CN110773905A - 大线能量焊接用钢焊接药芯焊丝及其制备方法与焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接加工材料技术领域，具体涉及一种大线能量焊接用钢焊接药芯焊丝及其制备方法与焊接方法，所述药芯焊丝包括：药芯材料和用于包裹所述药芯材料的碳钢钢带外皮，所述药芯材料包括：C、Si、Mn、Ni、B、Ti、Nb、N，余量为Fe及不可避免的杂质；所述制备方法包括：混料、湿混及热处理、烘干及粉碎、焊丝成型；所述焊接方法包括采用CO2、Ar混合气体作为焊接保护气体。本发明所述药芯焊丝采用单质态的材料作为药芯材料的成分，在焊接操作之前，药芯材料的稳定更好，以使焊接的效果更稳定。

Description

大线能量焊接用钢焊接药芯焊丝及其制备方法与焊接方法
技术领域
本发明属于焊接加工材料技术领域，尤其涉及一种大线能量焊接用钢焊接药芯焊丝及其制备方法与焊接方法。
背景技术
在舰船制造、大型钢结构焊接、海洋石油平台焊及石油储罐焊接的施工过程中，焊接工时约占总工时的40％，焊接成本约占制造成本的17％，日本焊接行业从20世纪90年代初就开始应用大线能量焊接技术，其焊接效率较传统的多道次焊接方式提高近10倍。日本生产的焊丝可以一次成型焊接70mm以下的厚板缝，而用中国产的焊丝必须焊接10～40次才能将 70mm以下的厚板缝完成。所以利用中国国产的焊丝进行焊接时工时长、成本高。
大线能量药芯焊接材料是指线能量在300KJ/cm及以上的药芯焊接材料，在此领域，日本的药芯焊接材料最为先进。在中国国内，大热输入(300～400KJ/cm及以上)药芯合金的开发，难度重重。从日本进口100～200KJ/cm的大线能量的药芯合金，5～9万/吨；400KJ/cm以上的禁止向中国出口。中国目前100～300KJ/cm的药芯合金全部进口自日本，400KJ/cm及以上的几乎没有使用。
大线能量焊接条件下，由于焊接接头处的温度升高、受热时间增长，导致焊缝、热影响区(HAZ)及熔合区晶粒组织粗化，材料的力学性能尤其是冲击韧性变差，威胁其使用安全性。为解决此问题，在多年前发现在焊缝金属内的细小夹杂物可以作为形核起点诱导形成了大量针状铁素体(AF)来细化焊缝金属组织，提高焊缝的综合力学性能。
例如，中国发明专利申请号为CN201811391453.6的公开了一种大线能量焊接用药芯焊丝及其制备方法与应用，所述药芯焊丝包括外皮及填充于所述外皮内的药芯，所述药芯占所述药芯焊丝的质量百分比为13.0～13.5％；所述药芯包括的组分及其占所述药芯焊丝的质量百分比如下：TiO25.0～5.6％，SiO20.3～0.6％，Al2O30.15～0.25％，NaF 0.2～0.3％，Mg-Al合金 0.4～0.5％，Si 0.4～0.5％，Mn 2.0～2.5％，Ti 0.04～0.11％，B0.009～0.01％，Fe余量；所述制备方法采用钢带法，通过O型对接，将所述药芯封在所述外皮内，经过成型减径后即得所述药芯焊丝；所述药芯焊丝用于焊接屈服强度不小于400MPa级的钢板。
现有技术中公开了一种大线能量焊接用药芯焊丝及其制备方法与应用，上述药芯焊丝采用TiO2，SiO2及Al2O3材料，在焊丝储存中，上述材料容易产生吸潮现象，在焊接操作的过程中会产生扩散氢，造成焊接质量的下降，另外，药芯占所述药芯焊丝的质量百分比相对低，在焊接的过程药芯焊丝的消耗过快。
基于现有技术存在如上述技术问题，本发明提出一种大线能量焊接用钢焊接药芯焊丝及其制备方法与焊接方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足提供大线能量焊接用钢焊接药芯焊丝及其制备方法与焊接方法。
本发明采取以下的技术方案：
