CN112388202A - 焊丝药芯和焊丝、焊丝的制备方法和焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种焊丝药芯和焊丝、焊丝的制备方法和焊接方法，涉及焊接材料技术领域，所述药芯由如下质量分数的化学成分组成:Mn：1‑6％；Si：0.1‑5％；Mg：0.1‑2％，Cr：35‑50％；Ni：15‑25％；Na2O和K2O的质量分数总和为1‑10％；氟化物：0.1‑2％；TiO2：15‑30％；SiO2：3‑10％；余量为Fe及不可避免的杂质。采用本发明提供的焊丝进行堆焊后，其堆焊层的抗拉强度为527‑547MPa，延伸率为38％,作为表面堆焊用合金钢药芯焊丝的打底焊材料，保证690℃保温32小时热处理后侧弯(d＝4t，α＝180°)无开口裂纹，堆焊层金属无晶间腐蚀倾向；并且焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观，采用短路过渡可以实现立向下焊接；且该焊丝生产工艺简单、合金系统设计合理，焊丝综合成本低。

Description

焊丝药芯和焊丝、焊丝的制备方法和焊接方法
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，特别涉及一种焊丝药芯和焊丝、焊丝的制备方法和焊接方法。
背景技术
近年来，随着经济的快速发展，不锈钢行业也得到较快的发展。不锈钢消费量的强劲增长，必将带动焊接市场的快速增长：一方面，钢材的品质进步促使不锈钢焊接材料的更新换代；另一方面，不锈钢焊接高效(自动化)进程明显提速，促使焊接材料的品种结构调整步伐加快。
与传统的手工焊条、镀铜实芯焊丝、埋弧焊剂相比，采用不锈钢药芯焊丝进行焊接具有明显的优势，其一，焊接过程更加连续，而且可以实现自动焊接，从而减少了焊接接头，极大的提高了生产效率，是手工电弧焊的3-4倍，焊接质量好，节约了能源，降低了综合成本；其二，不锈钢药芯焊丝不存在发热和发红现象，且飞溅极小，焊缝光亮呈银白色，焊后一般不需要酸洗、打磨和抛光；其三，药芯焊丝中的药粉都经过高温烘焙，水分极少，焊接之前不需要烘干，气孔敏感性较低。所以不锈钢药芯焊丝广泛应用于造船、石化、压力容器、钢结构和工程机械等行业。
在石化和压力容器行业中，为了满足某些特定环境下的耐腐蚀性，一般会采用不锈钢材料，但是不锈钢材料成本很高，因此，用合金钢作为母材，在其表面堆焊多层不锈钢焊材来达到其表面耐腐蚀性的情况越来越多。目前合金钢堆焊所用焊丝的药芯中包括铬、镍、造渣剂和合金剂，这种组成的药芯焊丝在合金钢堆焊后，在堆焊层上易出现小孔和裂纹，而小孔和裂纹会使成形加工后的工件结构破坏，降低工件的使用寿命。
发明内容
本发明提供了一种焊丝药芯和焊丝、焊丝的制备方法和焊接方法，以解决现有技术中堆焊层上易出现小孔和裂纹，导致其加工工件后结构易被破坏，寿命短的技术问题。
一方面，本发明提供了一种合金钢堆焊用焊丝药芯,所述药芯由如下质量分数的化学成分组成:Mn：1-6％；Si：0.1-5％；Mg：0.1-2％，Cr：35-50％；Ni：15-25％；Na2O和K2O的质量分数总和为1-10％；氟化物：0.1-2％；TiO2：15-30％；SiO2：3-10％；余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，所述Mn与所述Si的质量分数比值为3-8。
进一步地，所述的氟化物为如下至少一种：氟化钠、氟硅酸钠、氟硅酸钾和氟铝酸钠。
