51CrV4弹簧钢用自保护型药芯焊丝及其制备方法技术

本发明专利技术公开了51CrV4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：锰粉8％‑12％，铬粉6％‑10％，钒粉2％‑5％，硅粉1％‑2％，氟化钡28％‑33％，大理石7％‑10％，铝镁合金6％‑11％，金红石10％‑13％，石英砂10％‑15％，以上组分质量百分比之和为100％，具有焊接飞溅少、焊缝成型美观、良好焊接工艺性能的优点，可用于连续送丝自动焊机，具有节约保护气体和较高的生产线率；利用矿物渣系产生熔渣和保护气体，使焊接时形成的熔池得到保护，起到了自保护的作用；本发明专利技术51CrV4弹簧钢用自保护型药芯焊丝的制备方法简单，操作方便，适用性强，可用于批量化生产。

【技术实现步骤摘要】
51CrV4弹簧钢用自保护型药芯焊丝及其制备方法
本专利技术属于焊接材料及其制备方法
，具体涉及一种51CrV4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，本专利技术还涉及该药芯焊丝的制备方法。
技术介绍
弹簧钢为一类重要的建设钢材原料，其适用领域非常广泛，包括火车、汽车等基础设施。自从我国铁路车辆提出了“提速、重载、安全”的要求以来，在过去的几年里我国将铁路路线扩张了20000公里，其中13000公里的设计时速达350km。汽车行业同样是弹簧钢下游产业的主体，每年制造汽车所需要的弹簧杆成品大概份额是总量的六成以上。51CrV4弹簧钢属于碳含量范围处于0.5％～0.7％的中碳钢，其主要是由C：0.47～0.55、S：≤0.025、Si：≤0.4、Mn：0.7～1.1、P：≤0.025、Cr：0.9～1.2、V：0.1～0.25、Cu+Sn：Cu+Sn≤0.6的组成。目前51CrV4弹簧钢广泛应用于铁路建设、汽车制造，具有良好的力学性能和工艺性能，淬透性较高等优点。在工业应用中，经调制处理(淬火+回火)使其获得优良的强韧性匹配。弹簧钢的优良性能主要取决于合金中各种元素的取长补短，主加元素为Mn、Cr、Si等增大钢的淬透性和提高钢的综合力学性能。在此基础上辅加元素V等碳化物形成元素，起着降低热敏感性与回火脆性，消除某些冶金缺陷，进一步提高淬透性，与此同时V还阻止α相的再结晶，能保持细小的晶粒，使α相也能保持足够的强度。目前，市场上51CrV4弹簧钢的匹配焊材种类稀少，而且冲击韧性较差，往往导致其在工程应用中失效。另外关于51CrV4弹簧钢焊接问题仅有少量焊接工艺方面的报道，尚未见关于其熔焊自保护型药芯焊丝的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种51CrV4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，该药芯焊丝在焊接过程中飞溅少、焊缝成型规整美观且具有良好的焊接工艺性能。本专利技术的另一个目的是提供51CrV4弹簧钢用自保护型药芯焊丝的制备方法。本专利技术所采用的技术方案是，51CrV4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：锰粉8％-12％，铬粉6％-10％，钒粉2％-5％，硅粉1％-2％，氟化钡28％-33％，大理石7％-10％，铝镁合金6％-11％，金红石10％-13％，石英砂10％-15％，以上组分质量百分比之和为100％。本专利技术的特点还在于，焊皮为低碳钢钢带。焊丝中的药芯粉末的填充量为20wt％-30wt％。本专利技术所采用的另一个技术方案是，51CrV4弹簧钢用自保护型药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，按质量百分比分别称取锰粉8％-12％，铬粉6％-10％，钒粉2％-5％，硅粉1％-2％，氟化钡28％-33％，大理石7％-10％，铝镁合金6％-11％，金红石10％-13％，石英砂10％-15％，以上组分质量百分比之和为100％；步骤2，将步骤1称取的氟化钡、大理石、铝镁合金、石英砂混合得到混合药粉A，向混合药粉A中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中烧结，碾碎、过筛，得到混合药粉B；步骤3，将步骤1称取的锰粉、铬粉、钒粉、硅粉、金红石粉与步骤2得到的混合药粉B混合均匀，置于真空烘干炉中烘干，得到药芯粉末；步骤4，通过药芯焊丝制丝机把步骤3得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，得到焊丝半成品，然后进行第一道拉拔工序，第一道拉拔工序采用的磨具孔径为2.6mm，第一道拉拔工序前用丙酮将低碳钢钢带擦拭干净；步骤5：第一道拉拔工序完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm进行后序拉拔，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.2mm；步骤6：焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到51CrV4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，用绕丝机将得到的药芯焊丝缠绕在焊丝盘上待用。本专利技术的特点还在于，步骤2中：烧结温度为650℃-750℃，烧结时间为4h-6h，过筛粒度60目-140目。步骤2中：混合药粉A与水玻璃粘结剂的质量比为5:1。步骤3中：烘干温度为200℃-250℃，烘干时间为2h。步骤4中：低碳钢钢带的宽度为7mm，厚度为0.3mm。步骤4中：焊丝中药芯粉末的的填充量为20wt％-30wt％。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术51CrV4弹簧钢用自保护型药芯焊丝和合金钢焊条、实心焊丝相比，具有焊接飞溅少、焊缝成型美观、良好焊接工艺性能的优点，可用于连续送丝自动焊机，具有节约保护气体和较高的生产线率；利用矿物渣系产生熔渣和保护气体，使焊接时形成的熔池得到保护，起到了自保护的作用；(2)本专利技术51CrV4弹簧钢用自保护型药芯焊丝的制备方法简单，操作方便，适用性强，可用于批量化生产。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术51CrV4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：锰粉8％-12％，铬粉6％-10％，钒粉2％-5％，硅粉1％-2％，氟化钡28％-33％，大理石7％-10％，铝镁合金6％-11％，金红石10％-13％，石英砂10％-15％，以上组分质量百分比之和为100％；焊皮为低碳钢钢带；焊丝中的药芯粉末的填充量为20wt％-30wt％。本专利技术药芯焊丝中各组分的作用和功能如下：铬的作用主要是增加焊缝的淬透性，作用机理是Cr元素溶入奥氏体后，使得珠光体转变C曲线显著右移，甚至珠光体转变的C曲线在图上消失，其特点是在珠光体转变区，过冷奥氏体具有十分高的稳定性，降低了临界冷却速度，从而提高焊缝的淬透性；钒是碳化物形成元素，起着降低热敏感性与回火脆性，消除某些冶金缺陷，进一步提高淬透性，与此同时还能细化晶粒，从而提高焊缝的强度；硅在钢中不形成碳化物，而是以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中。锰是较好的脱氧剂和脱硫剂，在钢中添加适量Mn能够显著提高钢的淬透性。锰对钢的硬度和冲击韧性影响也很大，硬度随锰含量的提高而上升，冲击韧度则随之下降。锰既可以和铁形成固溶体，从而提高钢的硬度和强度；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。此外，锰在钢中可以降低临界转变温度，起到细化珠光体的作用。氟化钡的加入比较容易获得理想的气保护和渣保护气氛，能起到很好的造渣、造气和去氢的作用，另外BaF2还具有更好的脱磷作用；大理石主要成分为CaCO3，其不存在融化相，在电弧空间能直接由固相分解，形成CaO和大量的CO2气体，一方面可以提高熔渣碱度、净化焊缝，另一方面生成的气体能够包围在焊接反应区外，将熔熔池与有害的空气隔离开，起到有效的气体保护作用；铝和镁都是很好的脱氧剂，在自保护药芯焊丝中加入适量的Al和Mg可以起到很好的先期脱氧以及固氮的作用，其氧化反应产物Al2O3和MgO是作为重要的中性氧化物和碱性氧化物，能够调节熔渣的碱度，改善焊丝的工艺性能；金红石的加入，可以使焊丝药芯在焊接熔化的过程中实现“短渣”的特性，由于TiO2在焊接高温下粘度较低，对焊缝熔态金属的铺展十分有利，而当电弧移开某一区域，这一区域TiO2的粘度将急剧增加，从而可以有效保证焊丝对全位置立向下的焊接的适应性。同时金红石还可以起到稳定电弧的作用；石英砂主要用作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.51CrV4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，其特征在于，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：锰粉8％‑12％，铬粉6％‑10％，钒粉2％‑5％，硅粉1％‑2％，氟化钡28％‑33％，大理石7％‑10％，铝镁合金6％‑11％，金红石10％‑13％，石英砂10％‑15％，以上组分质量百分比之和为100％。

