不锈钢麻花辫焊接材料及其制作方法与流程

本发明涉及焊接技术领域，尤其是涉及不锈钢麻花辫焊接材料及其制作方法。

背景技术：

不锈钢焊接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，不锈钢的物理特点是导热系数低，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不锈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。

在此之前，国内有人开发过气保焊麻花钢丝绳焊丝，见《电焊机》1981年02期《用麻花焊丝的窄间隙气体保护焊》，但钢丝绳焊丝的刚度很差，在自动送丝时稳定性差，在高温熔化时扭曲摆动，导致电弧不稳、焊缝宽窄不一、成型较差，容易出现咬边、侧壁未熔合等缺陷而未能有效推广。而焊接时用钢丝绳麻花焊丝的稳定性更差，也未见使用成功的案例和文献。

因此，现有不锈钢焊接材料焊接时热输入量较高，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了一种不锈钢麻花辫焊接材料及其制作方法，该不锈钢麻花辫焊接材料及其制作方法能够提供不锈钢埋弧焊、氩弧焊和气保焊等多种焊接材料，其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。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种不锈钢麻花辫焊接材料，包括焊芯和若干股钢丝束，其中，

所述焊芯整体呈圆条状，

所述钢丝束沿轴线方向包裹在所述焊芯的外表面上，沿所述焊芯的圆周捻股成型，且每股所述钢丝束由若干根细线丝捻股而成。

更进一步地，所述钢丝束的数量为5～20股，每股所述钢丝束包括3～15根细线丝。

更进一步地，所述焊芯的直径为焊接材料整体直径的1/4～1/2。

更进一步地，所述焊芯采用不锈钢盘圆线材。

更进一步地，所述细线丝的直径为0.05～0.8mm。

本发明还提供了一种不锈钢麻花辫焊接材料的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、制作细线丝：坯料选择不锈钢盘圆线材，将不锈钢盘圆线材进行多次拉拔，拉拔完成后进行退火热处理，得到细线丝；

步骤2、制作钢丝束：将步骤1中得到的细线丝通过捻股机进行捻股处理，捻股完成后进行在线去除油脂的高温热处理；

步骤3、制作焊芯：坯料选择不锈钢盘圆线材，将不锈钢盘圆线材进行多次拉拔，拉拔完成后进行退火热处理，得到焊芯；

步骤4、制作成不锈钢麻花辫焊接材料：将步骤2中得到的钢丝束沿轴线方向均布包裹在步骤3中得到的焊芯的外表面上，利用捻股机将上述钢丝束沿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，得所述不锈钢麻花辫焊接材料。

更进一步地，在步骤1中，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2～4分钟。

更进一步地，在步骤2中，钢丝束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2～4分钟。

更进一步地，在步骤3中，焊芯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2～4分钟。

更进一步地，在步骤4中，得到的不锈钢麻花辫焊接材料进行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2～4分钟，热处理完成后出炉进行水冷，水冷完成后采用干燥炉进行烘干，烘干温度为100～300℃。

本发明，采用的不锈钢麻花辫焊接材料，熔化速度快，与传统实芯焊接材料相比，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。

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为实施例1中不锈钢麻花辫埋弧焊焊接材料的示意图；

图2为实施例2中不锈钢麻花辫气保焊焊接材料的示意图。

附图标记：

1-焊芯 2-钢丝束 3-细线丝

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。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

根据图1至图2所示，本发明提供了一种不锈钢麻花辫焊接材料，包括焊芯1和若干股钢丝束2。

其中，焊芯1整体呈圆条状，钢丝束2沿轴线方向包裹在焊芯1的外表面上，沿焊芯1的圆周捻股成型，且每股钢丝束2由若干根细线丝3捻股而成。焊芯在中心处起到整体支撑稳固的作用，且钢丝束与焊芯的连接采用捻股制作，结构紧凑稳固且均匀分布。

在本方案中，钢丝束2的数量为5～20股，每股钢丝束2包括3～15根细线丝3。

在本方案中，焊芯1的直径为焊接材料整体直径的1/4～1/2。因为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。

