焊丝药粉芯、药芯焊丝及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及焊丝药粉芯、药芯焊丝及其制备方法和应用。


背景技术：

2.虽然新能源汽车已成为当今汽车产业的风口，但搭载汽油、柴油等传统动力发动机的汽车目前依然是汽车市场的主角。而发动机排气系统则是这类传统动力汽车中不可缺少的一部分。消声器作为排气系统的重要构件，主要作用是减小汽车排气系统的噪声，并使高温废气顺利排出。为保证尾气排气顺畅同时又不失去消声效果，合理的设计和选材非常关键。由于服役环境恶劣，所选材料需具有耐高温、耐氧化和耐腐蚀的特性。同时兼顾壳体成型时所需的延展性。目前，汽车配件制造厂为平衡材料的性能和成本，大多选择409型不锈钢作为汽车消声器壳体材料。
3.为达到汽车轻量化的目的，汽车消声器壳体都是由薄板件定型后由焊接机器人焊接而成。目前国内主流的焊接方法是co2气体保护焊，但是co2气体保护焊的缺点是飞溅较大，飞溅金属若粘附到焊缝及焊件表面上，则需要在焊后进行清理，增加了辅助工时。若清理不净，金属颗粒随颠簸脱落进入排气室，会带来噪音，并降低消声器的使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种焊丝药粉芯、以及包括焊丝药粉芯的药芯焊丝，以解决现有co2气体保护焊导致的焊接飞溅的问题。
5.此外，本发明还提供上述药芯焊丝的及其制备方法和应用。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.焊丝药粉芯，按重量份计，包括以下组分：
8.钛铁10.0-20.0份，镁粉1.5-2.5份，金属钛0.5-3.0份，氧化铝0.5-3.0份，金属铬50.0-80.0份，锰铁粉2.0-4.0份，硅铁1.0-5.0份，氟化物1.0-2.0份，铁粉0-30.0份。
9.其中：
10.钛铁：钛和铁的合金(ti含量约为70％左右)，在配方中主要起到脱氧和过渡钛的作用。在降低焊缝金属的含氧量的同时，形成稳定的碳化钛并促进铁素体的形成。
11.镁粉：强脱氧物质，降低焊缝金属的含氧量，有提高焊缝金属延展性的作用，但镁粉的用量不宜过大，否则会劣化电弧，影响焊缝成型。
12.金属钛：与钛铁作用相似，主要是脱氧和过渡钛的作用。与钛铁相比，金属钛纯度较高，同时向焊缝中过渡的有害杂质元素更少。
13.氧化铝：在配方中主要起到稳定电弧的作用。氧化铝加入量不易过多，否则会造成渣多，不易脱渣。
14.金属铬：作为焊缝金属中cr的主要来源。cr易形成cr2o3氧化膜，使材料具有优良的抗常温、高温氧化性能，同时提高材料的耐腐蚀性。
15.锰铁粉：锰和铁的合金(mn含量70-75％)。上述配方中，作为焊缝金属中mn的主要来源。在焊缝中增加mn一方面能加强脱氧，另一方面mn是一种良好的脱硫剂。
16.硅铁:si的加入一方面与mn一起作为联合脱氧，另一方面还对焊缝有强化作用。但是焊缝中硅的含量不易过高，太高时会降低焊缝的抗裂性能。
17.氟化物：氟具有降低熔敷金属中氢含量，提高焊缝金属的抗裂性能的作用。但氟化物加入量过高，会恶化电弧，造成焊接时电弧稳定性变差、飞溅变大、电弧声音变差。而用量过小，起不到去氢的作用。氟化物的来源包含但不限于氟化钠、氟硅酸钠、氟硅酸钾或冰晶粉等。
18.铁粉：配方中加入铁粉可提高焊接熔敷效率、稳定电弧、减少飞溅。主要来源于还原铁粉或雾化铁粉。
19.通过上述组分相互间的协同作用，由上述焊丝药粉芯制备成的药芯焊丝用于焊接金属时，焊接保护气体为纯氩气，焊接后的熔敷金属抗拉强度≥450mpa、延伸率≥15％。有效地提高了焊缝整体性能。同时，促使焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观。
