本發(fā)明涉及一種不銹鋼用埋弧焊接材料，特別涉及一種雙相不銹鋼用埋弧藥芯焊絲和焊劑。

背景技術(shù)：

雙相不銹鋼以其優(yōu)異的耐腐蝕性能和高強(qiáng)度，在化學(xué)容器、油井、LNG船、海水淡化設(shè)備、車輛制造等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其中以牌號(hào)為2205（UNS S32205）應(yīng)用最為廣泛。雙相不銹鋼的耐點(diǎn)蝕性能優(yōu)于傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼304L和316L。

手工電弧焊、氣體保護(hù)焊和埋弧焊是雙相不銹鋼最常用的焊接方法?，F(xiàn)有技術(shù)JP4672177提供了一種焊絲加工難度小、不易發(fā)生焊接缺陷的埋弧焊接用實(shí)芯焊絲和焊劑組合；實(shí)芯焊絲采用低合金含量設(shè)計(jì)，而焊劑采用添加PbO、限制TiO₂、添加部分Cr粉Ni粉并控制兩者比例的技術(shù)路線。但是由于實(shí)芯焊絲中仍含有21-24%Cr，4.5-6.5%Ni，2.5-3.5%Mo和 0.1-0.2%N等元素，導(dǎo)致焊絲盤圓的軋制難度、焊絲拉拔難度仍然較大；尤其是Mo元素的存在導(dǎo)致加工硬化指數(shù)較高，給焊絲加工帶來難度。

采用碳素鋼或低合金鋼外皮的藥芯焊絲一方面可有效解決高合金含量實(shí)芯焊絲的加工難度問題，另一方面也可以提高焊接效率。截至目前，關(guān)于雙相不銹鋼用埋弧藥芯焊絲和焊劑的報(bào)道不多。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種雙相不銹鋼用埋弧焊接用藥芯焊絲和焊劑，從而解決實(shí)芯焊絲帶來的加工難度大的問題，同時(shí)也可改善焊接工藝性能，提高焊接效率。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

藥芯焊絲由金屬外皮和內(nèi)部芯料卷制而成。

金屬外皮為低合金鋼，以重量百分比計(jì)，含有≤0.04% C，0.1-1.0% Si，0.1-2.0% Mn，5-15% Cr；芯部粉料包括30-45%Cr，20-35%Ni，10-25%Mo，1-10%氮化鐵，1-5%稀土氧化物，藥粉填充率為18-30%，其中稀土氧化物與氮化物比例在0.5-0.9之間；焊劑成分包括8-16%CaF₂，10-18%Al₂O₃，10-16% SiO₂，5-15%Bao，5-15%SrCO₃及適量粘結(jié)劑。

外皮中元素含量說明如下：

C元素，容易與Cr, Mo等元素形成碳化物，從而影響焊縫金屬中的塑形和韌性，因此需控制在0.04%以下。

Si元素，綜合考慮標(biāo)準(zhǔn)要求、焊縫的脫氧作用、對(duì)熔渣層結(jié)構(gòu)的影響作用，其含量應(yīng)控制在0.1-1.0%。

Mn元素，考慮到對(duì)焊縫強(qiáng)度和韌性貢獻(xiàn)、焊接熔池脫氧、熔渣層結(jié)構(gòu)，以及向焊縫金屬的過渡系數(shù)等因素，當(dāng)其含量超過2.0%時(shí)，對(duì)MnS夾雜物控制不利，當(dāng)其含量小于1.0%，會(huì)導(dǎo)致焊縫金屬中Mn含量偏低，影響焊縫金屬力學(xué)性能。因此，其含量需控制在1.0-2.0%。

Cr元素，考慮藥粉填充率，需要一部分通過外皮材料過渡、一部分通過藥粉過渡。由于是穩(wěn)定鐵素體元素，所以會(huì)提高奧氏體和鐵素體的相轉(zhuǎn)變溫度，當(dāng)其含量超過15%時(shí)，其盤條軋制難度大，易導(dǎo)致盤條強(qiáng)度偏高、開裂等缺陷；當(dāng)其含量低于5%時(shí)，或?qū)е滦痉壑蠧r含量過高，影響電弧性能。因此，其優(yōu)選含量是5-15%。

