[发明专利]一种含钛或铌奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及一种含钛或铌奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝，属于材料加工工程的焊接领域。

背景技术

不锈钢以其优良的耐腐蚀性广泛应用于石油、化工、机械、电力等行业，其中奥氏体不锈钢的应用最为广泛，最为典型的奥氏体不锈钢为304不锈钢，含有18wt％Cr和8wt％Ni，其他奥氏体不锈钢则在304不锈钢基础上衍生而来。

304不锈钢在大气等介质环境下有优异的耐腐蚀性能，但焊接或热处理过程会改变其组织或应力状态，增加不锈钢对腐蚀破坏的敏感性，产生晶间腐蚀、点蚀等，其中以晶间腐蚀最为常见。304不锈钢发生晶间腐蚀的原因是在焊接或热处理过程中，富铬的M₂₃C₆型碳化物在晶界析出，其周围将形成贫铬区，促使晶界的快速腐蚀，降低不锈钢的耐晶间腐蚀性能。

为改善304不锈钢的耐晶间腐蚀性能，通常在304不锈钢中添加稳定化元素钛或铌。钛或铌优先与碳结合形成MC型碳化物，以固定不锈钢中的碳，阻止M₂₃C₆型碳化物的析出，而且MC型碳化物在焊接或热处理过程中不会发生溶解或分解，可提高不锈钢的耐晶间腐蚀性能。

焊接含稳定化元素钛或铌的不锈钢时，为保证焊缝金属的耐腐蚀性能与母材金属匹配，必须同样使用含稳定化元素的焊丝。但在不锈钢焊丝中添加铌后，焊接时极易造成严重的粘渣。这是由于焊接过程中，铌优先和氧结合生成NbO，与渣中的FeO、MnO等结合，形成体心立方晶格的尖晶石型化合物MeO·Me₂O₃，这种尖晶石型化合物的晶格常数与FeO的晶格常数相差不大，两者可以联成共同晶格，使熔渣和焊缝金属通过FeO薄膜而牢固地联系起来，导致焊丝脱渣性恶化，焊缝金属表面出现粘渣现象。

另外焊接含钛或铌不锈钢，要求焊接材料具有良好的焊接工艺性能，如焊缝成形优良，电弧稳定性高，焊接飞溅少等，特别是焊缝成形质量，是影响焊接接头质量的重要因素。若焊缝成形质量差，易导致焊缝应力集中，降低焊接接头强度和耐腐蚀性能，引起不锈钢构件失效。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于含钛或铌奥氏体不锈钢焊接用的药芯焊丝，该焊丝具有良好的焊接工艺性能，脱渣性好、焊接飞溅小，焊缝成形质量高，适用于含钛或铌奥氏体不锈钢的全位置焊接。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种含钛或铌奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝，由药粉和外用不锈钢带组成，所述药芯占焊丝总重量的21.0～25.0％，药芯由以下重量百分含量的组分组成：铬粉15.0～18.0％，镍粉9.5～11.0％，铌铁4.0～5.0％，电解锰4.0～6.0％，硅钙合金粉1.0～3.0％，金红石10.0～15.0％，石英3.5～5.0％，锆英砂15.0～20.0％，长石6.0～11.0％，冰晶石1.5～2.5％，碳酸锂0.5～1.0％，氧化铋0.5～0.8％，铁粉余量。

所述的含钛或铌的奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝为酸性渣系，主要由二氧化钛(TiO₂)、二氧化锆(ZrO₂)和二氧化硅(SiO₂)组成，其来自于焊丝药粉中的造渣组元，如金红石、石英、长石、锆英砂等。药芯中的各组分在焊接过程中所起的作用为：

铬粉：向焊丝熔敷金属中过渡铬元素。

镍粉：向焊丝熔敷金属中过渡镍元素。

铌铁：向焊丝熔敷金属中过渡铌元素，提高焊缝金属的耐晶间腐蚀性能。

电解锰：脱氧、脱硫，并向焊丝熔敷金属中过渡锰元素。锰与硅元素(主要来自硅钙合金)保持适当比例，可联合脱氧，形成熔点低、密度小的硅酸锰，在钢液中处于液态，容易聚合成半径大的质点，浮到渣中，降低钢液和焊缝金属中的含氧量，减少氧化铌的形成。

硅钙合金粉：硅、钙联合脱氧，减少铌元素的氧化。

金红石：主要的造渣剂，可以改善焊缝金属的脱渣性和成形质量，适量的金红石可改善电弧稳定性，但加入量过多反而会降低电弧质量。

石英：主要的造渣剂，增加熔渣的酸度，调整熔渣的粘度和氧化性，但加入量过多会增加熔敷金属中氧化物夹杂量，降低焊缝成形质量。

锆英砂：主要的造渣剂，调整熔渣的物理化学性能，改善焊缝金属的脱渣性，提高熔化系数，锆英砂中的二氧化锆在焊接过程中发生晶型变化，引起熔渣热膨胀系数的改变，也有利于焊缝金属的脱渣。