另一方面，本发明提供了一种合金钢堆焊用焊丝，所述焊丝包括钢制外皮和权利要求1-3任一项所述的药芯，所述外皮包括以下质量分数的化学成分：C：0.01-0.1％；Mn：0.5-1.5％；Si：0.1-1％；S：0.005-0.015％；P：0.005-0.035％；Cr：15-25％；Ni：5-15％；余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，所述药芯的填充率为22-30％。
进一步地，所述外皮的厚度为0.3-0.5mm，所述焊丝的直径为1.2-1.6mm。
再一方面，本发明提供了上述的一种合金钢堆焊用焊丝的制备方法，所述方法包括，
将权利要求1-3任一项所述的合金钢堆焊用焊丝药芯包裹在不锈钢钢带中，再通过精拉减径、表面处理和密排层绕制，获得合金钢堆焊用焊丝。
第四方面，本发明提供了一种合金钢堆焊焊接方法，使用上述的合金钢堆焊用焊丝进行，所述方法包括，
在CO2气体保护下，使用所述焊丝对合金钢进行堆焊焊接，所述焊接电流为200-220A，所述焊接电压为30-32V，所述CO2气体流量为15-25L/min。
进一步地，所述合金钢包括如下质量分数的化学成分：C:0.05-0.15％；Mn：0.6-0.9％；Si：0.05-0.5％；P:0.001-0.025％；S:0.001-0.025％；Cr：0.9-1.2％；Mo:0.15-0.25％；Cu：0.01-0.25。
进一步地，所述焊接温度为10-150℃。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供了一种焊丝药芯和焊丝、焊丝的制备方法和焊接方法，通孔控制堆焊用焊丝药芯中铬和镍的质量分数，在对焊过程中，其可以细化晶粒，从而提高堆焊层的塑性，另一方面，低碳高铬还可以避免出现具备贫铬造成的塑性均匀性差的问题，同时，配合锰硅镁脱氧，Na2O和K2O堆焊过程稳弧，经过堆焊后可以形成均匀的3-10％的铁素体和90-97％的奥氏体，这种组织使堆焊层具有良好的塑性，无晶间腐蚀，在变形过程中不会产生小孔和裂纹，从而提高了由其制备的工件的使用寿命。采用本发明提供的焊丝进行堆焊后，其堆焊层的抗拉强度为527-547MPa，延伸率为38％,作为表面堆焊用合金钢药芯焊丝的打底焊材料，保证690℃保温32小时热处理后侧弯(d＝4t，α＝180°)无开口裂纹，堆焊层金属无晶间腐蚀倾向；并且焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观，采用短路过渡可以实现立向下焊接；且该焊丝生产工艺简单、合金系统设计合理，焊丝综合成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种合金钢用焊丝堆焊后的堆焊层金相组织图；
图2为本发明实施例提供的一种合金钢用焊丝堆焊后的合金钢晶间腐蚀的宏观形貌图；
图3为对比例1提供的一种焊丝堆焊后的堆焊层金相组织图；
图4为对比例1提供的一种焊丝堆焊后的合金钢晶间腐蚀的宏观形貌图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一方面，本发明实施例提供了一种合金钢堆焊用焊丝药芯,所述药芯由如下质量分数的化学成分组成:Mn：1-6％；Si：0.1-5％；Mg：0.1-2.0％；Cr：35-50％；Ni：15-25％；Na2O和K2O的质量分数总和为1-10％；氟化物：0.1-2％；TiO2：15-30％；SiO2：3-10％；余量为Fe及不可避免的杂质。
锰：锰在本发明实施例中是一种单质，是重要的脱氧剂，其可以脱除药芯中的氧化物TiO2在高温焊接中释放出的氧，同时也是焊缝金属重要的合金剂，可以使用电解锰增锰。对焊缝金属的强度和韧性有重要影响。锰可以降低奥氏体向铁素体转变温度，促进AF(针状铁素体)形成，其组织为连锁结构，能很好地阻止裂纹的扩展，故具有很好的力学性能，特别是韧性。锰还能与硫形成MnS，从而降低焊缝的杂质含量。锰含量增加可以提高焊缝的低温冲击韧性，但太高时则相反。因此，将Mn限定为1-6％。锰可以通过加入电解锰的方式提供，电解锰的纯度很高，可达99.7％以上。