在满足上述直径要求的基础上，在本方案中，焊芯的直径为1～2.5mm。细线丝的直径为0.05～0.8mm。

本发明还提供了一种不锈钢麻花辫焊接材料的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、制作细线丝3：坯料选择不锈钢盘圆线材，将不锈钢盘圆线材进行多次拉拔，拉拔完成后进行退火热处理，得到细线丝；在本步骤中采用的坯料为直径5～20mm的不锈钢盘圆线材，材料选用铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、铁素体+奥氏体不锈钢、超级奥氏体不锈钢或者镍基不锈钢材料。

步骤2、制作钢丝束2：将步骤1中得到的细线丝通过捻股机进行捻股处理，捻股完成后进行在线去除油脂的高温热处理。

步骤3、制作焊芯1：坯料选择不锈钢盘圆线材，将不锈钢盘圆线材进行多次拉拔，拉拔完成后进行退火热处理，得到焊芯；在本步骤中采用的坯料为直径5～20mm的不锈钢盘圆线材，材料选用铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、铁素体+奥氏体不锈钢、超级奥氏体不锈钢或者镍基不锈钢材料。

步骤4、制作成不锈钢麻花辫焊接材料：将步骤2中得到的钢丝束沿轴线方向均布包裹在步骤3中得到的焊芯的外表面上，利用捻股机将上述钢丝束沿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，得所述不锈钢麻花辫焊接材料。在本步骤中，进行去除油脂的高温热处理的作用是为了将不锈钢盘圆线材在拉拔和捻股的过程中吸附的润滑油脂烧毁，以确保不锈钢麻花辫焊接材料成品的表层及钢丝束里面都没有任何油脂成分，避免焊接时产生气孔和夹渣。

在步骤1中，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2～4分钟。在本步骤中，填充的保护气体采用氮气、氩气或氢气中的一种，也可以选用其他气体。

在步骤2中，钢丝束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2～4分钟。在本步骤中，填充的保护气体采用氮气、氩气或氢气中的一种，也可以选用其他气体。

在步骤3中，焊芯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2～4分钟。在本步骤中，填充的保护气体采用氮气、氩气或氢气中的一种，也可以选用其他气体。

在步骤4中，得到的不锈钢麻花辫焊接材料进行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2～4分钟，热处理完成后出炉进行水冷，水冷完成后采用干燥炉进行烘干，烘干温度为100～300℃。在本步骤中，填充的保护气体采用氮气、氩气或氢气中的一种，也可以选用其他气体。

本方案提供的不锈钢麻花辫焊接材料，由于焊接速度提高，焊接热输入量降低，特别适合厚板不锈钢材料的对接焊，以及碳钢(或铬钼钢)+不锈钢堆焊的焊接，直径0.8～2.0mm的不锈钢麻花辫焊接材料适合手工、半自动氩弧焊、半自动气保焊和机器人气保焊的焊接；且本方案中提供的不锈钢麻花辫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，且焊接材料在焊接时所用的焊剂与传统焊丝相同，焊剂不需要进行重新选配或重新设计配方，具有简单方便实用的特点；而且本方案中提供的不锈钢麻花辫焊接材料及其制作方法，还可以对相关国防装备、核电、电力和石化设备等不锈钢重要设备的焊接起到极大的科技支撑作用。

本发明，采用的不锈钢麻花辫焊接材料，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。

本方案中的不锈钢麻花辫焊接材料可以用于埋弧焊、气保焊以及氩弧焊等多种焊接方式中，以下通过埋弧焊和气保焊的实施例对本发明中不锈钢麻花辫焊接材料及其制作方法做进一步的说明。

实施例1：一种用于埋弧焊焊接材料的实施例

根据图1所示，不锈钢麻花辫埋弧焊焊接材料的直径取4.0mm，焊芯1直径为2.0mm，采用3根细线丝3合成一股钢丝束2，共有9股钢丝束2与焊芯1捻股成不锈钢麻花辫埋弧焊焊接材料，其制作步骤如下：

1、制作细线丝3：将直径5.5mm的不锈钢盘圆线材经过多次拉拔至直径为0.5mm的细线丝，送热处理炉进行自动送丝退火热处理，热处理温度800℃，炉内保温热处理时间3分钟。

