一种药芯粉末、药芯焊丝及其应用的制作方法

1.本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种药芯粉末、药芯焊丝及其应用。


背景技术：

2.2205双相不锈钢是目前国内外应用广泛的双相不锈钢。通常采用e304l为钢带研制的双相不锈钢药芯焊丝并且在焊丝中加入大量的强化金属粉末(cr35～40％、ni13～18％、mo3～5％)来实现对2205双相不锈钢的焊接。但是采用e304l为钢带研制的双相不锈钢药芯焊丝焊接后得到的熔敷金属已不能满足对其耐腐蚀性和冲击韧性的要求。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种药芯粉末、药芯焊丝及其应用，本发明药芯焊丝的熔敷金属具有优异的耐腐蚀性能和冲击韧性，并且在焊接过程中电弧稳定、脱渣容易。
4.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
5.本发明提供了一种药芯粉末，以占药芯粉末的质量分数计，所述药芯粉末包括以下组分：
[0006][0007]
优选的，所述药芯粉末还包括镁粉。
[0008]
优选的，所述镁粉在所述药芯粉末的质量含量不高于2％
[0009]
优选的，所述药芯粉末还包括锆英砂。
[0010]
优选的，所述锆英砂在所述药芯粉末的质量含量不高于3％。
[0011]
优选的，所述过渡金属氮化物包括氮化铬与氮化锰的混合物或氮化铬。
[0012]
优选的，所述氮化铬与氮化锰的混合物中氮化铬与氮化锰的质量比不低于0.5。
[0013]
本发明还提供了一种药芯焊丝，以占药芯焊丝的质量分数计，包括e316l钢带76～80％和药芯粉末20～24％；所述药芯粉末填充在所述e316l钢带内；所述药芯粉末为上述方案所述的药芯粉末。
[0014]
本发明还提供了上述方案所述药芯焊丝在2205双相不锈钢焊接中的应用。
[0015]
优选的，所述焊接的条件包括：保护气体为co2，道间温度为16～100℃，电压为28～32v，电流为180～200a，气体流量为15l/min。
[0016]
本发明药芯粉末中加入金属铬、金属锰、金属钼，并调节金属铬、金属锰、金属钼的用量后与e316钢带相匹配使得药芯焊丝在焊接后得到含有奥氏体-铁素体双相结构的熔敷金属，奥氏体-铁素体双相结构提高了熔敷金属的耐腐蚀性能和冲击韧性；同时金属铬的添加也提高了熔敷金属的抗点蚀能力；钛铁、金属锰还作为脱氧剂形成不同了温层阶段的脱氧，减少了氧含量，从而进一步提高了熔敷金属的冲击韧性和抗裂性能；药芯含有大量的长石，这使得使电弧燃烧更稳定、熔滴更细小；通过调整金红石的含量使焊接时熔池中渣具有适宜的比表粘度，从而使焊缝脱渣更容易。由于电弧稳定、脱渣容易，焊缝的成形更为美观。
[0017]
进一步地，本技术通过添加氮化铬与氮化锰的混合物或氮化铬，在保持相平衡的基础上进一步提高了焊接接头的耐蚀性，从而保证了高温状态下熔敷金属强度。
具体实施方式
[0018]
本发明提供了一种药芯粉末，以药芯粉末的质量分数计，所述药芯粉末包括以下组分：
[0019][0020][0021]
在本发明中，所述药芯粉末的粒径优选为60目。
[0022]
在本发明中，以药芯粉末的质量分数计，所述药芯粉末包括金属铬38～48％，优选为40～45％，更优选为42～43％。金属铬可以向焊缝金属中过渡合金元素，并能够改善熔敷金属的抗点蚀能力。
[0023]
以药芯粉末的质量分数计，所述药芯粉末包括金属钼2～8％，优选为3～8％，进一步优选为4～6％。
[0024]
以药芯粉末的质量分数计，所述药芯粉末包括金属锰2～7％，优选为3～6％，进一步优选为4～5％。
[0025]