硅：硅在本发明实施例中是一种单质，可以通过加入硅铁合金的方式加入，硅是重要的脱除药芯中的氧化物TiO2在高温焊接中释放出的氧，同时也是焊缝金属重要的合金剂。硅可以降低焊缝金属的含氧量，提高焊缝金属的冲击韧性，但太高时则相反。采用硅锰联合脱氧，多次试验确定Si含量在0.1-5％时，冲击韧性性能较好。
镁：镁在本发明实施例中是一种单质，也是强脱氧剂，可以脱除药芯中的氧化物TiO2在高温焊接中释放出的氧，对控制焊缝金属的含氧量有重要作用，同时能起到稳弧的作用，但其含量过高时会增加焊接烟尘不利于焊工健康。其含量控制在0.1-5％时性能好。镁可以采用加入镁粉的方式增镁。
铬：铬在本发明实施例中是一种单质，是常用的合金剂，铬是也中等碳化物的形成元素，在各种碳化物中，碳化铬是最细小的一种，它可均匀地分布在钢基体中，起到细化晶粒的作用，从而提高堆焊层的塑性，提高变形成型能力。但是碳化铬过多会造成局部贫铬现象，会使堆焊层局部很硬很脆，影响塑性；因此，要严格控制金红石和石英砂这些造渣剂中具有更低的碳含量。铬是组成铁素体的元素，而铁素体是一种较软的相，从而提高堆焊层的塑性；另外，铬会与氧形成氧化膜，这种氧化膜可以抑制晶间腐蚀，避免在变形过程中出现小孔和裂纹；且铬在短时间加热下，还有阻碍晶粒长大作用，所以可减小过热敏感效应。金属铬占药芯的比例控制在35-50％时力学性能好。
镍：镍在本发明实施例中是一种单质，能显著提高焊缝金属的强度，还可以细化晶粒的作用，并降低钢的过热倾向性，提高强度、硬度、热稳定性；降低回火脆性，但过高会影响焊缝金属韧性。镍是奥氏体元素，奥氏体是一种软相，提高塑性，成形性好。为了控制过渡到焊缝金属的镍含量，镍控制在5-25％时力学性能好。镍可以通过加入镍粉增镍。
Na2O、K2O:Na2O和K2O在本发明实施例中均是化合物，都作为配方中的稳弧剂，主要来自K2TiO3、K2SiO3、Na2SiO3、钠长石和钾长石。Na2O、K2O增加，电弧稳定性增加、呈喷射过渡、熔滴尺寸减小，电弧声音变好；控制在1-10％时焊接工艺性能好。
氟化物：氟化物在本发明实施例中是化合物，可以降低熔敷金属的扩散氢含量和焊缝气孔敏感性，其含量过高，电弧不稳、飞溅变大、电弧声音变差，其含量过低，产生气孔缺陷，成为变形裂纹源；控制氟化物的比例为0.5-2％时焊接工艺性能好。
TiO2：TiO2在本发明实施例中是化合物，可以通过加入天然金红石的方式获得，天然金红石是常用的造渣剂和稳弧剂，作为造渣剂可以在堆焊中起到保护作用，防止金属被氧化；作为稳弧剂，其含量越多，电弧越稳定。天然金红石中可能含有微量的碳，其含量越低越好，一般来说，其碳含量低于检测下限，以避免碳和铬形成碳化铬这种会使堆焊层局部很硬很脆的情况，因此TiO2的比例为15-30％。
SiO2:SiO2在本发明实施例中是化合物，主要作用是造渣、调整熔渣的酸碱度、粘度、表面张力和流动性。
铁：铁在本发明实施例中是单质，可以由铁粉提供，其可以提高焊接效率，且铁粉里面自带1％左右的氧，因此可以提供少量的氧用于稳弧，以保证高的熔敷效率。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述Mn与所述Si的质量分数比值为3-8。