2、制作钢丝束2：将步骤1中得到的细线丝通过捻股机进行捻股处理，按3根细线丝为一股捻股合成钢丝束，捻股完成后进行在线去除油脂的高温热处理，热处理温度800℃，炉内保温热处理时间3分钟。

3、制作焊芯1：将直径为5.5mm的不锈钢盘圆线材拉拔成直径为2.0mm的单根焊芯，然后送热处理炉进行1050℃在线退火热处理，炉内保温热处理时间3分钟。

4、制作成不锈钢麻花辫埋弧焊焊接材料：将单根焊芯置于中心轴上，用捻股机将9股钢丝束沿轴向均匀分布于焊芯的外表面上，进行再次捻股，捻股完成后按800℃、保温2分钟进行去除油脂的高温热处理，然后进行水冷处理，水冷后置于200℃干燥炉中进行干燥处理。

不锈钢麻花辫埋弧焊焊接材料与现有焊丝的比较：

不锈钢麻花辫埋弧焊焊接材料的直径为4.0mm，在同等焊接坡口型式下，其正常热输入量的焊接工艺与现有埋弧焊较低热输入量的焊接工艺比较如下：

通过比较，不锈钢麻花辫埋弧焊焊接材料的焊接热输入量大约只有现有埋弧焊焊丝的58％，因此，本实施例中提供的不锈钢麻花辫埋弧焊焊接材料在焊接时的热输入量低，对母材热影响区的有害作用小，而且焊接效率高、质量好、成型美观。

由于不锈钢麻花辫焊接材料的热输入量很低，其埋弧焊焊材的直径可以做到6mm，使熔敷金属一次性填充的体积更多，效率更高。

实施例2：一种用于气保焊焊接材料的实施例

根据图2所示，不锈钢麻花辫气保焊焊接材料的直径取2.0mm，焊芯1直径为0.92mm，采用7根细线丝3合成一股钢丝束2，共有9股钢丝束2与焊芯1捻股成不锈钢麻花辫气保焊焊接材料，其制作步骤如下：

1、制作细线丝3：将直径5.5mm的不锈钢盘圆线材经过多次拉拔至直径为0.18mm的细线丝，送热处理炉进行自动送丝退火热处理，热处理温度800℃，炉内保温热处理时间2分钟。

2、制作钢丝束2：将步骤1中得到的细线丝通过捻股机进行捻股处理，按7根细线丝为一股捻股合成钢丝束，捻股完成后进行在线去除油脂的高温热处理，热处理温度800℃，炉内保温热处理时间3分钟。

3、制作焊芯1：将直径为5.5mm的不锈钢盘圆线材拉拔成直径为0.92mm的单根焊芯，然后送热处理炉进行1050℃在线退火热处理，炉内保温热处理时间3分钟。

4、制作成不锈钢麻花辫气保焊焊接材料：将单根焊芯置于中心轴上，用捻股机将9股钢丝束沿轴向均匀分布于焊芯的外表面上，进行再次捻股，捻股完成后按800℃、保温2分钟进行去除油脂的高温热处理，然后进行水冷处理，水冷后置于200℃干燥炉中进行干燥处理。

不锈钢麻花辫气保焊焊接材料与现有气保焊焊丝的比较：

不锈钢麻花辫气保焊焊接材料的直径为2.0mm，在同等焊接坡口型式下，其正常热输入量的焊接工艺与现有气保焊较低热输入量的焊接工艺比较如下：

由于现有实芯气保焊丝直径粗大以后的刚性太大，送丝性能不好。一般实际使用的气保焊丝直径为1.2mm，而麻花辫气保焊丝直径可以达到2.0mm，用本设计方案获得的不锈钢麻花辫气保焊焊接材料具有刚性适中，韧性好，送丝性能好的特点，特别适合于对于熔敷金属填充量很大的插管焊和角焊的焊接要求。两种焊接材料在热输入量几乎完全相同的情况下，焊接速度却比现有气保焊丝快40％以上。根据焊材截面积来推算，直径2.0不锈钢麻花辫焊接材料一次性熔敷金属的填充量大约是直径1.2实芯焊丝填充量的2.8倍，从焊接速度高和填充量大来讲，足已充分体现出不锈钢麻花辫焊接材料的巨大优势。

由于不锈钢麻花辫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。

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。