【技术特征摘要】
1.51CrV4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，其特征在于，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：锰粉8％-12％，铬粉6％-10％，钒粉2％-5％，硅粉1％-2％，氟化钡28％-33％，大理石7％-10％，铝镁合金6％-11％，金红石10％-13％，石英砂10％-15％，以上组分质量百分比之和为100％。2.根据权利要求1所述的51CrV4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，其特征在于，所述焊皮为低碳钢钢带。3.根据权利要求1所述的51CrV4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，其特征在于，焊丝中的药芯粉末的填充量为20wt％-30wt％。4.51CrV4弹簧钢用自保护型药芯焊丝的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，按质量百分比分别称取锰粉8％-12％，铬粉6％-10％，钒粉2％-5％，硅粉1％-2％，氟化钡28％-33％，大理石7％-10％，铝镁合金6％-11％，金红石10％-13％，石英砂10％-15％，以上组分质量百分比之和为100％；步骤2，将步骤1称取的氟化钡、大理石、铝镁合金、石英砂混合得到混合药粉A，向混合药粉A中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中烧结，碾碎、过筛，得到混合药粉B；步骤3，将步骤1称取的锰粉、铬粉、钒粉、硅粉、金红石粉与步骤2得到的混合药粉B混合均匀，置于真空烘干炉中烘干，得到药芯粉末；步骤4，通过药芯焊丝制丝机把步骤3得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内，并采用成型机将低碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，许桓瑞，慕二龙，王晓伟，李静，李洁，贾芳，黄超，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61