[发明专利]一种垂直气电立焊用药芯焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及焊接材料，更具体涉及一种垂直气电立焊用的焊接材料。属于焊接材料领域。

背景技术

随着造船产量的不断提升，高效率高质量的垂直气电立焊工艺在船体装焊中频繁使用，垂直气电焊比手工焊、半自动焊更适宜于厚板焊接已成为船体装焊的共识：焊缝成型好、性能高且均匀、焊接效率高。但是垂直气电焊的大线能量对其母材以及其相应的配套焊接材料提出了极高的要求，其配套焊接材料的品种也极少，质量不够稳定，并且大多采用进口焊接材料。

垂直气电立焊的特点是焊接线能量大，焊缝金属的韧性难以达标，从而导致一系列的焊接问题：对母材而言，垂直气电立焊焊接时熔合线附近区域的最高温度超过1400℃，该区域晶粒变得非常粗大，粗晶区加宽，HAZ低温冲击韧性下降、强度下降。现在采用TMCP处理工艺的耐大热输入量钢板已经开发出来，其主要原理是采用低碳加Nb-Ti-V系微合金化，在过冷奥氏体区域内尽可能加大变形量，然后控制轧制冷却。在过冷奥氏体区域内尽可能加大变形量可以获得细小的贝氏体中铁素体组织；加入Nb元素可以扩大过冷奥氏体区域；加入Ti元素可以改善焊接接头的韧性；加入V元素可以防止消除应力处理(SR)和焊后热处理(PWHT)工艺后的强度降低；降低碳含量和Pcm值，可以提高抗焊接低温脆性裂纹的能力。

对于焊接材料而言，焊缝金属性能在垂直气电立焊的大线能量下，焊缝金属晶粒组织粗大、韧性急剧下降、塑性变差。这成为了摆在垂直气电立焊用药芯焊丝研发过程的一道难关。

目前，大型化、高效化是现代船舶建造的特点，以CO₂气保护的垂直气电立焊用药芯焊丝也成为现代船舶焊接实现高效焊接的主要选择。到目前为止，我国船舶建造所需的焊接材料基本实现了国产化，但是垂直气电自动焊用药芯焊丝等仍然依赖进口，这主要是其研制技术难度太大，虽有单位涉及研究，但不能形成工业化批量产品，所以，对于相应的垂直气电立焊用药芯焊丝的开发也就刻不容缓。

发明内容

本发明的目的在于提供一种垂直气电立焊用药芯焊丝，焊接不锈钢的效率高，焊接质量好。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种垂直气电立焊用药芯焊丝，包括外皮和被包裹的药芯焊芯，其特征在于：所述的焊芯中各组份占焊丝总重量的比例为：金属氟化物：0.5-1.0％；低锰：1.2-3.5％；硅铁：0.01％-0.30％；镍粉：0.4-1.2％；钼铁：0.05-0.5％；钛铁：0.10-1.0％；冰晶石：0.01％-0.5％；铁粉(优选：松装比为250g/cm³的还原铁粉，即250铁粉)：18～22％；稀土硅0-1.0％；三氧化二硼：0.01～0.1％。

上述的药芯占焊丝总重量的比例为24-27％。

上述的外皮为碳钢钢带。

上述的组份：镍、钼铁、钛铁、硼为复合微合金化晶粒。

上述的金属氟化物选自：氟化钠、氟化锂的一种或几种，组合重量比例为任意。

上述的硅铁源自75号硅铁。

上述的复合微合金化晶粒加工方法为：将各组份均过80目筛，按前述所要求的量混合均匀，加热到850℃并保温两小时，然后把熔炼得到的物质重新加工成粉末状，粒度控制在80目，100％通过。

本发明是采用Ni-Mo-Ti-B渣系。设计思路如下：

1、氟化物可以提高焊丝的抗气孔性能，降低扩散氢的含量，一定程度上保证了得焊缝的低温韧性。本发明中，氟化物是以NaF以及Na₃AlF₆的形式加入的，用量范围为焊丝总重量的0.5～1.5％，量小于0.5％时熔化金属流动性较大，焊缝成型较差，焊缝中有气孔生成；量大于1.5％时熔渣较多较粘，熔化金属流动性差，并且容易形成蹦渣或夹渣，工艺性能差。

2、Al可以提高渣的凝固温度而不改变其粘度，改善脱渣能力，但Al₂O₃不溶于液态铁中且不易上浮，所以其含量过高时，会导致焊缝夹渣增加并且使得焊缝金属变脆，本发明中的Al是以Na₃AlF₆的形式加入的，其含量小于0.5％。

3、Mn可以有效地减少焊缝金属中的含硫量，提高强度和冲击功，Mn在本发明中是以低碳锰铁的形式加入的，其用量范围为焊丝总重量的1.2～3.5％。过多时硬度升高，焊缝冲击反而下降。