一种适用于窄间隙激光焊接的自保护药芯焊丝制造技术

一种适用于窄间隙激光焊接的自保护药芯焊丝，本发明专利技术涉及焊接材料领域。本发明专利技术要解决现有实芯焊丝在大厚板深U字型坡口激光填丝焊接过程中存在焊缝保护效果不稳定，成形焊缝表面凸凹不平，层间和侧壁存在未熔合部分，导致强度低的技术问题。该焊丝由钢带和药粉制备，其中药粉包括氟化物、碳酸盐、氧化物、Al

【技术实现步骤摘要】
一种适用于窄间隙激光焊接的自保护药芯焊丝


[0001]本专利技术涉及焊接材料领域。

技术介绍

[0002]目前，工程领域用中厚板焊接仍以传统电弧焊和多丝电弧焊焊接制造工艺为主，该类技术方案普遍存在工艺实施过程复杂，焊接热输入大，焊后变形控制难度大，焊缝接头力学性能恶化严重等共性问题，已经成为制约大型装备制造业快速发展的瓶颈技术之一。选择合适的焊接热源，同时匹配相应的焊接材料，开发一种适合大厚板关键零部件高效、高质焊接的新焊接工艺方法成为当前支撑大型装备制造业提升亟需解决的问题之一。
[0003]激光加工技术作为一种先进的光制造技术，具有精度高、能量分布特点可控、热输入小、便于实现自动化、焊缝组织细化等诸多显著优势，近年来逐渐在国内外高端制造业领域受到越来越多的重视。大厚板窄间隙激光填丝焊接技术就是在该背景下发展起来的，该方法是利用激光热源熔化焊丝，通过单道多层焊接技术实现中厚板的连接，目前所用焊丝均为实心焊丝，采用实心焊接的激光填丝焊接工艺在实施过程中存在如下技术难题亟需解决：
①
激光熔化实心焊丝形成的高温液态金属直接裸露在惰性气氛中，液态金属在凝固过程中处于自由状态，容易受外界条件干扰，焊缝表面易出现凸凹不平的现象；
②
如果第“N”层焊缝，某个激光作用区域焊缝表面出现凸凹不平的缺欠，极有可能会遗传给第“N+1”条焊缝，同时放大该缺欠的尺寸，依次累加焊缝将出现较大缺陷，直接导致多层焊接过程无法继续进行；
③
成形后的焊缝表面不平整给层间清理带来较大难度，凹陷位置处极易存在氧化皮、飞溅等夹杂物，造成层间未熔合等内部焊接缺陷；
④
对于中厚板窄间隙激光填丝(实心焊丝)多层焊接技术而言，激光辐照区域保护气流量大小和保护气流动方向对于焊接质量而言至关重要，保护气一方面可以保护高温液态熔池不受外界活性气体的污染，此外保护气也会对液态熔池的流动产生干扰，影响到焊缝成形。但是，对于超窄间隙深“U”型坡口激光填丝焊接，随着焊接层数增加，每一层焊道激光作用区的熔池大小和焊缝宽度都会逐渐发生变化，而保护气流自工件表面经坡口侧壁约束到达激光作用熔池区的大小和方向也会因每一次的调节发生不完全可控的变化，致使焊缝成形的稳定性和连续一致性很难得到保证。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决现有实芯焊丝在大厚板深“U”字型坡口激光填丝焊接过程中存在焊缝保护效果不稳定，成形焊缝表面凸凹不平，层间和侧壁存在未熔合部分，导致强度低的技术问题，而提供一种适用于窄间隙激光焊接的自保护药芯焊丝。
[0005]一种适用于窄间隙激光焊接的自保护药芯焊丝，该焊丝由钢带和药粉制备，其中药粉中各组分百分含量为：氟化物：6％～14％、碳酸盐：12％～20％、氧化物：22％～35％、Al
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Mg合金：5％～11％、氟化稀土：1％～5％、硅铁：3％～7％、锰：5％～9％、镍：8％～11％、钼铁≤2％和铁粉≤10％，各组分的总和为100％；
[0006]所述焊丝用于窄间隙激光焊接。
[0007]进一步的，所述窄间隙为深U型坡口。
[0008]进一步的，所述深U型坡口的宽度为3.2
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4.5mm。
[0009]其中钢带为低碳调制钢带，厚度为0.5～0.6mm，宽度为10～11mm。
[0010]所述药粉的制备方法具体按以下按步骤进行：
[0011]一、按质量百分数为：氟化物：6％～14％、碳酸盐：12％～20％、氧化物：22％～35％、Al
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Mg合金：5％～11％、氟化稀土：1％～5％、硅铁：3％～7％、锰：5％～9％、镍：8％～11％、钼铁≤2％和铁粉≤10％，各组分的总和为100％，称取矿物原料和金属原料，其中矿物原料为氟化物、碳酸盐、氧化物和氟化稀土，金属原料为Al
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Mg合金、硅铁、锰、镍、钼铁和铁粉；
[0012]二、将步骤一称取的矿物原料研磨至粒度为80～100目的粉末，升温至550～580℃，保温2h，然后烘干，炉冷至室温，获得矿物粉；
[0013]三、将步骤一称取的金属原料研磨至粒度为80～100目的粉末，升温至80～100℃，保温2h，获得金属粉；
[0014]四、将步骤二获得的矿物粉和步骤三获得的金属粉混合均匀，获得药粉。本专利技术的有益效果是：
