一种药芯焊丝的制作方法

1.本发明涉及焊接材料领域，具体涉及一种药芯焊丝。

背景技术：

2.液化气钢瓶在国内已经很普及，目前液化气钢瓶在东南亚以及非洲地区也正在受到追捧，尤其是车载式的液化气钢瓶，在人们的生活中起了很大的作用。目前对于液化气钢瓶的制造如今的研究还在不断的进步，液化气钢瓶的制造整体上还是比较简单的，但因为跟人们的生活息息相关所以它的生产安全关系重大，所以液化气钢瓶的生产要求较高。
3.熔化极混合气体保护焊已经成为一种优质、高效、低成本的焊接方法。由于熔化极混合气体保护焊熔敷速度快、生产效率高、易实现机动化，与其他焊接方法相比具有下列特点：1)焊接时电流密度大，熔敷速度快，焊接效率高；2)烟尘小，工作环境较好；3)焊接电弧稳定，飞溅少，焊缝成型好。将熔化极混合气体保护焊运用到液化气钢瓶的焊接上，将很大程度上减少环境污染、降低劳动强度、提高生产效率，降低制造成本。液化气钢瓶焊接需要一种合适的焊丝满足液化气钢瓶焊接高韧性，高焊接强度，以及较好的平整度的要求。