20.进一步地，按重量份计，包括以下组分：
21.钛铁10.0-13.5份，镁粉1.5-2.5份，金属钛0.8.0-3.0份，氧化铝0.8-1.5份，金属铬54.5-75.0份，锰铁粉2.0-4.0份，硅铁1.6-4.0份，氟化物1.0-2.0份，铁粉0-25.1份。
22.可选地，按重量份计，包括以下组分：
23.钛铁10.0份，镁粉1.5份，金属钛3.0份，氧化铝1.0份，金属铬70.0份，锰铁粉2.0份，硅铁4.0份，氟化物1.0份，铁粉7.5份。或，
24.钛铁12.0份，镁粉2.0份，金属钛2.0份，氧化铝1.5份，金属铬75.0份，锰铁粉3.0份，硅铁3.0份，氟化物1.5份。或，
25.钛铁13.5份，镁粉2.5份，金属钛1.0份，氧化铝1.0份，金属铬70.0份，锰铁粉4.0份，硅铁2.0份，氟化物2.0份，铁粉4.0份。或
26.钛铁10.5份，镁粉2.0份，金属钛0.8份，氧化铝0.8份，金属铬54.5份，锰铁粉3.1份，硅铁1.6份，氟化物1.6份，铁粉25.1份。
27.药芯焊丝，包括金属外皮，以及焊丝药粉芯，所述焊丝药粉芯被所述金属外皮包覆。
28.进一步地，焊丝药粉芯的重量为所述药芯焊丝重量的10-20％，即焊丝药粉芯在所述药芯焊丝中的填充率为10-20％。
29.焊丝药粉芯的重量为药芯焊丝重量的10-20％的积极作用为焊接工艺合适，熔敷金属成分和力学性能恰当，焊丝药粉芯用量过大的不利影响是熔滴变粗，焊接工艺变差，过小的不利影响是造成熔敷金属合金成分不足，力学性能变差。
30.进一步地，药芯焊丝的丝径为1.00-1.20mm。
31.丝径为1.00-1.20mm的积极作用为电弧稳定性好，电弧吹力和熔深适中，可操作性好，该丝径过大的不利影响是在薄板焊接过程中易造成烧穿，过小的不利影响是焊丝挺度变差，且容易造成断丝。
32.进一步地，金属外皮为碳钢。
33.进一步地，按质量分数计，所述金属外皮的化学成分如下：
34.0.01％≤c≤0.04％、0.15％≤mn≤0.30％、0＜si≤0.30％、0＜s≤0.02％、0＜p≤0.02％，余量为fe及不可避免的杂质。
35.可选地，按质量分数计，所述金属外皮的化学成分如下：
36.c 0.03％、mn 0.25％、si 0.02％、s 0.004％、p 0.007％，余量为fe及不可避免的杂质。
37.药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：
38.s1、分别准备金属外皮和如权利要求1或2所述的焊丝药粉芯；
39.s2、通过药芯焊丝成型设备，使所述金属外皮对所述焊丝药粉芯进行包覆；
40.s3、包覆后卷制成丝，并通过细拉，获得丝径为1.00mm-1.20mm的药芯焊丝。
41.药芯焊丝用于汽车消声器金属壳体的焊接，焊接时采用氩气体保护。
42.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
43.1、本发明的药芯焊丝焊接保护气体为纯氩气，电弧稳定、飞溅极小、几乎无渣、焊缝成型美观、熔敷金属的抗拉强度≥450mpa、延伸率≥15％。
44.2、本发明的药芯焊丝在保证焊缝质量的前提下，可极大地减少焊后清理工作，提高生产效率。
具体实施方式
45.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
46.实施例1：
47.药芯焊丝，包括金属外皮和焊丝药粉芯，所述焊丝药粉芯被所述金属外皮包覆。
48.在本实施例中，采用(宽
×
厚)14
×
0.8mm的钢带作为药芯焊丝的金属外皮，其化学成分为c 0.03wt％、mn 0.25wt％、si 0.02wt％、s 0.004wt％、p 0.007wt％、余量为铁及不可避免的杂质。