同时Mn与Si的比值控制在3-8,目的是得到良好的工艺性能，且Mn是奥氏体形成元素，Si是铁素体形成元素，用高Mn低Si的组合联合脱氧可以进一步促进堆焊后金相组织中奥氏体的形成，而奥氏体是一种塑韧性很好的组织，是堆焊层的弯曲性能得到进一步保证。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述的氟化物为如下至少一种：氟化钠、氟硅酸钠、氟硅酸钾和氟铝酸钠。
另一方面，本发明实施例提供了一种合金钢堆焊用焊丝，所述焊丝包括钢制外皮和上述的药芯，所述外皮包括以下质量分数的化学成分：C：0.01-0.1％；Mn：0.5-1.5％；Si：0.1-1％；S：0.005-0.015％；P：0.005-0.035％；Cr：15-25％；Ni：5-15％；余量为Fe及不可避免的杂质。
焊丝外皮主要起到向焊缝中过渡各种合金元素的效果，且各成分效果与药芯中对应的成分效果相同，无需赘述。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述药芯的填充率为22-30％。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述外皮的厚度为0.3-0.5mm，，所述焊丝的直径为1.2-1.6mm。
再一方面，本发明实施例还提供了上述的一种合金钢堆焊用焊丝的制备方法，所述方法包括，
将上述的合金钢堆焊用焊丝药芯包裹在不锈钢钢带中，再通过精拉减径、表面处理和密排层绕制，获得合金钢堆焊用焊丝。
这种焊丝制备方法采用精密成型工艺，以超低碳不锈钢钢带作为外皮制得。
第四方面，本发明实施例还提供了一种合金钢堆焊焊接方法，使用上述的合金钢堆焊用焊丝进行，所述方法包括，
在CO2气体保护下，使用所述焊丝对合金钢进行堆焊焊接，所述焊接电流为200-220A，所述焊接电压为30-32V，所述CO2气体流量为15-25L/min。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述合金钢包括如下质量分数的化学成分：C:0.05-0.15％；Mn：0.6-0.9％；Si：0.05-0.5％；P:0.001-0.025％；S:0.001-0.025％；Cr：0.9-1.2％；Mo:0.15-0.25％；Cu：0.01-0.25。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述焊接温度为10-150℃。
下面将结合实施例、对比例及实验数据对本发明的一种合金钢堆焊用焊丝药芯、焊丝以及焊丝的制备方法和焊接方法进行详细说明。
实施例1
实施例1提供了一种焊丝药芯、焊丝、焊丝的制备方法和焊接方法，其中，
焊丝包括钢质外皮和药芯，焊丝直径为1.2mm，钢质外皮的厚度为0.4mm，药芯占焊丝重量的26.0％，药芯组成按质量百分数计为，4％的电解锰、0.5％的硅铁、0.8％的镁粉、35％的金属铬、20％的镍粉、2％的Na2O、4％的K2O、1.0％的氟化钠、24％天然金红石、6％的SiO2余量为铁粉。
焊丝的制备方法为：
选用10mm×0.4mm的超低碳不锈钢钢带作为外皮，其化学成分按质量百分比为0.01％的碳、1.3％的锰、0.3％的硅、0.002％的硫、0.007％的磷、18％的铬、8％的镍，余量为Fe及不可避免的杂质，
采用精密成型工艺将药芯包裹在超低碳不锈钢钢带中，再通过精拉减径、表面处理和密排层绕制成所述药芯焊丝。堆焊方法如下：
将上述的焊丝，在CO2气体保护下，使用所述焊丝对合金钢进行堆焊焊接，其中，焊接电流为200A，焊接电压为30V，CO2气体流量为20L/min，焊接温度为150℃，合金钢包括如下质量分数的化学成分：C:0.1％；Mn：0.65％；Si：0.1％；P:0.004％；S:0.002％；Cr：1.0％；Mo:0.15％；Cu：0.05％。