技术实现要素：

4.鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供一种药芯焊丝，以满足液化气钢瓶焊接时焊缝抗拉强度和韧性良好，平整度较高的要求。
5.为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种药芯焊丝，用于焊接液化气钢瓶，所述药芯焊丝包括钢带和填充于所述钢带的药芯，以所述药芯的质量百分比计，所述药芯包括以下组分：低碳锰铁6～9％、硅锰合金8～10％、硅铁4～5％、铝镁合金5～7％、石墨1～2％、钛铁1～2％、冰晶石6～8％，余量为铁粉。
6.在本发明一示例中，所述低碳锰铁中碳含量≤0.7wt％，锰含量≥80wt％，粒度大于60目的质量占比≥80％，大于120目的质量占比≥50％。
7.在本发明一示例中，所述硅铁为75#硅铁，所述硅铁中硅含量≥75wt％，所述硅铁中粒度大于60目的质量占比≥95％，粒度大于120目的质量占比≥40％。
8.在本发明一示例中，所述石墨中的碳含量≥95wt％；所述石墨的粒度大于60目。
9.在本发明一示例中，所述冰晶石中六氟铝酸钠的含量≥93wt％，粒度大于80目的质量占比≥95％。
10.在本发明一示例中，所述硅锰合金中硅含量为20～23wt％，锰含量为62～67wt％；粒度大于40目的质量占比≥99％，大于60目的质量占比≥90％，大于160目的质量占比≤50％。
11.在本发明一示例中，所述钛铁中钛含量为37～42wt％，硅含量≤5wt％；粒度大于40目的质量占比≥99％，大于60目的质量占比≥90％，大于160目的质量占比≤50％。
12.在本发明一示例中，所述铝镁合金中铝含量为47～53wt％、锰含量≥47wt％；所述铝镁合金的粒度大于60目的质量占比≥95％，大于160目的质量占比≤30％。
13.在本发明一示例中，所述钢带为低碳钢带，所述钢带中碳含量≤0.04wt％，锰含量为0.1～0.3wt％，硅含量≤0.05wt％，磷含量≤0.025wt％，硫含量≤0.02wt％，其余为铁。
14.在本发明一示例中，所述药芯的重量是所述药芯焊丝总重量的12％～16％；所述药芯焊丝的直径为1.2mm～1.6mm。
15.本发明的药芯焊丝添加一定比例的铝镁合金、硅锰合金、钛铁、低碳锰铁和冰晶石可以降低焊缝中熔敷金属中的氧含量，提高焊缝金属的强度、抗裂性和低温冲击性；另外冰晶石还可以降低焊缝内部的扩散氢含量。钛元素和氮元素结合形成氮化钛可以降低焊缝中的氮含量，锰元素和硫元素形成硫化锰可降低焊缝中的硫含量。控制焊缝金属中氮、氢、氧、硫、磷等杂质，可以提高焊缝金属内部组织的针状铁素体的形成，进而提高焊缝金属的韧性。
具体实施方式
16.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
17.须知，本说明书中的“％”、“wt％”均代表质量百分数，“份”代表重量份数。
18.本发明的药芯焊丝用于焊接液化气钢瓶，所述药芯焊丝包括钢带和填充于所述钢带的药芯，以所述药芯的质量百分比计，所述药芯包括以下组分及各组分的重量份数分别为：低碳锰铁6～9％、硅锰合金8～10％、硅铁4～5％、铝镁合金5～7％、石墨1～2％、钛铁1～2％、冰晶石6～8％，余量为铁粉。
19.药芯中各组分的作用如下：
20.铝镁合金：铝镁合金中铝含量为47～53wt％、锰含量≥47wt％，是药芯焊丝配方中主要的强脱氧剂。在配方中加入铝镁合金药粉，容易实现电弧的喷射，高温下反应产生的氧化镁进入熔渣，有利于提高熔渣的碱度，有利于提高焊缝金属的低温韧性。随着镁含量的增加，降低硅、锰元素烧损，所以焊缝金属中的硅、锰含量增加，焊缝表面更加光亮。随着铝镁合金的增加，药芯焊丝电弧喷射状态明显改善，对焊接飞溅、焊缝成形有较好的作用，有利于保证焊缝表面的光洁度。铝镁合金的粒度大于60目的质量占比≥95％，大于160目的质量占比≤30％。本发明的药芯中铝镁合金的质量百分比为5～7％。例如铝镁合金的质量百分比可以为5％、6％或7％等5～7％范围内的任一数值。
21.硅锰合金：硅锰合金中硅含量为20～23wt％，锰含量为62～67wt％。硅锰合金作为主要脱氧剂，主要参与脱氧，同时具有渗合金作用，用于降低焊缝金属的含氧量，增加焊缝金属强度和抗裂性，提高焊缝的延伸率，并且有助于提高低温冲击韧性。硅锰合金的粒度大于40目的质量占比≥99％，大于60目的质量占比≥90％，大于160目的质量占比≤50％。本发明的药芯中硅锰合金的质量百分比为8～10％。例如硅锰合金的质量百分比可以为8％、9％或10％等8～10％范围内的任一数值。
22.钛铁：钛铁中钛含量为37～42wt％，硅含量≤5％，主要作用是提高焊缝金属的韧性，并有脱氧、稳弧、促使熔滴以雾状过渡和实现焊缝成型细而光亮的作用。但其只在很窄的含量范围内才对韧性有利，含量过多反而会降低韧性，钛铁能促进针状铁素体的形成，细化晶粒，增加晶界面积，提高材料的力学性能，并有良好的造渣作用。钛元素还可以形成稳定的碳化物，加入钛元素还可防止晶间腐蚀，并且钛可与氮结合为氮化钛形核质点，降低焊缝氮含量，进一步提高冲击韧性。钛铁的粒度大于40目的质量占比≥99％，大于60目的质量占比≥90％，大于160目的质量占比≤50％。本发明的药芯中钛铁的质量百分比为1～2％。例如钛铁的质量百分比可以为1％、1.5％或2％等1～2％范围内的任一数值。
23.低碳锰铁：低碳锰铁中碳含量≤0.7wt％，锰含量≥80wt％。锰是重要的脱氧剂，同时也是焊缝金属重要的合金剂。对焊缝金属的强度和韧性有重要影响。锰可以降低奥氏体向铁素体转变温度，促进af(针状铁素体)形成，锰含量增加可以提高焊缝的低温冲击韧性，但过高时会降低焊缝的低温冲击韧性，此外，锰还能与硫形成硫化锰，降低焊缝的杂质含量。低碳锰铁的粒度大于60目的质量占比≥80％，大于120目的质量占比≥50％。本发明的药芯中低碳锰铁的质量百分比为6～9％。例如低碳锰铁的质量百分比可以为6％、8％或9％等6～9％范围内的任一数值。