以药芯粉末的质量分数计，所述药芯粉末包括钛铁1～5％，优选为2～4％，进一步优选为2.5～3％。在本发明中，以所述钛铁的质量分数计，所述钛铁优选包括ti 25.0～35.0％，al≤8.0％，si≤4.5％，p≤0.05％，s≤0.03％，c≤0.10％，cu≤0.40％，mn≤2.5％，fe余量。钛铁的作用在焊接冶金过程中进行先期脱氧，从而降低对其它金属的过度的脱氧性，从而达到保护和提高。
[0026]
以药芯粉末的质量分数计，所述药芯粉末包括金红石15～28％，优选为22～26％，进一步优选为24～25％。在本发明中，以所述金红石的质量分数计，所述金红石包括tio295.64％，fe2o30.87％，al2o30.42％，cr2o30.12％，nb2o50.33％，sio20.82％，v2o30.54％，zro20.87％，余量的杂质。金红石是熔渣形成主要组分，可以改善熔渣的覆盖性和焊后的脱渣性。
[0027]
以药芯粉末的质量分数计，所述药芯粉末包括长石13～20％，优选为14～17％，进一步优选为15～16％。在本发明中，以所述长石的质量分数计，所述长石包括sio266～72％，al2o315～17.5％，fe2o30.15～0.20％，k2o
[0028]
11.5～12.5％，na2o 2.0～4.0％，s≤0.05％，p≤0.05％，余量的杂质。长石主要的作用是造渣剂，并能调节熔渣的物化性能，由于含k2o及na2o，有助于提高电弧稳定性、细化熔滴和提高熔化系数。
[0029]
以药芯粉末的质量分数计，所述药芯粉末包括硅酸锂2～8％，优选为3～6％，进一步优选为4～5％。硅酸锂除了作为造渣剂以外还可以调节渣的粘度，促进熔滴细化，增加铁水流动性。
[0030]
以药芯粉末的质量分数计，所述药芯粉末包括氟化钠1～5％，优选为2～4％，进一步优选为2.5～3％。氟化钠作为生渣剂，去氢剂，还可以调节渣的粘度。
[0031]
以药芯粉末的质量分数计，所述药芯粉末包括过渡金属氮化物1～7％，优选为2～6％，进一步优选为3～5％。在本发明中，所述过渡金属氮化物优选包括氮化铬与氮化锰的混合物或氮化铬，所述氮化铬与氮化锰的混合物中氮化铬与氮化锰的质量比优选不低于0.5。过渡金属氮化物的作用是作为2205双相不锈钢间隙连接物，是一种非常好的奥氏体维稳物质，而且过渡金属氮化物中的氮还能够让高铬和高铬镍钢的连接更密实，提升高温持久强度；同时还影响高铬铁素体晶粒成长趋势。
[0032]
在本发明中，所述药芯粉末优选还包括镁粉，所述镁粉在所述药芯粉末的质量含量优选不高于2％。与钛铁中的钛、锰脱氧剂形成不同温层阶段的脱氧，获得更好的熔敷金属力学性能。
[0033]
在本发明中，所述药芯粉末优选还包括锆英砂，所述锆英砂在所述药芯粉末的质量含量不高于3％。在本发明中，以所述锆英砂的质量分数计，所述锆英砂优选包括zro2≥60％，s≤0.05％，p≤0.22％。二氧化硅、锆英砂、金红石共同保证熔渣的覆盖及焊缝成型。
[0034]
本发明还提供了一种药芯焊丝，以药芯焊丝的质量分数计，包括e316l钢带76～80％和药芯粉末20～24％；所述药芯粉末填充在所述e316l钢带内；所述药芯粉末为上述方案所述的药芯粉末。
[0035]
在本发明中，以药芯焊丝的质量分数计，所述药芯焊丝包括e316l钢带76～80％，优选为77～78％。在本发明中，所述e316l钢带的宽度优选为9.6～10mm，厚度优选为0.38～0.42mm。在本发明中，以所述e316l钢带的质量分数计，所述e316l钢带优选包括c 0.016％，si 0.48％，mn 1.15％，p0.021％，s 0.001％，cr 17.02％，ni 10.07％，mo 2.04％，n 0.04％，fe余量。
[0036]
在本发明中，以药芯焊丝的质量分数计，所述药芯焊丝包括药芯粉末20～24％，优选为22～23％。