一种大线能量焊接用钢焊接药芯焊丝，所述药芯焊丝包括药芯材料和用于包裹所述药芯材料的碳钢钢带外皮，所述药芯材料包括：C为0.02～0.12wt％、Si为0～0.4wt％、Mn为 1.4～1.8wt％、Ni为1.8～2.6wt％、B为≤0.01wt％、Ti为≤0.01wt％、Nb为≤0.1wt％、N为≤0.01wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，所述碳钢钢带外皮是厚度为0.7mm、宽度为10.2mm的SPCC碳钢钢带。
进一步地，所述药芯材料中还包括Co，所述Co的含量为0～0.2wt％。
进一步地，所述药芯材料还包括1.2～2wt％的Fe3O4。
进一步地，所述药芯材料还包括0.2～0.3wt％的稀土元素。
进一步地，所述药芯材料还包括0.4～0.5wt％的NaF。
进一步地，所述药芯材料还包括1～1.5wt％的V。
本发明还提供一种药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将药芯材料的各组份添加入混料机中，使用混料机混合均匀后取出，其中，药芯材料包括C为0.02～0.12wt％、Si为0～0.4wt％、Mn为1.4～1.8wt％、Ni为1.8～2.6wt％、B 为≤0.01wt％、Ti为≤0.01wt％、Nb为≤0.1wt％、N为≤0.01wt％、Co为0～0.2wt％、Fe3O4为 1.2～2wt％、NaF为0.4～0.5wt％、V为1～1.5wt％，余量为Fe及不可避免的杂质；
步骤2、采用水玻璃作为粘结剂把混合均匀的粉末湿混，放置于热处理炉中在800℃下保温8～10个小时，随炉冷却后取出；
步骤3、将冷却后的混合粉末用行星式球磨机把烘干的粉末粉碎；
步骤4、采用100目和220目的筛子过筛，过筛后的粉末粒径为100～220目；
步骤5、将过筛后的粉末放入粉末搅拌罐中搅拌30分钟；
步骤6、对搅拌后的粉末进行含水量检测，若粉末中的含水量≤320ppm，进行步骤7；若粉末中的含水量＞320ppm，采用热处理炉对粉末进行烘干至粉末中的含水量≤320ppm，进行步骤7；
步骤7、将碳钢钢带外皮安装在焊丝成型机上，将粉末通过送粉器按5～8转/分钟的速率输送到横向安置成“U”型的碳钢钢带凹槽内，进而卷制成焊丝雏形；
步骤8、通过拉拔设备将焊丝雏形进行第一次拉拔，其中，第一次拉拔的拉拔模具的孔径为3mm；
步骤9、将拉拔模具的孔径更改为1.6mm，将经过第一次拉拔的焊丝进行第二次拉拔，采用丙酮清洗剂擦除第二次拉拔成型的药芯焊丝表面上的油污；
步骤10、将Φ1.6mm的大线能量焊丝放入热处理炉中在300℃下保温12个小时，取出完成制作。
进一步地，步骤6中包括对含水量≤320ppm的粉末进行再次过筛的步骤，过筛后的粉末粒径为100～220目。
进一步地，步骤7中还包括对焊丝雏形进行焊丝中空检测的步骤。
进一步地，步骤10中还包括采用化学镀在焊丝的表面镀铜的步骤，其中，镀铜层的质量为焊丝总质量的0.1％。
进一步地，步骤10中，在焊丝表面镀铜之前还包括对焊丝进行表观处理的步骤，将焊丝进行电解碱洗；碱洗完成后进行焊丝的水清洗；水清洗完成后进行电解酸洗，电解酸洗完成后再次进行水清洗；水清洗完成后对焊丝进行烘干。
进一步地，步骤10中还包括对焊丝进行定径的步骤。
进一步地，步骤10中还包括对完成制作的焊丝进行包装的步骤，其中，包装的焊丝中投放有硅胶吸潮材料。
进一步地，步骤2中，水玻璃由硅砂4～10份、膨润土3～6份、氢氧化钠3～4份、溃散剂 2～5份、酚醛纤维3～4份、铁粉4～8份、磷石膏2～4份、凝胶1～3份、亚硫酸钠1～3份和20～35 份的水构成，上述各成分按质量计算。
进一步地，步骤9中，丙酮清洗剂包括40～50份的丙酮、10～20份的二亚乙基三胺、10～15 份的乙醇和10～20份的醋酸丁酯，上述各成分按质量计算。