24.冰晶石：冰晶石中六氟铝酸钠的含量≥93wt％，其主要作用为脱氢，降低焊缝内部的扩散氢含量，同时可以起到脱氧作用并且稳定电弧。冰晶石的粒度大于80目的质量占比≥95％。本发明的药芯中冰晶石的质量百分比为6～8％，例如冰晶石的质量百分比可以为6％、7％或8％等6～8％范围内的任一数值。
25.石墨：石墨中的碳含量≥95wt％，石墨参与脱氧反应，降低焊缝氧含量并过渡部分碳到焊缝中，增加屈服强度和抗拉强度。石墨的粒度大于60目。本发明的药芯中石墨的质量百分比为1～2％，例如石墨的质量百分比可以为1％、1.5％或2％等1～2％范围内的任一数值。
26.硅铁：硅铁为75#硅铁，硅铁中硅含量≥75wt％，硅元素可以参与脱氧，减少焊缝中的氧含量，而且硅元素可以增强熔池的流动性，使得焊缝更加平整。硅铁的粒度大于60目的质量占比≥95％，粒度大于120目的质量占比≥40％。本发明的药芯中硅铁的质量百分比为4～5％，例如硅铁的质量百分比可以是4％、4.5％或5％等4～5％范围内的任一数值。
27.在一实施例中，钢带为低碳钢带，所述钢带中碳含量≤0.04wt％，锰含量为0.1～0.3wt％，硅含量≤0.05wt％，磷含量≤0.025wt％，硫含量≤0.02wt％，其余为铁。
28.在一实施例中，药芯的填充率即药芯的重量是所述药芯焊丝总重量的12％～16％；药芯焊丝的直径为1.2mm～1.6mm。例如药芯的填充率可以是12％、14％或16％等12％～16％范围内的任一数值，药芯焊丝的直径可以是1.2mm、1.4mm或1.6mm等1.2mm～1.6mm范围内的任一数值。
29.下面通过一些具体的实施例对本发明进行详述。以下实施例中所使用的药品均可通过一般的商业手段获得。
30.实施例1
31.本实施例的药芯焊丝包括钢带和填充于所述钢带的药芯，其中，以所述药芯的质量百分比计，所述药芯包括以下组分：低碳锰铁6％、硅锰合金10％、硅铁4％、铝镁合金7％、石墨1％、钛铁2％、冰晶石7％，余量为铁粉。药芯焊丝直径1.2mm，填充率14％。
32.实施例2
33.本实施例的药芯焊丝包括钢带和填充于所述钢带的药芯，其中，以所述药芯的质量百分比计，所述药芯包括以下组分：低碳锰铁7％、硅锰合金8％、硅铁4.5％、铝镁合金6％、石墨1.5％、钛铁1％、冰晶石8％、余量为铁粉。药芯焊丝直径1.2mm，填充率12％。
34.实施例3
35.本实施例的药芯焊丝包括钢带和填充于所述钢带的药芯，其中，以所述药芯的质量百分比计，所述药芯包括以下组分：低碳锰铁9％、硅锰合金8％、硅铁5％、铝镁合金6％、石墨2％、钛铁1.5％、冰晶石6％、余量为铁粉。组分总含量100％。药芯焊丝直径1.4mm，填充率15％。
36.实施例4
37.本实施例的药芯焊丝包括钢带和填充于所述钢带的药芯，其中，以所述药芯的质量百分比计，所述药芯包括以下组分：低碳锰铁8％、硅锰合金9％、硅铁4％、铝镁合金5％、石墨2％、钛铁2％、冰晶石6％、余量为铁粉。药芯焊丝直径1.6mm，填充率16％。
38.实施例1～4的药芯焊丝中钢带的组分含量如表1所示，药芯中各组分含量如表2所示。按相关标准规范对上述实施例1～4的药芯焊丝焊接性能测试，焊接参数如表3所示，熔敷金属性能如表4所示，药芯焊丝的对接接头试板弯曲性能测试如表5所示。焊接时，配合混合气体(80％ar+20％co2)保护进行焊接，使用两种气体混合焊接时，能够充分发挥各自的优势，又能避免各自的劣势。ar气成分改善焊接表面的质量，减少co2带来的飞溅，同时co2成分使得电弧的稳定性得到增强，热传导得到提高，并且使用混合气焊接，减少co2气体分解成的co和o2与焊丝内的锰、硅等元素反应，使得更多的元素融入到焊缝熔池之中，能够有利于提高焊缝强度以及韧性。
39.表1实施例1～4的钢带组分含量
[0040][0041]
表2实施例1～4的药芯焊丝中药芯组分含量
[0042][0043]
表3实施例1～4药芯焊丝的熔敷金属试板的焊接参数
[0044][0045]
表4：实施例1～4药芯焊丝的熔敷金属性能
[0046][0047]
表5：实施例1～4药芯焊丝的对接接头试板弯曲性能
[0048][0049]
从表4和表5的试验结果可以看出，实施例1～4的药芯焊丝熔敷金属的有良好的拉伸强度、屈服强度和延伸率及良好的低温冲击性，利用实施例1～4制备的药芯焊接的材料有良好的拉伸强度和弯曲性能，接头性能良好。本发明的药芯焊丝焊接时适合大电流焊接，其熔滴为细小颗粒过渡，飞溅小、电弧稳定，焊缝表面无渣、光泽，节省焊后打磨处理的工序，既能提高焊接效果，并且保证焊缝的美观，具有良好的强度、延伸率和冲击韧性，能够具有良好耐压性、气密性以及抗疲劳性，保证钢瓶在使用过程中的安全可靠的性能，因此本发明的药芯焊丝适用于液化气钢瓶的焊接。
[0050]
本发明的药芯焊丝添加一定比例的铝镁合金、硅锰合金、钛铁、低碳锰铁和冰晶石可以降低焊缝中熔敷金属中的氧含量，提高焊缝金属的强度、抗裂性和低温冲击性；另外冰晶石还可以降低焊缝内部的扩散氢含量。钛元素和氮元素结合形成氮化钛可以降低焊缝中的氮含量，锰元素和硫元素形成硫化锰可降低焊缝中的硫含量。控制焊缝金属中氮、氢、氧、硫、磷等杂质，可以提高焊缝金属内部组织的针状铁素体的形成，进而提高焊缝金属的韧性。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。
[0051]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：