[0037]
在本发明中，所述药芯焊丝的直径优选为0.8～3.0mm，更优选为1.2～2.0mm，进一
步优选为1.6～1.8mm。所述药芯焊丝的制备方法优选包括以下步骤：
[0038]
将药芯粉末放入到u型e316l钢带后进行闭合、通过轧滚拉丝模进行逐道减径、拉拔，得到所述药芯焊丝。
[0039]
制备直径1.2mm的药芯焊丝时，本发明优选依次通过2.65mm、2.40mm、2.20mm、2.00mm、1.92mm、1.77mm、1.65mm、1.52mm、1.43mm、1.36mm、1.29mm、1.22mm和1.17mm的拉丝模。
[0040]
本发明将药芯粉末放入到u型e316l钢带前，优选将所述药芯粉末依次进行混合、烘干和冷却。本发明对所述混合没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方案混合均匀即可。具体的，在本发明实施例中混粉机混合30min。在本发明中，所述烘干的温度优选为150℃，时间优选为30min；所述药芯粉末的厚度优选不超过8cm。所述冷却后的药芯粉末温度优选低于60℃，且大于室温。
[0041]
本发明还提供了上述方案所述药芯焊丝在2205双相不锈钢焊接中的用。
[0042]
在本发明中，所述焊接的条件优选包括：保护气体为co2，道间温度为16～100℃，电压为28～32v，电流为180～200a，气体流量为15l/min。所述应用优选包括石油管网、压力容器、轨道交通、船舶、海洋工程和军工。
[0043]
下面结合实施例对本发明提供的药芯粉末、药芯焊丝及其应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0044]
实施例1
[0045]
以质量分数计，e316l钢带的组分为：c 0.016％，si 0.48％，mn 1.15％，p 0.021％，s 0.001％，cr 17.02％，ni 10.07％，mo 2.04％，n 0.04％，fe余量；
[0046]
以质量分数计，长石的组分为：sio269.04％，al2o315.5％，fe2o30.17％，k2o 12.2％，na2o 2.71％，s 0.02％，p 0.016％，余量的杂质；
[0047]
以质量分数计，金红石的组分为：tio295.64％，fe2o30.87％，al2o30.42％，cr2o30.12％，nb2o50.33％，sio20.82％，v2o30.54％，zro20.87％，余量的杂质；
[0048]
以质量分数计，钛铁的组分为：钛铁优选包括ti 30.07％，al 2.47％，si 2.13％，p 0.019％，s 0.007％，c 0.056％，cu 0.009％，mn 0.79％，fe余量
[0049]
选用宽度为9.6mm、厚度为0.4mm的e316l不锈钢钢带，并将其轧成u型；
[0050]
以质量百分比，将金属铬41％、金属钼4.5％、金属锰5％、钛铁3％、金红石24％、氟化钠2％、氮化铬2.5％、氮化锰1％、长石15％、锆英砂2％(所取粉末的粒度均通过60目)放入混粉机混合30min，然后经150℃装入托盘，粉剂厚度不超过8cm，烘干并保温30min，冷却至在不低于室温且小于60℃，得到药芯粉末；
[0051]
将不低于室温且小于60℃的药芯粉末加入u形的e316l不锈钢u型槽中，所述药芯粉末的质量为e316l不锈钢u型槽质量的20％，将u形槽合口，使药芯粉末包裹其中，然后分别通过直径为：2.65mm、2.40mm、2.20mm、2.00mm、1.92mm、1.77mm、1.65mm、1.52mm、1.43mm、1.36mm、1.29mm、1.22mm和1.17mm的拉丝模，逐模减径，最后使其直径达到1.2mm。