49.在本实施例中，焊丝药粉芯占整个药芯焊丝重的14wt％，药芯中各成分为：钛铁10.0kg、镁粉1.5kg、金属钛3.0kg、氧化铝1.0kg、金属铬70.0kg、锰铁粉2.0kg、硅铁4.0kg、氟化物1.0kg、铁粉7.5kg。
50.在本实施例中，所述药芯焊丝的制备方法包括以下步骤：
51.s1、分别准备金属外皮和焊丝药粉芯，将焊丝药粉芯的各成分混合均匀后待用；
52.s2、将钢带置于焊丝成型机内、陆续将待用的焊丝药粉芯混合料注入横向弯制成“u”型的钢带凹槽内；
53.s3、包覆后卷制成丝，并通过细拉至即成。
54.将本实施例制备的药芯焊丝用于焊接金属，焊接参数：i＝220-240a、u＝23-25v、气体流量20l/min、纯氩气。熔敷金属化学成分如表1所示：
55.表1熔敷金属化学成分(％)
[0056][0057]
注：表1中化学成分余量为铁及不可避免的杂质。
[0058]
本实施例的熔敷金属机械性能如表2所示：
[0059]
表2熔敷金属机械性能(纯氩气)
[0060] 抗拉强度rm(mpa)断后伸长率a(％)标准值≥450≥15实施例147228
[0061]
实施例2：
[0062]
本实施例基于实施例1，本实施例的金属外皮与实施例1相同，本实施例的焊丝药粉芯占整个焊丝重的14wt％，药粉芯中各成分为：钛铁12.0kg、镁粉2.0kg、金属钛2.0kg、氧化铝1.5kg、金属铬75.0kg、锰铁粉3.0kg、硅铁3.0kg、氟化物1.5kg。
[0063]
将本实施例制备的药芯焊丝用于焊接金属，焊接参数同实施例1，熔敷金属化学成分和熔敷金属机械性能分别如表3和表4所示：
[0064]
表3熔敷金属化学成分(％)
[0065][0066]
注：表3中化学成分余量为铁及不可避免的杂质。
[0067]
表4熔敷金属机械性能(纯氩气)
[0068] 抗拉强度rm(mpa)断后伸长率a(％)标准值≥450≥15实施例248331
[0069]
实施例3：
[0070]
本实施例基于实施例1，本实施例的金属外皮与实施例1相同，本实施例的焊丝药粉芯占整个焊丝重的14wt％，药粉芯中各成分为：钛铁13.5kg、镁粉2.5kg、金属钛1.0kg、氧化铝1.0kg、金属铬70.0kg、锰铁粉4.0kg、硅铁2.0kg、氟化物2.0kg、铁粉4.0kg。
[0071]
将本实施例制备的药芯焊丝用于焊接金属，焊接参数同实施例1，熔敷金属化学成分和熔敷金属机械性能分别如表5和表6所示：
[0072]
表5熔敷金属化学成分(％)
[0073]
[0074]
注：表5中化学成分余量为铁及不可避免的杂质。
[0075]
表6熔敷金属机械性能(纯氩气)
[0076] 抗拉强度rm(mpa)断后伸长率a(％)标准值≥450≥15实施例349426
[0077]
实施例4：
[0078]
本实施例基于实施例1，本实施例的金属外皮与实施例1相同，本实施例的焊丝药粉芯占整个焊丝重的18wt％，药粉芯中各成分为：钛铁10.5kg、镁粉2.0kg、金属钛0.8kg、氧化铝0.8kg、金属铬54.5kg、锰铁粉3.1kg、硅铁1.6kg、氟化物1.6kg、铁粉25.1kg。
[0079]
将本实施例制备的药芯焊丝用于焊接金属，焊接参数同实施例1，熔敷金属化学成分和熔敷金属机械性能分别如表7和表8所示：
[0080]
表7熔敷金属化学成分(％)
[0081][0082]
注：表7中化学成分余量为铁及不可避免的杂质。
[0083]
表8熔敷金属机械性能(纯氩气)
[0084] 抗拉强度rm(mpa)断后伸长率a(％)标准值≥450≥15实施例448824
[0085]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。