1.一种药芯焊丝，用于焊接液化气钢瓶，其特征在于，所述药芯焊丝包括钢带和填充于所述钢带的药芯，以所述药芯的质量百分比计，所述药芯包括以下组分：低碳锰铁6～9％、硅锰合金8～10％、硅铁4～5％、铝镁合金5～7％、石墨1～2％、钛铁1～2％、冰晶石6～8％，余量为铁粉。2.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述低碳锰铁中碳含量≤0.7wt％，锰含量≥80wt％，粒度大于60目的质量占比≥80％，大于120目的质量占比≥50％。3.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述硅铁为75#硅铁，所述硅铁中硅含量≥75wt％，所述硅铁中粒度大于60目的质量占比≥95％，粒度大于120目的质量占比≥40％。4.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述石墨中的碳含量≥95wt％；所述石墨的粒度大于60目。5.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述冰晶石中六氟铝酸钠的含量≥93wt％，粒度大于80目的质量占比≥95％。6.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述硅锰合金中硅含量为20～23wt％，锰含量为62～67wt％；粒度大于40目的质量占比≥99％，大于60目的质量占比≥90％，大于160目的质量占比≤50％。7.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述钛铁中钛含量为37～42wt％，硅含量≤5wt％；粒度大于40目的质量占比≥99％，大于60目的质量占比≥90％，大于160目的质量占比≤50％。8.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述铝镁合金中铝含量为47～53wt％、锰含量≥47wt％；所述铝镁合金的粒度大于60目的质量占比≥95％，大于160目的质量占比≤30％。9.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述钢带为低碳钢带，所述钢带中碳含量≤0.04wt％，锰含量为0.1～0.3wt％，硅含量≤0.05wt％，磷含量≤0.025wt％，硫含量≤0.02wt％，其余为铁。10.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯的重量是所述药芯焊丝总重量的12％～16％；所述药芯焊丝的直径为1.2mm～1.6mm。

技术总结

本发明提供一种药芯焊丝，具体涉及焊接材料领域。本发明的药芯焊丝，用于焊接液化气钢瓶，所述药芯焊丝包括钢带和填充于所述钢带的药芯，以所述药芯的质量百分比计，所述药芯包括以下组分：低碳锰铁6～9％、硅锰合金8～10％、硅铁4～5％、铝镁合金5～7％、石墨1～2％、钛铁1～2％、冰晶石6～8％，余量为铁粉。本发明的药芯焊丝的焊接时飞溅小，电弧稳定，焊接工艺性良好，焊缝表面无渣、光泽，节省焊后打磨处理的工序，既能提高焊接效果，并且保证焊缝的美观，具有良好的强度、延伸率和冲击韧性，能够具有良好耐压性、气密性以及抗疲劳性。气密性以及抗疲劳性。