本发明另提供一种应用药芯焊丝进行焊接的方法，采用CO2、Ar混合气体作为焊接保护气体、采用Ar作为冷却气体及采用水冷块垫在被焊工件的背面，其中，作为保护气体的CO2和Ar的体积比为4:6，气体的输送流量为20～30L/min；作为冷却气体的输送流量为 22～25L/min。
进一步地，采用焊接电压32～36V、焊接电流300～350A及焊接速度0.35～0.45mm/s进行焊接。
进一步地，所述药芯焊丝的伸出长度为20mm。
本发明的有益效果是：
1、本发明所述药芯焊丝的制备方法，通过主要采用单质态的材料作为药芯材料的成分，在焊接操作之前，药芯材料的稳定更好，以使焊接的效果更稳定。
2、本发明所述药芯焊丝，通过稀土元素的添加，能够起到细化晶粒的作用，从而提高冲击韧性作用。
3、本发明所述药芯焊丝，是Ti-B系的大线能量药芯焊丝成分，其焊缝金属内都含有大量细小弥散分布的夹杂物，并以此夹杂物诱导形成了大量交叉分布的AF针状铁素体，该微细组织可强烈阻止裂纹扩展，提高焊缝熔敷金属低温冲击韧性。
4、本发明所述药芯焊丝的制备方法，通过NaF的添加，能够降低产生扩散氢的情况。
5、本发明所述药芯焊丝的制备方法，通过多次热处理的方式，有效减少药芯焊丝中的含水量。
6、本发明所述药芯焊丝的制备方法，通过采用对焊丝的表面镀铜的步骤，使成型的焊丝防锈、防腐蚀；有效的增加了焊丝的导电率；减少与焊枪的摩擦，使送丝顺畅。
7、本发明所述药芯焊丝的制备方法，通过对焊丝进行表观处理的步骤，使成型的焊丝表观质量更好。
附图说明
图1为本发明实施例7中加V的药芯材料的焊接金相组织图；
图2为本发明实施例7中不加V的药芯材料的焊接金相组织图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
一种大线能量焊接用钢焊接药芯焊丝，能够应用于热输入量为300～450KJ/cm的中厚板的单丝、多丝明弧焊接，所述药芯焊丝包括药芯材料和用于包裹所述药芯材料的碳钢钢带外皮，所述药芯材料包括：C为0.06wt％、Si为0.3wt％、Mn为1.6wt％、Ni为2.0wt％、B为0.01wt％、 Ti为0.01wt％、Nb为0.1wt％、N为0.01wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述碳钢钢带外皮是厚度为0.7mm、宽度为10.2mm的SPCC碳钢钢带。
所述药芯材料中还包括Co，所述Co的含量为0～0.2wt％。
所述药芯材料还包括1.2～2wt％的Fe3O4。
所述药芯材料还包括0.2～0.3wt％的稀土元素。
所述药芯材料还包括0.4～0.5wt％的NaF。
所述药芯材料还包括1～1.5wt％的V。
在本实施例中：
C：保证焊缝强度的元素，C含量较低的时候，焊缝金属的强度较低，焊缝金属中铁素体的含量较高，抑制AF的生成，C含量较高的时候，焊缝金属的强度高，但是会造成焊缝接头塑性、韧性的降低。
Si：焊丝成分中主要起脱氧的作用，Si含量较低时，脱氧能力差，焊缝中氧含量偏高，使焊缝的韧性降低；Si含量较高时，导致铁素体晶粒粗大，同样导致焊缝的韧性降低。
Mn：可以有效强化焊缝金属，显著降低脆性转变温度，Mn含量小于1.2wt％时，无法保证焊缝的强度，Mn含量高于2.0wt％时，容易造成焊缝中马氏体的生成，造成焊缝韧性的急剧下降。
Ni：主要起提高焊缝韧性的作用，对于提高焊缝金属的低温韧性有极大的作用，并降低脆性转变温度，Ni属于贵金属，应该控制其添加量。
B：抑制先共析铁素体的生成，固溶的B在奥氏体晶界偏聚，使界面能降低，从而抑制了先共析铁素体的生成，B还降低了奥氏体转变为铁素体的温度，促进了针状铁素体的生成。