[0052]
实施例2～5
[0053]
与实施例1不同的仅是药芯粉末的组成，实施例1～5药芯粉末的组分详见表1。
[0054]
表1实施例1～5药芯粉末的组分
[0055][0056][0057]
将实施例1～5所得药芯焊丝在保护气体co2，道间温度为100℃，电压为30v，电流为190a，气体流量为15l/min的条件下进行焊接，得到熔覆金属，焊接的结果如表2所示，熔覆金属的成分如表3所示。
[0058]
表2实施例1～5药芯焊丝的焊接结果
[0059]
序号脱渣性电弧稳定性飞溅焊缝成形焊脚实施例1较好良好细、少美观适中实施例2较好良好细、少美观适中实施例3较好良好细、少美观适中实施例4较好良好细、少美观适中实施例5较好良好细、少美观适中
[0060]
表3实施例1～5药芯焊丝焊接得到的熔敷金属的性能结果
[0061][0062]
表4实施例1药芯焊丝的熔覆金属的成分
[0063][0064][0065]
表5熔覆金属的标准成分
[0066]
元素cmnsipswt％0.040.5～2.01.00.040.03元素nicrmocunwt％7.5～10.021.0-24.02.5-4.00.750.08～0.20
[0067]
由表4～5可知，本发明的熔敷金属化学成份完全符合表5中的标准要求。
[0068]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种药芯粉末，其特征在于，以占药芯粉末的质量分数计，所述药芯粉末包括以下组分：2.根据权利要求1所述的药芯粉末，其特征在于，所述药芯粉末还包括镁粉。3.根据权利要求2所述的药芯粉末，其特征在于，所述镁粉在所述药芯粉末的质量含量不高于2％。4.根据权利要求1所述的药芯粉末，其特征在于，所述药芯粉末还包括锆英砂。5.根据权利要求4所述的药芯粉末，其特征在于，所述锆英砂在所述药芯粉末的质量含量不高于3％。6.根据权利要求1所述的药芯粉末，其特征在于，所述过渡金属氮化物包括氮化铬与氮化锰的混合物或氮化铬。7.根据权利要求6所述的药芯粉末，其特征在于，所述氮化铬与氮化锰的混合物中氮化铬与氮化锰的质量比不低于0.5。8.一种药芯焊丝，其特征在于，以占药芯焊丝的质量分数计，包括e316l钢带76～80％和药芯粉末20～24％；所述药芯粉末填充在所述e316l钢带内；所述药芯粉末为权利要求1～7任一项所述的药芯粉末。9.权利要求1～8任一项所述药芯焊丝在2205双相不锈钢焊接中的应用。10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述焊接的条件包括：保护气体为co2，道间温度为16～100℃，电压为28～32v，电流为180～200a，气体流量为15l/min。

技术总结
本发明提供了一种药芯粉末、药芯焊丝及其应用，属于焊接领域。本发明药芯粉末中加入金属铬、金属锰、金属钼，并调节金属铬、金属锰、金属钼的用量后与E316钢带相匹配使得药芯焊丝在焊接后得到含有奥氏体-铁素体双相结构的熔敷金属，奥氏体-铁素体双相结构提高了熔敷金属的耐腐蚀性能和冲击韧性；同时金属铬的添加也提高了熔敷金属的抗点蚀能力；钛粉、金属锰还作为脱氧剂形成不同了温层阶段的脱氧，减少了氧含量，从而进一步提高了冲击韧性和抗裂性能；药芯含有大量的长石，这使得使电弧燃烧更稳定、熔滴更细小；通过调整金红石的含量使焊接时熔池中渣具有适宜的比表粘度，从而使焊缝脱渣更容易。脱渣更容易。


技术研发人员：高宇祥 刘思遥 刘跃庆 刘峰 田扣网 杨国平 马永峰
受保护的技术使用者：江苏九洲新材料科技有限公司
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/8/24