专利名称：低发尘率不含氟结构钢金属芯焊丝的制作方法
技术领域：
属于材料加工工程中的焊接领域，该发明主要应用于普通钢结构、建筑钢结构，船体等的焊接。
背景技术：
焊接烟尘引起焊工尘肺病在整个职业病领域中约占四分之一，引起尘肺的烟尘直接来自焊接材料。由于焊接过程中，焊接材料以及母材在焊接电弧的作用下，液态金属以及复杂的焊接冶金反应后的物质经过蒸发、凝结形成烟尘迷漫在焊接作业区，烟尘中的金属氧化物如氧化锰、六价的铬、以及钾、钠的氧化物等物质被工人吸入体内，对呼吸道和肺黏膜产生很严重的刺激作用；粒径在可吸入物范围的烟尘对人的危害更为严重，它们被直接吸入肺内，不溶解物质在肺泡中沉积下来并发生积累，然后导致肺泡的纤维化进而逐渐形成尘肺；能溶解在血液中的有毒有害物质随着血液循环到人体的各个部位，逐渐沉积在人体骨骼、毛发等部位，同时还引发中毒、男性不育、癌症等。有毒有害的烟尘的排放还对大气以及自然环境造成严重的危害。现有广泛应用的自动和半自动气体保护焊接方法存在的主要问题是焊接材料的发尘率高、烟尘毒性较大，对人体的危害严重，一直是困扰焊接工人健康的一个难题。因此，研究发尘率低、毒性小，尤其是不含氟的焊丝就显得意义重大。
金属芯焊丝近年来发展很快，它是相对于熔渣型药芯焊丝而言的，它的粉芯绝大部分为金属粉或者合金粉，只有少量的稳弧剂和造渣剂。具有实心焊丝渣量少的特点同时还有很高的熔覆速率、低的飞溅、较高的合金过渡，同时还可以获得比实芯丝高的综合力学性能。金属芯焊丝与实芯丝和普通的药芯焊丝相比，生产率提高，焊缝质量好，填充金属费用低，不用清渣，大大节约了成本，提高了综合经济效益。
金属芯焊丝与实芯焊丝或普通的药芯焊丝相比，主要具有一下特点(一)焊缝表面渣少(薄薄的一层均匀覆盖)，连续施焊时无需清渣，可以在薄的渣实芯丝不同，熔化速率明显高于普通药芯焊丝和实芯丝；(3)性能好、成本降低。金属芯与普通的药芯焊丝制造方法相同，具有普通药芯焊丝的各种优点，可以很方便的调整金属芯的成分，从而获得实芯焊丝不能获得的熔覆金属成分和综合力学性能。
传统的药芯焊丝以及普通的金属芯焊丝发尘率高，现在市售焊丝发尘率(单位重量焊接材料发尘量)在12g/Kg左右，以及焊接过程中产生的烟尘毒性较大的问题，尤其是氟化物含量较高，对工人健康危害大。
低发尘率不含氟化物结构钢药芯焊丝的研制在国内外尚未见相关的专利及文献报道。
发明内容
本发明所要解决的是传统的结构钢粉芯焊丝中发尘率高而且毒性较大的问题，并且提供一种发尘率低且不含氟的低烟尘结构钢金属芯焊丝。
本发明提供了一种发尘率低且不含氟的低烟尘金属芯结构钢焊丝，其特征在于，所述的金属芯含有以下质量百分比含量的物质2～6％钛铁，1～8％锰铁，2～12％硅铁，1～1.5％铝，2～20％长石，1～3％锆英石，0.5～2.5％氧化铝，0.5～3％镁砂，54～81％铁粉。
其中各成分的作用如下钛铁脱氧作用，生成的钛的氧化物具有造渣作用。
锰铁脱氧，向焊缝中过渡金属锰，起到焊缝合金化作用。
硅铁脱氧，向焊缝中过渡硅，同时对填充金属强化。
铝脱氧。
长石稳定电弧，细化熔滴，造渣。
锆英石造渣，改善熔滴过渡。
氧化铝造渣作用，改善熔滴的粘度。
镁砂造渣，细化熔滴，改善熔渣粘度。
铁粉脱氧，同时起到向焊缝中过渡金属作用，提高熔覆效率。
二氧化碳气体保焊接是在氧化气氛下进行，焊接冶金的主要任务是脱氧二氧化碳气体保焊接是在氧化气氛下进行，焊接冶金的主要任务是脱氧和向焊缝中过渡合金从而使焊缝获得良好的综合力学性能。由于选出了较好的金属粉和合金粉匹配，再加上适度的造渣物质和稳弧剂使焊丝获得了良好的工艺性能；长石的加入使得熔渣的熔点在较高温度下的粘度更适宜保护过热的熔滴，金属芯焊丝较高的熔覆效率、快速的熔滴过渡使得熔滴和熔池区的熔渣与熔滴的蒸发减少，大大降低了焊丝的发尘率。该焊丝的发尘率低于普通市售药芯焊丝50％，在原来的10～12g/Kg基础上降为目前的4.12～4.71g/Kg的低发尘率。焊丝的熔覆金属成分以及力学性能见表1。
氟化物不但有剧毒而且还明显提高焊丝的发尘率，金属芯的组分中，不含氟化物，所以是不含氟的焊接材料，这不但大大的降低了焊丝发尘率也降低了烟尘的毒性。
本焊丝电弧稳定，无飞溅，焊道成形美观，渣极少而且易脱，可以不用清渣连续施焊。主要运用于普通结构钢、建筑钢结构以及造船工业等领域的焊接，可用于纯二氧化碳、纯氩以及混合气体保护的全自动或手工半自动焊。
本发明的制备方法采用现有技术，包括以下步骤1、将钢带轧成U形，再向U形槽中加入占本发明焊丝总重的16～22％的本发明金属芯；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1.2mm得到最终产品。
图1药芯焊丝成形工艺示意图。
具体实施例方式
所有实施例焊丝都是由昆明重机厂制造的“FCWM50被动拉拔式药芯焊丝机”制出1.选用10×0.3(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的SPCC冷轧钢带。先将其轧成U形。