[0015]本专利技术提供的激光填丝焊接用自保护药芯焊丝同常规激光填丝焊接用实心焊丝相比，不用额外添加保护气，降低了焊接成本，同时也避免了实心焊丝激光多层焊接过程中因保护气不稳定带来的焊接质量不稳定问题，提高了工艺的稳定性，对提升多次焊接的成品率极为有利。此外，药芯焊丝的成分可以自主调配，便于实现焊缝金属微合金化，进而提升焊缝力学性能。
[0016]本专利技术专利技术结合激光焊接工艺特性，通过原料的合理选择以及质量配比，实现了在高能量密度激光辐照下高温液态熔池内造渣剂的上浮，渣系与造气剂的联合保护，液态金属与渣壁结合面表面张力的合理调控，以及凝固后脱渣性，解决了常规窄间隙激光填实心焊丝每一层高温金属保护效果不宜稳定控制，焊缝表面成形凸凹不平等技术难题。
[0017]本专利技术提供的自保护药芯焊丝针对激光能量密度高的特点，添加高熔点的氟化物、氧化物和碳酸盐，降低过高能量密度作用下上述物质造渣、造气性能的改变。进一步综合考虑渣
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气对液态金属的保护效果，脱渣性、熔渣对液态金属强制成形的约束效果、焊接工艺性、焊后力学性能等指标，调控各类物质的百分比，实现自保护药芯焊丝在窄间隙深U坡口多层焊接中的应用。
[0018]经检测验证，通过本专利技术提供的成分体系，该渣
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气联合保护自保护药芯焊丝在激光焊接过程中可以形成良好的气
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渣联合保护效果，焊缝凝固后的熔渣具有良好的脱渣性，且在窄间隙深U坡口内熔渣对液态金属具有优良的约束作用，焊缝成形质量优异。窄间隙深U坡口多层焊接后形成的焊缝强度高，达到了50kG级，
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60℃的低温冲击韧性可以达到89J，具有良好的工艺性能和力学性能，可以很好的应用的窄间隙深U坡口的单道多层焊接，解决传统实心焊丝单道多层激光焊接时遇到的技术难题。工艺鲁棒性好、由于渣系的强制约束，使焊缝成形对工艺参数的变化不敏感，保证了成形质量，使每一层焊缝的成形质量得到有效保证。
[0019]本专利技术提供的自保护药芯焊丝用于窄间隙深U坡口多层焊接。
附图说明
[0020]图1为采用实施例一制备的焊丝进行单道多层焊接的焊缝照片；
[0021]图2为采用实施例一制备的焊丝进行单道多层焊接的焊缝背面照片；
[0022]图3为采用实施例一制备的焊丝进行单道多层焊接的焊缝的截面照片。
具体实施方式
[0023]本专利技术技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
[0024]具体实施方式一：本实施方式一种适用于窄间隙激光焊接的自保护药芯焊丝，该焊丝由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于窄间隙激光焊接的自保护药芯焊丝，其特征在于该焊丝由钢带和药粉制备，其中药粉中各组分质量百分数为：氟化物：6％～14％、碳酸盐：12％～20％、氧化物：22％～35％、Al
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Mg合金：5％～11％、氟化稀土：1％～5％、硅铁：3％～7％、锰：5％～9％、镍：8％～11％、钼铁≤2％和铁粉≤10％，各组分的总和为100％；所述焊丝用于窄间隙激光焊接。2.根据权利要求1所述的一种适用于窄间隙激光焊接的自保护药芯焊丝，其特征在于所述窄间隙为深U型坡口。3.根据权利要求2所述的一种适用于窄间隙激光焊接的自保护药芯焊丝，其特征在于所述深U型坡口的宽度为3.2
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4.5mm。4.根据权利要求1所述的一种适用于窄间隙激光焊接的自保护药芯焊丝，其特征在于所述钢带为具有中空结构的低碳调制钢带，厚度为0.5～0.6mm，宽度为10～11mm。5.根据权利要求1所述的一种适用于窄间隙激光焊接的自保护药芯焊丝，其特征在于所述氟化物为AlF3、MgF2和CaF2中的一种或其中几种的混合。6.根据权利要求1所述的一种适用于窄间隙激光焊接的自保护药芯焊丝，其特征在于所述碳酸盐为CaCO3和MgCO3中的一种或其中两种的混合。7.根据权利要求1所述的一种适用于窄间隙激光焊接的自保护药芯焊丝，其特征在于所述氧化物为MgO、Al2O3、TiO2和ZrO2中的一种或其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨义成，杜兵，徐富家，黄瑞生，方乃文，费大奎，李荣，陈晓宇，梁晓梅，张彦东，李洪伟，蒋宝，聂鑫，武鹏博，
申请(专利权)人：哈尔滨焊接研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：