一種高韌性、低屈強比藥芯焊絲及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種藥芯焊絲及其制備方法，尤其涉及一種高韌性、低屈強比藥芯焊 絲及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 焊接作為一種通用的共性技術，在制造業(yè)中是一種不可替代的加工工藝，素有"工 業(yè)裁縫"之稱。焊接技術已廣泛應用在鍋爐、壓力容器、發(fā)電設備、核設施、石油化工、管道、 冶金、礦山、鐵路、汽車、造船、港口設施、航空航天、建筑、農業(yè)機械、水利設施、工程機械等 行業(yè)中，涉及面廣，具有舉足輕重的作用。而焊接水平的高低對產品質量具有決定性作用， 因此，焊接技術已經成為決定工業(yè)制造品質最為關鍵的因素之一，也成為衡量一個經濟體 工業(yè)化水平的重要標桿。
[0003] 近年來，隨著焊接半自動、自動化和智能化的發(fā)展，藥芯焊絲從數(shù)量規(guī)格到品種不 斷擴大，已成為焊接材料中的一個不可缺少的重要組成部分，是繼手工焊條、埋弧焊材、實 芯焊絲之后的第四代焊接新材料。藥芯焊絲克服了手工焊條不能連續(xù)焊接和實芯焊絲飛濺 大、工藝性能差的缺點，并且可以通過調整藥芯成分來焊接各種類型的鋼材，具有生產效率 高、焊接質量好、綜合焊接成本低、適應性廣、節(jié)能節(jié)材、配方調整方便、適合自動化和半自 動化生產的特點，是焊接材料中最具有發(fā)展?jié)摿η野l(fā)展最快的高新技術產品。
[0004] 但是，我國目前藥芯焊絲基本屬于上世紀80年代由日本人所發(fā)明的鈦型渣系系 列。這個渣系的藥芯焊絲雖然具有優(yōu)良的全位置焊接工藝性能，但存在抗裂性及抗氣孔性 差；襯墊焊接焊縫韌性差以及熔敷金屬的屈強比偏高等，而屈強比偏高意味著結構抗破壞 的潛在能力弱，不利于防震；且結構一旦超載，也不能由于塑性變形被及早發(fā)現(xiàn)而發(fā)生毀滅 性破壞。故目前使用的鈦型渣系藥芯焊絲的應用面窄小，基本僅適合焊接船用B級鋼等。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術中存在的上述問題，提出了一種高強度、高韌性、低 屈強比的藥芯焊絲。
[0006] 本發(fā)明的目的可通過下列技術方案來實現(xiàn)：一種高韌性、低屈強比藥芯焊絲 用藥芯粉，所述藥芯粉主要由以下成分（以占藥芯焊絲重量百分比計）組成：金屬粉： 3. 5-10%，金屬氧化物粉（排除稀土元素氧化物）：4-10%，稀土氧化物粉：0.01-0. 3%，氟 化物粉：〇. 2-1. 5%。
[0007] 在上述的一種高韌性、低屈強比藥芯焊絲用藥芯粉中，所述金屬粉由Cr粉、Mn粉、 Ni粉、Al粉、Mg粉、Fe粉中的一種或多種組成。
[0008] 在上述的一種高韌性、低屈強比藥芯焊絲用藥芯粉中，所述金屬氧化物粉由Al2O 3 粉、Fe3O4粉、CaO粉、MgO粉、TiO 2粉、BaO粉一種或多種組成。
[0009] 在上述的一種高韌性、低屈強比藥芯焊絲用藥芯粉中，所述藥芯粉主要由以下 成分（以占藥芯焊絲重量百分比計）組成：Cr粉：0· 1-0. 3%，Mn粉：1.6-2. 0%，Ni粉： 0· 5-1. 5%，Al 粉：0· 3-1 %，Mg 粉：0-0· 2 %，F(xiàn)e 粉：1-5 %，Al2O3粉：0· 5-2. 5%，F(xiàn)e 304粉： 0· 3-1%，CaO 粉：0· 2-0. 5%，MgO 粉：0-0· 5%，1102粉：3-5%，BaO 粉：0-0· 5%，稀土氧化 物粉：0· 01-0. 2%，氟化物粉：0· 2-1%。