实施例2
实施例2提供了一种焊丝药芯、焊丝、焊丝的制备方法和焊接方法，其中，
焊丝包括钢质外皮和药芯，焊丝直径为1.2mm，钢质外皮的厚度为0.4mm，药芯占焊丝重量的27.0％，药芯组成按质量百分比为5％的电解锰、0.8％的硅铁、1.0％的镁粉、42％的金属铬、18％的镍粉、4％的Na2O、3％的K2O、1.0％的氟硅酸钠、24％天然金红石、8％的SiO2、余量的铁粉。
焊丝的制备方法为：
选用10mm×0.4mm的超低碳不锈钢钢带作为外皮，其化学成分按质量百分比为：0.01％的碳、1.3％的锰、0.3％的硅、0.002％的硫、0.007％的磷、18％的铬、8％的镍、余量为Fe及不可避免的杂质。
药芯焊丝的生产工艺，其特征在于，采用精密成型工艺将所述药芯包裹在所述超低碳不锈钢钢带中，再通过精拉减径、表面处理和密排层绕制成所述药芯焊丝。
堆焊方法如下：
将上述的焊丝，在CO2气体保护下，使用所述焊丝对合金钢进行堆焊焊接，其中，焊接电流为210A，焊接电压为32V，CO2气体流量为20L/min，焊接温度为120℃，合金钢包括如下质量分数的化学成分：C:0.1％；Mn：0.65％；Si：0.1％；P:0.004％；S:0.002％；Cr：1.0％；Mo:0.15％；Cu：0.05％。
实施例3
实施例3提供了一种焊丝药芯、焊丝、焊丝的制备方法和焊接方法，其中，
焊丝包括钢质外皮和药芯，焊丝直径为1.2mm，钢质外皮的厚度为0.3mm，药芯占焊丝重量的24.0％，药芯组成质量百分比为2％的电解锰、3.5％的硅铁、0.8％的镁粉、38％的金属铬、15％的镍粉、6％的Na2O、4％的K2O、1.5％的氟铝酸钠、16％的天然金红石、10％的SiO2，余量的铁粉。
焊丝的制备方法为：
选用10mm*0.4mm的超低碳不锈钢钢带做外皮，其化学成分按质量百分比为0.01％的碳、1.3％的锰、0.3％的硅、0.002％的硫、0.007％的磷、18％的铬、8％的镍、余量为Fe及不可避免的杂质，
药芯焊丝的生产工艺，其特征在于，采用精密成型工艺将所述药芯包裹在所述超低碳不锈钢钢带中，再通过精拉减径、表面处理和密排层绕制成所述药芯焊丝。
堆焊方法如下：
将上述的焊丝，在CO2气体保护下，使用所述焊丝对合金钢进行堆焊焊接，其中，焊接电流为205A，焊接电压为30V，CO2气体流量为20L/min，焊接温度为110℃，合金钢包括如下质量分数的化学成分：C:0.1％；Mn：0.65％；Si：0.1％；P:0.004％；S:0.002％；Cr：1.0％；Mo:0.15％；Cu：0.05％。
实施例4
实施例4提供了一种焊丝药芯、焊丝、焊丝的制备方法和焊接方法，其中，
焊丝包括钢质外皮和药芯，焊丝直径为1.2mm，钢质外皮的厚度为0.3mm，药芯占焊丝重量的24.0％，药芯组成质量百分比为5％的电解锰、4.5％的硅铁、0.8％的镁粉、46％的金属铬、24％的镍粉、6％的Na2O、2％的K2O、1.5％的氟硅酸钾、22％的天然金红石、10％的SiO2，余量为Fe及不可避免的杂质。
焊丝的制备方法为：
选用10mm*0.4mm的超低碳不锈钢钢带做外皮，其化学成分按质量百分比为0.01％的碳、1.3％的锰、0.3％的硅、0.002％的硫、0.007％的磷、18％的铬、8％的镍、余量为Fe及不可避免的杂质，
药芯焊丝的生产工艺，其特征在于，采用精密成型工艺将所述药芯包裹在所述超低碳不锈钢钢带中，再通过精拉减径、表面处理和密排层绕制成所述药芯焊丝。
堆焊方法如下：