取20克钛铁，80克锰铁，100克硅铁，10克铝，200克长石，30克锆英石，5克氧化铝，30克镁砂，525克铁粉，共1000克(所取粉末的粒度为能通过80目的筛子)。将所取各种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SPCC冷轧钢带槽中，填充率为16％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为2.95mm、2.7mm、2.4mm、2.2mm、1.9mm、1.8mm、1.5mm、1.3mm、1.2mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.2mm。焊丝的发尘率以单位焊丝质量焊接过程中产生的烟尘质量计算，发尘率的测试和计算按照国标GB1225-76提供的方法。用普通CO2气体保护焊，焊接工艺参数为电压28V，电流200A。结果见表2。熔覆金属成分和力学性能见表1。
2.选用10×0.3(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的SPCC冷轧钢带。先将其轧成U形。
取60克钛铁，10克锰铁，120克硅铁，15克铝，20克长石，10克锆英石，25克氧化铝，5克镁砂，735克铁粉，共1000克(所取粉末的粒度为能通过80目的筛子)。将所取各种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SPCC冷轧钢带槽中，填充率为18％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为2.95mm、2.7mm、2.4mm、2.2mm、1.9mm、1.8mm、1.5mm、1.3mm、1.2mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.2mm。测尘方法和设备同例1，测得发尘率见表2。熔覆金属成分和力学性能见表1。
3.选用10×0.3(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的SPCC冷轧钢带。先将其轧成U形。取55克钛铁，70克锰铁，80克硅铁，10克铝，180克长石，25克锆英石，10克氧化铝，30克镁砂，540克铁粉，共1000克(所取粉末的粒度为能通过80目的筛子)。将所取各种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SPCC冷轧钢带槽中，填充率为20％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为2.95mm、2.7mm、2.4mm、2.2mm、1.9mm、1.8mm、1.5mm、1.3mm、1.2mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.2mm。测尘方法和设备同例1，测得发尘率见表2。熔覆金属成分和力学性能见表1。
4.选用10×0.3(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的SPCC冷轧钢带。先将其轧成U形。取25克钛铁，15克锰铁，30克硅铁，15铝，60长石，17锆英石，13氧化铝，15镁砂，810克铁粉，共1000克(所取粉末的粒度为能通过80目的筛子)。将所取各种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SPCC冷轧钢带槽中，填充率为22％。将U形槽合口，使药粉包裹其中。然后使其分别通过直径为2.95mm、2.7mm、2.4mm、2.2mm、1.9mm、1.8mm、1.5mm、1.3mm、1.2mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.2mm。测尘方法和设备同例1，测得发尘率见表2。熔覆金属成分和力学性能见表1。
发尘率的测试用照国标GB1225-76提供的方法测试设备采用国标GB1225-76半真空烟尘捕集器；数据处理同样采用国标GB1225-76提供的方法；普通CO2气体保护焊，焊接工艺参数为电压28V，电流200A。
表1熔覆金属成分和力学性能
表2各实施例焊丝的发尘率(g/Kg)
权利要求
1.低发尘率不含氟结构钢金属芯焊丝，其特征在于，所属的金属芯包括以下质量百分比含量的物质2～6％钛铁，1～8％锰铁，2～12％硅铁，1～1.5％铝，2～20％长石，1～3％锆英石，0.5～2.5％氧化铝，0.5～3％镁砂，54～81％铁粉。
全文摘要
本发明属于材料加工工程中的焊接领域，主要应用于普通钢结构、建筑钢结构，船体等的焊接。传统的药芯焊丝以及普通的金属芯焊丝发尘率高，现在市售焊丝发尘率(单位重量焊接材料发尘量)在12g/Kg左右，以及焊接过程中产生的烟尘毒性较大的问题，尤其是氟化物含量较高，对工人健康危害大。本发明的发尘率低且不含氟的低烟尘金属芯结构钢焊丝，其特征在于，所述的金属芯含有以下质量百分比含量的物质2～6％钛铁，1～8％锰铁，2～12％硅铁，1～1.5％铝，2～20％长石，1～3％锆英石，0.5～2.5％氧化铝，0.5～3％镁砂，54～81％铁粉。该焊丝的发尘率低于普通市售药芯焊丝50％，在原来的10～12g/Kg基础上降为目前的4.12～4.71g/Kg的低发尘率。
文档编号B23K35/30GK1803383SQ20061000205
公开日2006年7月19日 申请日期2006年1月24日 优先权日2006年1月24日
发明者蒋建敏, 李现兵, 贺定勇, 董娜 申请人:北京工业大学