[0010] 本發(fā)明藥芯焊絲用藥芯粉中所述氟化物粉油CaF2粉、MgF 2粉、BaF 2粉、Na 3A1F6粉、 Na2SiF6粉中一種或多種組成。
[0011] 本發(fā)明藥芯焊絲用藥芯粉中還可以添加不超過藥芯焊絲重量0.5%的碳酸鹽粉， 所述碳酸鹽粉優(yōu)選為Li 2CO3粉、Na 2C03粉、K 2C03粉中的一種或多種組成。
[0012] 本發(fā)明高韌性、低屈強比藥芯焊絲渣系主架構由TiO2-Al2O 3-氟化物構成。首先，本 發(fā)明引入氟化物降氫，但是氟化物的奪取電子特性會使電弧穩(wěn)定性變壞，因此，本發(fā)明需要 在電弧空間利用化學反應（放熱反應）來補充熱量，以增強陰極電子發(fā)射能力，平衡氟化物 的這一破壞作用。另外，氟化物還有稀渣而破壞立向上焊接性的負面作用，而在渣系中安排 高熔點氧化物，可以利用其促使熔渣較快凝固，這樣在立向上焊接時可以有效地托住鐵水， 從而實現(xiàn)立向上焊接。但是，在藥芯粉中全藥量直接引入高熔點氧化物，反而會導致藥芯焊 絲在焊接時藥芯粉熔化滯后，使電弧嚴重不穩(wěn)定、飛濺嚴重。因此，本發(fā)明選取鋁的強放熱 氧化反應：Al+Me x0y- Al 203+Me+ Λ H。這樣，高熔點氧化物就不需要在藥芯粉直接全藥量 引入，而可以在電弧區(qū)直接反應形成，且這個反應為放熱反應。其強放熱Λ H可以增強陰極 電子發(fā)射能力，平衡氟化物的破壞電弧穩(wěn)定性的負面作用，支持電弧穩(wěn)定性。而鋁的氧化反 應產物-氧化鋁還具有極高的熔點，具備促使熔渣較快凝固，其表面張力較快變大，支持實 現(xiàn)向上焊接；另外，鋁反應的強脫氧也可以帶來冶金凈化，提高韌性。
[0013] 此外，本發(fā)明在選擇MexOy時，不僅需要考慮反應的熱效應Λ H外，還需要考慮還 原產物Me進入焊縫應作為焊縫有益的合金化元素。因此，本發(fā)明選擇TiO2作為主造渣材 料，渣系主架構由TiO 2-Al2O3-氟化物構成，明顯不同于現(xiàn)有的鈦型（TiO2-SiO 2-Al2O3)渣系 及不具備全位置焊接性的堿性（CaF2-SiO 2-CaO)渣系。而且重要的是渣系主架構成分Al2O3 由電弧直接形成，允許在全位置焊接性的前提下利用氟化物去氫。因此，本發(fā)明渣系直接 反應的化合物產物支持全位置焊接性、并形成渣保護，而反應熱則可以支持電弧穩(wěn)定性；同 時，反應的強脫氧帶來冶金凈化，提高韌性，而反應還原金屬有益焊縫合金化。而一般鈦型 (TiO 2-SiO2-Al2O3)渣系和堿性（CaF2-SiO 2-CaO)渣系都無法同時達到上述各項性能要求。
[0014] 在上述的一種高韌性、低屈強比藥芯焊絲用藥芯粉中，所述藥芯粉的各成分的粒 徑為100-200目。在原料粉末粒徑方面，如果原料粉末的粒徑太大，則不利于原料粉末的均 勻混合和壓實，制備得到的藥芯焊絲在使用時各成分不能充分利用，且不能起到很好的協(xié) 同作用，在焊接過程中容易燃燒不充分，產生大量污染氣體、煙塵等，焊接效果和焊縫金屬 性能較差。但是，如果原料粉末的粒徑過小，藥芯粉料在高溫高濕環(huán)境的抗吸潮性將得不到 有力的保證。不僅如此，如果原料粉末粒徑過小，其粉料處理及配粉車間、藥芯焊絲生產車 間的填粉工序，將會惡化生產環(huán)境。