芯部粉料中成分說明如下：

Cr粉，以純金屬粉或者含量高于80%的鉻鐵粉加入，加入量是20-35%Ni, 目標(biāo)是連同外皮的鉻元素一同過渡到焊縫金屬，在焊縫金屬中得到18-25%。當(dāng)其含量超過35%或者低于20%時(shí)，不能確保焊縫金屬中的鉻含量。

Mo粉，以純金屬粉或者含量高于80%的鉬鐵粉加入，加入量是10-25%Mo，當(dāng)其含量高于25%時(shí)，會(huì)過渡到焊縫中使其含量超過5%，會(huì)影響力學(xué)性能；當(dāng)其含量低于10%時(shí)，則會(huì)降低焊縫金屬的腐蝕性能。因此，優(yōu)選含量是10-25%。

氮化鐵，以氮含量不低于25%的合金塊或粉末加入，加入量是1-10%。當(dāng)其含量超過10%時(shí)，容易在焊縫金屬產(chǎn)生氣孔等缺陷；當(dāng)其含量低于1%時(shí)，考慮到過度系數(shù)和燒損，會(huì)導(dǎo)致焊縫金屬的氮含量過低，從而影響腐蝕性能。影響規(guī)律參見附圖1。

稀土氧化物，一方面是消除氮對(duì)焊縫金屬易產(chǎn)生氣孔等焊接缺陷的不利影響，另一方面是緩解Cr和Ni元素的偏析，從而抑制焊縫金屬在焊后冷卻相轉(zhuǎn)變過程中沿晶界鐵素體生成，進(jìn)而改善力學(xué)性能和腐蝕性能。當(dāng)其含量超過5%時(shí)，會(huì)破壞焊接電弧的穩(wěn)定性；當(dāng)其含量低于1%時(shí)，其作用不明顯。因此，優(yōu)選含量是1-5%。影響規(guī)律參見附圖2。

為確保焊接接頭合格率在95%以上，稀土氧化物與氮化物比例在0.5-0.9之間，見附圖3。

藥芯焊絲的藥粉填充率為18-30%。

焊劑成分說明如下：

CaF₂主要作用是改善焊接過程中焊接熔池中的脫氧反應(yīng)，一方面會(huì)形成一定量的含Ca氧化物粒子，可作為隨后冷卻過程中奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)、增加針狀鐵素體的體積含量，從而提高焊縫金屬的低溫沖擊韌性；另一方面也將與熔池中的氫發(fā)生反應(yīng)，降低了焊縫金屬中氫含量、防止氫致裂紋。當(dāng)其含量不足8%時(shí)，效果不明顯。由于CaF₂呈堿性，會(huì)影響電弧穩(wěn)定性，當(dāng)其含量超過16%時(shí)，會(huì)使電弧發(fā)生彎曲、搖擺等現(xiàn)象，不利于焊接接頭質(zhì)量控制。因此優(yōu)選含量范圍是8-16%，以螢石的形式加入。

Al₂O₃是一種穩(wěn)定的高熔點(diǎn)的中性氧化物，對(duì)鎳、鉻等元素幾乎沒有氧化作用，其主要作用是提高焊接熔渣的熔點(diǎn)和粘度，同時(shí)使得焊道波紋細(xì)小、表面平滑，改善焊道形狀。當(dāng)含量低于10%時(shí)，效果不明顯；當(dāng)含量超過18%，會(huì)惡化脫渣性能。因此，優(yōu)選含量是10-25%，以鋁礬土的形式加入。

SiO₂主要作用是改善熔渣結(jié)構(gòu)、提高焊接表面質(zhì)量，當(dāng)含量低于10%時(shí)，效果不明顯，當(dāng)含量高于18%時(shí)，會(huì)使得熔渣粘稠度過大，降低脫渣性能，并減低焊道表面質(zhì)量。因此，優(yōu)選含量是10-25%，以粘土的形式加入。