Ti：细化焊缝金属组织，有利于大线能量焊接，Ti与N元素亲和力极高，形成TiN质点，促进了针状铁素体的形成，Ti可以减少焊缝熔池中N的含量，降低了固溶N对韧性的影响。 Ti元素含量较低的时候，不能使组织充分细化，含量较高的时候，又会对韧性造成影响。
Ti元素和N元素的亲和力比B元素强，Ti可以防止B被氧化和氮化，保证了B保留在焊缝中，提高了焊缝金属的淬透性，Ti与B元素之间有交互作用，可以扩大针状铁素体的转变区域，当两者在最佳配合范围内时，可以获得大量稳定的针状铁素体，使焊缝金属具有优异的强韧性。
Co：可以提高焊缝的高温性能、耐蚀性，并细化晶粒。
稀土：可以起到净化焊缝、提高氧化性和抗腐蚀性、高温下保持焊缝的细晶粒的作用。
NaF：与焊缝中的氢物质形成不溶于金属的HF，使焊缝中的含氢量极低，所获得的焊缝金属的塑性、韧性及抗裂性极好。
V：能够促进针状铁素体微观组织的发展并能够提高韧性。
一种药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将药芯材料的各组份添加入混料机中，使用混料机混合均匀后取出，其中，药芯材料包括C为0.02～0.12wt％、Si为0～0.4wt％、Mn为1.4～1.8wt％、Ni为1.8～2.6wt％、B 为≤0.01wt％、Ti为≤0.01wt％、Nb为≤0.1wt％、N为≤0.01wt％、Co为0～0.2wt％、Fe3O4为 1.2～2wt％、NaF为0.4～0.5wt％、V为1～1.5wt％，余量为Fe及不可避免的杂质；
步骤2、采用水玻璃作为粘结剂把混合均匀的粉末湿混，放置于热处理炉中在800℃下保温8～10个小时，随炉冷却后取出；
步骤3、将冷却后的混合粉末用行星式球磨机把烘干的粉末粉碎；
步骤4、采用100目和220目的筛子过筛，使粉末颗粒在100～220目之间；
步骤5、将过筛后的粉末放入粉末搅拌罐中搅拌30分钟；
步骤6、对搅拌后的粉末进行含水量检测，若粉末中的含水量≤320ppm，进行步骤7；若粉末中的含水量＞320ppm，采用热处理炉对粉末进行烘干至粉末中的含水量≤320ppm，进行步骤7；
步骤7、将碳钢钢带外皮安装在焊丝成型机上，然后将过筛后的粉末通过送粉器按5～8 转/分钟(上述速度为送粉盘的转动速度)的速率送到横向安置成“U”型的碳钢钢带凹槽内，进而卷制成焊丝雏形；
步骤8、通过拉拔设备将焊丝雏形进行第一次拉拔，其中，第一次拉拔的拉拔模具的孔径为3mm；
步骤9、将拉拔模具的孔径更改为1.6mm，将经过第一次拉拔的焊丝进行第二次拉拔，采用丙酮清洗剂擦除第二次拉拔成型的药芯焊丝表面上的油污，制得药芯焊丝成品；
步骤10、将Φ1.6mm的大线能量焊丝放入热处理炉中在300℃下保温12个小时，取出完成制作。
在本实施例的步骤1中，混料机采用V型混料机，混合的时间在20～40分钟。
在本实施例的步骤2中，作为粘结剂的水玻璃还能够替换成酒精或石蜡。
采用水玻璃时，水玻璃由硅砂4～10份、膨润土3～6份、氢氧化钠3～4份、溃散剂2～5 份、酚醛纤维3～4份、铁粉4～8份、磷石膏2～4份、凝胶1～3份、亚硫酸钠1～3份和20～35 份的水构成，上述各成分按质量计算，将上述各成分均匀混合，采用超声振动的方式振动30 分钟；将上述混合物加热至50～55℃搅拌15～20分钟，制得水玻璃，在上述配比中水的占比显著的比常规配比多以使药芯焊丝中含有少量的水玻璃(水在加热过程中挥发)。
在本实施例的步骤7中，还包括对碳钢钢带进行除锈的步骤。
在本实施例的步骤6中，包括对含水量≤320ppm的粉末进行再次过筛的步骤，过筛后的粉末粒径为100～220目。粉末能够吸收空气中的水分，而导致结块，通过再次过筛，进一步的保证了粉末的粒度相对均匀。
在本实施例的步骤7中，还包括对焊丝雏形进行焊丝中空检测的步骤。