[0015] 本發(fā)明另一個目的在于提供一種高韌性、低屈強比藥芯焊絲，包括呈圓柱狀的外 皮，在外皮內開設有沿軸心線貫穿外皮的通孔，所述的通孔內填充有上述藥芯粉。
[0016] 在上述的一種高韌性、低屈強比藥芯焊絲中，所述外皮采用鋼帶制成。
[0017] 本發(fā)明用于焊接低溫鋼的藥芯焊絲包括呈圓柱狀的外皮，外皮采用鋼帶制成，在 外皮內開設有沿軸心線貫穿外皮的通孔，通孔內填充有上述藥芯粉，結構簡單。使制備得到 的用于焊接低溫鋼的藥芯焊絲在使用時能實現(xiàn)連續(xù)焊接，而且還可以根據(jù)需要靈活調整藥 芯粉的各組分配比，使用方便。
[0018] 本發(fā)明第三個目的在于提供上述藥芯焊絲的制備方法，所述制備方法包括以下步 驟：
[0019] S1、按上述高韌性、低屈強比藥芯焊絲用藥芯粉的粉料組成成分及其占藥芯焊絲 重量的百分比稱取粉料，配制成藥芯粉；
[0020] S2、將鋼帶拉拔成U形槽結構，并向U形槽中加入上述配制的藥芯粉，然后將U形 槽合口后沿鋼帶軸向方向形成貫穿鋼帶的通孔，藥芯粉包裹在通孔中；
[0021] S3、將上述包裹藥芯粉的鋼帶經過逐道拉拔、減徑，得到最終產品藥芯焊絲。
[0022] 在上述的一種高韌性、低屈強比藥芯焊絲的制備方法中，步驟Sl藥芯粉粉料配制 成藥芯粉后與屏蔽組分在900-950°C下保溫l_2h。
[0023] 在上述的一種高韌性、低屈強比藥芯焊絲的制備方法中，所述屏蔽組分為Li2C0 3。 屏蔽組分優(yōu)選粒徑為100-200目的粉末狀。
[0024] 由于本發(fā)明藥芯焊絲生產是采用鋼帶卷管填充藥芯粉后經拉拔成絲，而卷管填充 藥芯粉后沒有焊合，所以，成品藥芯焊絲沒有焊合的縫隙將成為空氣中的水份進入焊絲的 通道，藥芯粉一旦接觸水份，將會吸潮，而吸潮必然增加電弧空間的氫，導致氣孔與裂紋缺 陷。而成盤的藥芯焊絲不可能再次高溫烘焙除潮。因此，本發(fā)明將1^ 2〇)3等屏蔽組分與藥 芯粉充分混合后，加熱到900-950°C并保溫。由于上述屏蔽組分的熔點都不超過900°C，因 此，當加熱到900-950°C時屏蔽組分以液態(tài)形式存在。所以在保溫過程中，礦石粉被液態(tài)的 屏蔽組分包裹，使原本與礦石粉結合的水份和硫脫出，而這些脫出的水份穿過液態(tài)屏蔽層 進入大氣。然后在降溫過程中，液態(tài)屏蔽層凝固，形成保護，使藥芯粉獲得對環(huán)境水份的屏 蔽。從而使藥芯粉獲得抗吸潮能力，在焊接過程中使焊縫保持較低的氫含量，減少氣孔和裂 紋缺陷。
[0025] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下幾個優(yōu)點：
[0026] 1.本發(fā)明高韌性、低屈強比藥芯焊絲的渣系主成分架構由TiO2-Al2O 3-氟化物構 成，且渣系的主成分氧化鋁由原位生成，直接反應的化合物產物支持全位置焊接性、并形成 渣保護，而反應熱則可以支持電弧穩(wěn)定性；同時，反應的強脫氧帶來冶金凈化，提高韌性，而 反應還原金屬則有益焊縫合金化。
[0027] 2.本發(fā)明高韌性、低屈強比藥芯焊絲熔敷金屬擴散氫含量很低