240g，镍粉60g，钼粉25g，锰粉70g，硅铁粉2g，镁铝粉60g，铌铁粉3g，钛铁粉5g，氟化钡粉110g，氧化镁粉60g，氧化铝粉30g，氧化铈粉10g，石英粉15g，金红石粉200g，锆英砂粉50g，碳酸锂粉15g，碳酸钙粉15g，氧化铁粉30g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉、氧化铝粉、石英粉、氧化铁粉、碳酸锂粉和碳酸钙粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中650℃烧结3.5h，烧结完毕后研磨、过80-120目筛，得到混合粉a；
步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、锰粉、硅铁粉、镁铝粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉、锆英砂粉与步骤2得到的混合粉a混合均匀，放入炉子中220℃烘干2.2h，得到药芯粉末；
步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3制备得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内，药芯粉末填充量控制在19％，并进行拉拔至直径1.4mm，得到药芯焊丝；
步骤5：采用绕丝机把步骤4得到的药芯焊丝拉直、盘成圆盘，密封包装待用。
用实施例2所制得的药芯焊丝焊接无磁钢20mn23al，采用电弧焊(fcaw)，无需外加保护气体，焊接电流为170-200a，焊接电压为22-25v。经测试，焊接接头的抗拉强度为565mpa，屈服极限为270mpa，冲击功为35j。性能符合无磁钢20mn23al使用要求。
实施例3
步骤1：分别称取铬粉260g，镍粉60g，钼粉30g，锰粉70g，硅铁粉2g，镁铝粉40g，铌铁粉3g，钛铁粉10g，氟化钡粉130g，氧化镁粉60g，氧化铝粉30g，氧化铈粉10g，石英粉20g，金红石粉220g，锆英砂粉30g，碳酸锂粉10g，碳酸钙粉5g，氧化铁粉10g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉、氧化铝粉、石英粉、氧化铁粉、碳酸锂粉和碳酸钙粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中750℃烧结4h，烧结完毕后研磨、过80-120目筛，得到混合粉a；
步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、锰粉、硅铁粉、镁铝粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉、锆英砂粉与步骤2得到的混合粉a混合均匀，放入炉子中300℃烘干2.5h，得到药芯粉末；
步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3制备得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内，药芯粉末填充量控制在23％，并进行拉拔至直径2.0mm，得到药芯焊丝；
步骤5：采用绕丝机把步骤4得到的药芯焊丝拉直、盘成圆盘，密封包装待用。
用实施例3所制得的药芯焊丝焊接无磁钢20mn23al，采用电弧焊(fcaw)，无需外加保护气体，焊接电流为170-190a，焊接电压为22-25v。经测试，焊接接头的抗拉强度为583mpa，屈服极限为279mpa，冲击功为32j。性能符合无磁钢20mn23al使用要求。
实施例4
步骤1：分别称取铬粉190g，镍粉30g，钼粉20g，锰粉85g，硅铁粉10g，镁铝粉45g，铌铁粉5g，钛铁粉10g，氟化钡粉150g，氧化镁粉90g，氧化铝粉20g，氧化铈粉10g，石英粉15g，金红石粉230g，锆英砂粉40g，碳酸锂粉15g，碳酸钙粉15g，氧化铁粉20g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉、氧化铝粉、石英粉、氧化铁粉、碳酸锂粉和碳酸钙粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中700℃烧结3.5h，烧结完毕后研磨、过80-120目筛，得到混合粉a；
步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、锰粉、硅铁粉、镁铝粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉、锆英砂粉与步骤2得到的混合粉a混合均匀，放入炉子中280℃烘干2.5h，得到药芯粉末；
步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3制备得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内，药芯粉末填充量控制在22％，并进行拉拔至直径1.8mm，得到药芯焊丝；
步骤5：采用绕丝机把步骤4得到的药芯焊丝拉直、盘成圆盘，密封包装待用。
用实施例4所制得的药芯焊丝焊接无磁钢20mn23al，采用电弧焊(fcaw)，无需外加保护气体，焊接电流为170-190a，焊接电压为23-25v。经测试，焊接接头的抗拉强度为568mpa，屈服极限为269mpa，冲击功为33j。性能符合无磁钢20mn23al使用要求。
实施例5
步骤1：分别称取铬粉220g，镍粉60g，钼粉10g，锰粉30g，硅铁粉10g，镁铝粉60g，铌铁粉10g，钛铁粉10g，氟化钡粉150g，氧化镁粉115g，氧化铝粉30g，氧化铈粉10g，石英粉10g，金红石粉195g，锆英砂粉30g，碳酸锂粉20g，碳酸钙粉20g，氧化铁粉10g；
步骤2：将步骤1称取的氟化钡粉、氧化镁粉、氧化铝粉、石英粉、氧化铁粉、碳酸锂粉和碳酸钙粉混合，向其中加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中700℃烧结3.5h，烧结完毕后研磨、过80-120目筛，得到混合粉a；
步骤3：将步骤1称取的铬粉、镍粉、钼粉、锰粉、硅铁粉、镁铝粉、铌铁粉、钛铁粉、氧化铈粉、金红石粉、锆英砂粉与步骤2得到的混合粉a混合均匀，放入炉子中280℃烘干2.5h，得到药芯粉末；
步骤4：通过药芯焊丝制丝机把步骤3制备得到的药芯粉末包裹在316不锈钢钢带内，药芯粉末填充量控制在22％，并进行拉拔至直径1.8mm，得到药芯焊丝；
步骤5：采用绕丝机把步骤4得到的药芯焊丝拉直、盘成圆盘，密封包装待用。
用实施例5所制得的药芯焊丝焊接无磁钢20mn23al，采用电弧焊(fcaw)，无需保护气体，焊接电流为170-190a，焊接电压为23-25v。经测试，焊接接头的抗拉强度为556mpa，屈服极限为285mpa，冲击功为31j。性能符合无磁钢20mn23al使用要求。
本发明药芯焊丝用于无磁钢20mn23al的焊接，相比焊条和实心焊丝而言，焊接飞溅少，焊缝成型美观，具有良好的焊接工艺；可得到具有较高抗拉强度和耐蚀性的焊接接头；药芯焊丝适用于自动焊接设备，无需外加保护气体，具有较高的生产效率；本发明药芯焊丝制备方法简单，操作方便，便于进行大规模批量生产。