在本实施例的步骤9中，丙酮清洗剂包括40～50份的丙酮、10～20份的二亚乙基三胺、 10～15份的乙醇和10～20份的醋酸丁酯，上述各成分按质量计算。
在本实施例的步骤10中，还包括对完成制作的焊丝进行包装的步骤，其中，包装的焊丝中投放有硅胶吸潮材料。
在本实施例的步骤10中还包括采用化学镀在焊丝的表面镀铜的步骤，其中，镀铜层的质量为焊丝总质量的0.1％。
在本实施例的步骤10中，在焊丝表面镀铜之前还包括对焊丝进行表观处理的步骤，将焊丝进行电解碱洗；碱洗完成后进行焊丝的水清洗；水清洗完成后进行电解酸洗，电解酸洗完成后再次进行水清洗；水清洗完成后对焊丝进行烘干，其中，碱洗过程中温度为78～79℃，碱洗电流为660～680A，碱洗浓度为80～90g/L；酸洗过程中，电流为260～280A。
在本实施例的步骤10中还包括对焊丝进行定径的步骤。
应用药芯焊丝进行焊接的方法，采用CO2、Ar混合气体作为焊接保护气体、采用Ar作为冷却气体及采用水冷块垫在被焊工件的背面，其中，作为保护气体的CO2和Ar的体积比为4:6，气体的输送流量为20～30L/min；作为冷却气体的输送流量为22～25L/min。
在本实施例中，冷却气体输送至熔池尾部和焊缝的表面；水冷块采用紫铜材质并做为被焊工件的衬板，水冷块采用循环水冷的方式。
采用焊接电压32～36V、焊接电流300～350A及焊接速度0.35～0.45mm/s进行焊接。
所述药芯焊丝的伸出长度为20mm。
通过采用如上的药芯材料成分及如上的焊接方法，焊后不进行热处理，焊接线能量为 310KJ/cm，焊缝金属的力学性能测试如下，抗拉强度为650MP，-40℃下的冲击功Akv≥95J。
实施例2
在本实施例中，药芯材料成分调整为C为0.08wt％、Si为0.3wt％、Mn为1.6wt％、Ni为2.2wt％、B为0.01wt％、Ti为0.01wt％、Nb为0.08wt％、N为0.01wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。
通过如上的药芯材料成分及如实施例1中的焊接方法，焊后不进行热处理，焊接线能量为310KJ/cm，焊缝的抗拉强度为760MP，-40℃下的冲击功Akv≥72J。
实施例3
在本实施例中，药芯材料成分调整为C为0.10wt％、Si为0.3wt％、Mn为1.6wt％、Ni为2.4wt％、B为0.01wt％、Ti为0.01wt％、Nb为0.06wt％、N为0.01wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。
通过如上的药芯材料成分及如实施例1中的焊接方法，焊后不进行热处理，焊接线能量为310KJ/cm，焊缝的抗拉强度为800MP，-40℃下的冲击功Akv≥47J。
实施例4
在本实施例中，药芯材料成分调整为C为0.10wt％、Si为0.3wt％、Mn为1.6wt％、Ni为2.4wt％、B为0.01wt％、Ti为0.01wt％、Nb为0.06wt％、N为0.01wt％、Co为0.2wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。
通过如上的药芯材料成分及如实施例1中的焊接方法，焊后不进行热处理，焊接线能量为310KJ/cm。焊缝的抗拉强度为800MP左右，-40℃下的冲击功Akv≥50J。
取加Co的焊接接头和不加Co的焊接接头各1000g，分别按质量平均分成10份样本，将两个10份样本投放入800℃的热处理炉中反复加热9次，每次加热时间为2小时，取出样本进行称重，来对比加Co的焊接接头和不加Co的焊接接头的高温氧化性能。加入Co元素的焊接接头的高温抗氧化性能明显的优于不加Co的焊接接头。如表1所示
Figure BDA0002238031630000081
Figure BDA0002238031630000091
