[发明专利]一种低六价铬309奥氏体不锈钢金属芯焊丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，特别是一种低六价铬（Cr（VI））、低成本的气体保护309奥氏体不锈钢金属芯焊丝。 

背景技术

由于不锈钢中Cr元素含量较高，焊接不锈钢时，焊接材料为了满足焊缝的耐腐蚀性都会加入一定量的Cr元素，通过促进被氧化物表层，使焊缝产生足够的耐腐蚀性以满足焊接要求。但由于焊材和母材中Cr在焊接蒸发过程中形成焊接烟尘，并会被氧气在高温下氧化成具有毒性的Cr（VI）。 

Cr（VI）是焊接烟尘的副产物，已证实其在人体内具有致癌作用，还会引起诸多的其他健康问题，如吸入某些较高浓度的六价铬化合物会引起流鼻涕、打喷嚏、瘙痒、鼻出血。短期大剂量的接触，在接触部位会产生不良后果，包括溃疡、鼻黏膜刺激和鼻中隔穿孔。摄入超大剂量会导致肾脏和肝脏的损伤、恶心、胃肠道刺激、胃溃疡、痉挛甚至死亡。皮肤接触会造成溃疡或过敏反应，Cr（VI）是最易导致过敏的金属之一。减少生产和应用中各种污染物对人体的危害显得格外重要。为了保证焊接人员的健康，2006年美国职业安全与健康管理局（OSHA）新颁布了焊接烟尘中Cr（VI）的允许暴露极限值（PEL），由原来的52μg/m³降低到3μg/m³。 

不锈钢金属芯焊丝同目前大量应用的不锈钢实芯焊丝相比，对各种不锈钢材的焊接，适应性较强，调整药芯的成分和比例极为方便和容易，可以提供所要求的焊缝化学成分；其次，工艺性能好，焊缝成型美观；熔敷速度快，生产效率高，在相同焊接电流下，金属芯焊丝的电流密度大，熔化速度快。 

大量研究表明：不锈钢金属芯焊丝同药芯焊丝相比，其焊接烟尘和Cr（VI）排放量要小于药芯焊丝。此外，目前的不锈钢药芯焊丝主要是用不锈钢钢带做外皮，通过轧制、拉拔工艺制成不锈钢焊丝，而轧制拉拔工艺复杂，本发明采用低碳钢钢带，不仅成本低，而且制 造工艺简单。因此，本发明是一种综合性能优良、低Cr（VI）排放量、低成本的309奥氏体不锈钢金属芯焊丝。 

发明内容：

鉴于上述情况，本发明提出一种低Cr（VI）309奥氏体不锈钢金属芯焊丝，它可以在保证焊丝熔敷金属力学性能、耐腐蚀性能满足相关国家标准要求的情况下，以低碳钢钢带代替不锈钢钢带而进一步降低成本，简化制造工艺，与奥氏体不锈钢实芯焊丝相比，Cr（VI）排放量可降低21%~27%，改善了焊接作业环境，焊丝飞溅小，成型美观，焊缝综合性能优良。 

一种低六价铬309奥氏体不锈钢金属芯焊丝，其特征在于，焊丝中外皮为低碳钢钢带,焊丝中金属芯化学成分质量百分比如下：C：0.03~0.065wt.%； Cr：57~66 wt.%；Ni：29~35wt.%；Mn：1.5~4wt.%；Si：0.4~2wt.%；Mo：<0.75wt.%；Ti：0.5~1.5wt.%；Zn：0.5~1.5wt.%；Zr：0.5~1.5wt.%；Fe：余量；填充率为28%~38%。 

进一步，金属芯化学成分质量百分比如下：C：0.03~0.065wt.%；Cr：58~63wt.%；Ni：30~33wt.%；Mn：2~3wt.%；Si：0.66~1.5wt.%；Mo：<0.74wt.%；Ti：0.5~1wt.%；Zn：0.5~1wt.%；Zr：0.5~1 wt.%；Fe：余量。 

进一步，金属芯包括：金属铬粉：40~120目，金属镍粉：40~120目，电解锰粉：40~120目，45硅铁粉：60~120目，钛铁粉：60~120目，金属锌粉：60~120目，锆硅铁粉：60~120目，金属铁粉：60~120目。 

将上述焊丝成型、轧制，拉拔剪径，钢带选用16~8×0.6~0.3mm低碳钢钢带，最终获得直径为0.9~1.6mm的不锈钢金属芯焊丝。 

采用的钢带尺寸规格为16~8×0.6~0.3mm）的碳钢钢带，经过轧制、拉拔、加工成直径为0.9~1.6mm的气体保护不锈钢金属芯焊丝。 

该焊丝焊接时，保护气体为95~98%Ar+2~5%O₂，气体流速15~20L/min，直流反接电源。焊接工艺参数为：电压：22~30V；电流：140~280A；送丝速度：350~500mm/min；焊丝伸出导电嘴的距离：14~25mm。 

进一步优化焊接工艺，焊接工艺参数为：电压：24~27V；电流140~240A；送丝速度：400~500mm/min；气流流速：15~20L/min；焊丝伸出导电嘴的距离：18~22mm。