添加Al₂O₃和SiO₂主要是用于調(diào)整堿度、控制焊接熔池粘度、改善渣層結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)高速焊接的工藝要求。

BaO的作用是改善焊接熔渣結(jié)構(gòu)、提高脫渣性能，這主要得益于其高溫分解溫度現(xiàn)對(duì)較高的特點(diǎn)，從而能夠更好地保護(hù)焊接熔池和焊道表面。同時(shí)，也可防止焊劑在高溫下發(fā)生反應(yīng)發(fā)黑從而失去保護(hù)焊道作用。當(dāng)含量低于5%時(shí)，效果不明顯；當(dāng)含量超過15%時(shí)，會(huì)影響電弧穩(wěn)定性。因此，優(yōu)選含量5-15%。

SrCO₃會(huì)提高抗吸潮能力，因此會(huì)簡(jiǎn)化焊劑在使用前的烘焙制度，降低成本。兩者的添加量均為5-15%。當(dāng)含量低于5%時(shí)，效果不明顯；當(dāng)含量超過15%時(shí)，會(huì)影響電弧穩(wěn)定性。因此，兩者的優(yōu)選含量均為5-15%。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)的有益效果至少在于：

1. 給雙相不銹鋼提供了一種埋弧焊接用藥芯焊絲和焊劑，焊接效率可提高50%以上；

2. 焊絲加工難度小，成本低；

3. 焊劑不易吸潮、簡(jiǎn)化了焊前的烘焙工藝，降低了成本。

附圖1：氮化鐵添加量對(duì)焊接氣孔率的影響

附圖2：稀土氧化物添加量對(duì)電弧穩(wěn)定性（焊接電流）的影響

附圖3：稀土氧化物和氮化鐵比例對(duì)接頭合格率的影響

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。

按照表1中所示進(jìn)行芯部粉料配置、大小控制在80-300目之間，按表1選用厚度規(guī)格為0.5-1.0mm的鋼皮，然后按照標(biāo)準(zhǔn)的藥芯焊絲制造工藝加工成焊絲，其直徑為2.4-4.0mm。

按照表2所示配置焊劑，然后加入適量水玻璃粘結(jié)劑等，經(jīng)過攪拌、干燥、烘烤等工序制成粒度為10-60目的焊劑。

分別選取厚度為12-28mm的雙相不銹鋼鋼板，坡口采用V型。焊前對(duì)焊劑進(jìn)行烘烤，制度為200-250℃，時(shí)間為2小時(shí)。焊接參數(shù)為：電流為500-550A，電壓34-36A，速度為40-45cm/min，然后開展焊接試驗(yàn)。

制作了9例藥芯焊絲，其中W1-W6為實(shí)施例用，W7-W9為對(duì)比例用，具體構(gòu)成見表1。只做了9例焊劑，其中F1-F6為實(shí)施利用，F(xiàn)7-F9為對(duì)比例用，具體構(gòu)成見表2。

實(shí)施例1-12：

12個(gè)實(shí)施例采用的焊絲焊劑組對(duì)、及焊接工藝性能結(jié)果見表3。結(jié)果表明：焊接脫渣性、焊道形狀、焊接質(zhì)量等均滿足要求。

實(shí)施例焊接速度在40-45cm/min，高于實(shí)芯焊絲（35cm/min以下），效率可提高15%左右。

對(duì)比例13-18：

6個(gè)對(duì)比例采用的焊絲焊劑組對(duì)、及焊接工藝性能結(jié)果見表3。

通過以上實(shí)施例可知，采用本發(fā)明藥芯焊絲、焊劑和焊接工藝，可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的埋弧焊接接頭。該技術(shù)克服了實(shí)芯焊絲加工困難、效率低的技術(shù)難題。

表1藥芯焊絲構(gòu)成

表2焊劑組成

表3焊接工藝性能

(O:合格；×:不合格) 。