表1
实施例5
在本实施例中，药芯材料成分调整为C为0.10wt％、Si为0.3wt％、Mn为1.6wt％、Ni为2.4wt％、B为0.01wt％、Ti为0.01wt％、Nb为0.06wt％、N为0.01wt％、稀土元素Ce为0.25wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。
通过如上的药芯材料成分及如实施例1中的焊接方法，焊后不进行热处理，焊接线能量为310KJ/cm。焊接接头的晶粒细化，从而提高了接头的抗氧化性、耐腐蚀性能、冲击韧性等；焊缝的抗拉强度为850MP，-40℃下的冲击功Akv≥80J，耐蚀性比不加入稀土元素明显的提高了。
采用IVIUMSTAT.XRi电化学工作站，在4％的NaCl模拟海水的环境下，含稀土Ce的接头和不含稀土Ce的接头试样10mm×10mm×5mm进行动电位极化测试，开路电位选择范围为 -450～600mV之间，并以0.5mV/s的扫描速度进行扫描。采用CorrView软件对极化曲线进行拟合得到腐蚀电位(Ecorr)和腐蚀电流密度(Icorr)。在评价铁素体的耐蚀能力时，首要考虑铁素体的腐蚀电流密度(Icorr)，腐蚀电流密度越小，铁素体的耐蚀性能越好，当不同焊接参数下焊接接头的腐蚀电流密度相差不大时，腐蚀电位才是一个需要考虑的参数，腐蚀电位越高，焊接接头的耐蚀性能越好。
试样 加入稀土Ce 未加入稀土Ce
腐蚀电位(Ecorr/V) -0.006 -0.122
腐蚀电流密度(Icorr/(A/cm<sup>2</sup>)) 5.238×10<sup>-8</sup> 2.480×10<sup>-6</sup>
表2
由表2数据可以看出，加入稀土元素Ce的焊接接头的腐蚀电流密度比未加入稀土Ce的焊接接头小2个数量级，证明加入稀土Ce之后焊接接头的耐蚀性得到了极大地提高。
实施例6
在本实施例中，药芯材料成分调整为C为0.10wt％、Si为0.3wt％、Mn为1.6wt％、Ni为2.4wt％、B为0.01wt％、Ti为0.01wt％、Nb为0.06wt％、N为0.01wt％、NaF为0.45wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。
与实施例3比较，加入NaF后，按照实施例1中的焊接方法，焊后不进行热处理，焊接线能量为310KJ/cm，焊缝的抗拉强度为850MP，-40℃下的冲击功Akv≥70J。焊接接头的塑性、韧性都有较大的提高。
实施例7
在本实施例中，药芯材料成分调整为C为0.10wt％、Si为0.3wt％、Mn为1.6wt％、Ni为2.4wt％、B为0.01wt％、Ti为0.01wt％、Nb为0.06wt％、N为0.01wt％、V为1.25wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。
由图1所示，在加入V的大线能量焊接接头中，铁素体的含量达到85％以上，铁素体组织细小；如图2所示，能够看出铁素体的含量在65％左右，且铁素体组织与加入V的焊接接头相比较为粗大，按照实施例1中的焊接方法，焊后不进行热处理，焊接线能量为310KJ/cm，焊缝的抗拉强度为900MP，-40℃下的冲击功Akv≥85J，其中，上述铁素体的含量值可通过测算铁素体在整个金相组织图中的面积占比(通过Photoshop软件辅助测算)来计算。
本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书界定。

Claims (10)

1.一种大线能量焊接用钢焊接药芯焊丝，所述药芯焊丝包括药芯材料和用于包裹所述药芯材料的碳钢钢带外皮，其特征在于，所述药芯材料包括：C为0.02～0.12wt％、Si为0～0.4wt％、Mn为1.4～1.8wt％、Ni为1.8～2.6wt％、B为≤0.01wt％、Ti为≤0.01wt％、Nb为≤0.1wt％、N为≤0.01wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的大线能量焊接用钢焊接药芯焊丝，其特征在于，所述碳钢钢带外皮是厚度为0.7mm、宽度为10.2mm的SPCC碳钢钢带。
3.根据权利要求1所述的大线能量焊接用钢焊接药芯焊丝，其特征在于，所述药芯材料中还包括Co，所述Co的含量为0～0.2wt％。
4.根据权利要求1所述的大线能量焊接用钢焊接药芯焊丝，其特征在于，所述药芯材料还包括1.2～2wt％的Fe3O4。
5.根据权利要求1所述的大线能量焊接用钢焊接药芯焊丝，其特征在于，所述药芯材料还包括0.2～0.3wt％的稀土元素Ce。
6.根据权利要求1所述的大线能量焊接用钢焊接药芯焊丝，其特征在于，所述药芯材料还包括0.4～0.5wt％的NaF。
7.一种药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将药芯材料的各组份按权利要求1中的比例添加入混料机中，使用混料机混合均匀后取出，其中，药芯材料包括C为0.02～0.12wt％、Si为0～0.4wt％、Mn为1.4～1.8wt％、Ni为1.8～2.6wt％、B为≤0.01wt％、Ti为≤0.01wt％、Nb为≤0.1wt％、N为≤0.01wt％、Co为0～0.2wt％、Fe3O4为1.2～2wt％、NaF为0.4～0.5wt％、V为1～1.5wt％，余量为Fe及不可避免的杂质；
步骤2、采用水玻璃作为粘结剂把混合均匀的粉末湿混，放置于热处理炉中在800℃下保温8～10个小时，随炉冷却后取出；
步骤3、将冷却后的混合粉末用行星式球磨机把烘干的粉末粉碎；
步骤4、采用100目和220目的筛子过筛，过筛后的粉末粒径为100～220目之间；
步骤5、将过筛后的粉末放入粉末搅拌罐中搅拌30分钟；
步骤6、对搅拌后的粉末进行含水量检测，若粉末中的含水量≤320ppm，进行步骤7；若粉末中的含水量＞320ppm，采用热处理炉对粉末进行烘干至粉末中的含水量≤320ppm，进行步骤7；
步骤7、将碳钢钢带外皮安装在焊丝成型机上，然后将粉末通过送粉器按5～8转/分钟的速率送到横向安置成“U”型的碳钢钢带凹槽内，进而卷制成焊丝雏形；
步骤8、通过拉拔设备将焊丝雏形进行第一次拉拔，其中，第一次拉拔的拉拔模具的孔径为3mm；
步骤9、将拉拔模具的孔径更改为1.6mm，将经过第一次拉拔的焊丝进行第二次拉拔，采用丙酮清洗剂擦除第二次拉拔成型的药芯焊丝表面上的油污；
步骤10、将Φ1.6mm的大线能量焊丝放入热处理炉中在300℃下保温12个小时，取出完成制作。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤10中还包括采用化学镀在焊丝的表面镀铜的步骤，其中，镀铜层的质量为焊丝总质量的0.1％。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，水玻璃由硅砂4～10份、膨润土3～6份、氢氧化钠3～4份、溃散剂2～5份、酚醛纤维3～4份、铁粉4～8份、磷石膏2～4份、凝胶1～3份、亚硫酸钠1～3份和20～35份的水构成，上述各成分按质量计算。
10.一种应用药芯焊丝进行焊接的方法，其特征在于，采用CO2、Ar混合气体作为焊接保护气体、采用Ar作为冷却气体及采用水冷块垫在被焊工件的背面，其中，作为保护气体的CO2和Ar的体积比为4:6，气体的输送流量为20～30L/min；作为冷却气体的输送流量为22～25L/min。
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