将上述的焊丝，在CO2气体保护下，使用所述焊丝对合金钢进行堆焊焊接，其中，焊接电流为215A，焊接电压为30V，CO2气体流量为20L/min，焊接温度为98℃，合金钢包括如下质量分数的化学成分：C:0.1％；Mn：0.65％；Si：0.1％；P:0.004％；S:0.002％；Cr：1.0％；Mo:0.15％；Cu：0.05％。
对比例1
对比例1提供了一种焊丝，该焊丝包括药芯和外皮，焊丝直径为1.2mm，钢质外皮的厚度为0.3mm，药芯占焊丝重量的24.0％，药芯组成质量百分比为5％的电解锰、4.5％的硅铁、0.8％的镁粉、22％的金属铬、12％的镍粉、6％的Na2O、2％的K2O、1.5％的氟硅酸钾、22％的天然金红石、10％的SiO2，余量为Fe及不可避免的杂质。
焊丝的制备方法为：
选用10mm*0.4mm的超低碳不锈钢钢带做外皮，其化学成分按质量百分比为0.01％的碳、1.3％的锰、0.3％的硅、0.002％的硫、0.007％的磷、18％的铬、8％的镍、余量为Fe及不可避免的杂质，
药芯焊丝的生产工艺，其特征在于，采用精密成型工艺将所述药芯包裹在所述超低碳不锈钢钢带中，再通过精拉减径、表面处理和密排层绕制成所述药芯焊丝。
将其用于对合金钢进行焊接。
对比例2
对比例2提供了一种焊丝，其以对比例1为参照，对比例2与对比例1不同的是，药芯组成中：金属铬的质量百分比为60％、镍粉的质量百分比为30％，其余与对比例1相同。
需要说明的是，上述实施例1-4以及对比例1-2中，电解锰的纯度为99.8％，硅铁中硅的质量分数为45％，镁粉中镁的质量分数为99.2％，金属铬中铬的质量分数为99.5％，镍粉中镍的质量分数为99.5％，天然金红石中TiO2的质量分数为95.8％。
表1
编号 C/％ Mn/％ Si/％ S/％ P/％ Cr/％ Ni/％
实施例1 0.028 1.31 0.35 0.004 0.012 22.63 13.15
实施例2 0.029 1.30 0.37 0.002 0.012 24.50 12.86
实施例3 0.028 1.31 0.36 0.002 0.012 23.65 12.15
实施例4 0.027 1.32 0.38 0.002 0.013 25.00 13.50
对比例1 0.025 1.32 0.35 0.004 0.012 19.12 8.43
对比例2 0.041 1.37 0.40 0.004 0.012 25.68 16.21
实施例1-4以及对比例1-2提供的焊丝在对合金钢板进行堆焊后形成的熔敷金属化学成分如表1所示，余量为Fe及不可避免的杂质，堆焊层中碳、铬和镍的化学成分如表2所示；熔敷金属机械性能见表2,并对熔敷金属根据GB/T4334 E法查看晶间腐蚀情况，如表2所示；将实施例1-4以及对比例1-2对合金钢板堆焊后的钢板在690℃下保温32h处理，后进行横向和纵向侧弯(d＝4t，α＝180°)观察横向和纵向的裂纹情况，结果如表2所示。
在本发明中，熔敷金属是完全由填充金属熔化后所形成的焊缝金属，在本发明中可以理解为焊缝中熔化的焊丝部分。堆焊层是理解为焊丝与母材融合后的金属。
表2
Figure BDA0002809178330000091
由表2中的数据可知，实施例1-4提供的焊丝经过合金钢堆焊后，获得的带有堆焊层的合金钢板其抗拉强为527-547MPa，延伸率为38％,，观察其金相组织，基体为90-97％的奥氏体和3-10％的铁素体组织，有极少量的碳化物在晶界出现，且堆焊焊后Cr、Ni含量在一个较高的水平，确保热处理后焊缝金相组织任然能保证为奥氏体和铁素体，再加上碳化物，这种组织结构有很好的塑性和耐腐蚀性能，能够保证堆焊等的侧弯性能和晶间腐蚀性能。
对比例1提供的焊丝经过合金钢板堆焊后，获得的带有堆焊层的合金钢板其抗拉强为550MPa，延伸率为36％,观察其金相组织，基体为86％的奥氏体和14％的铁素体组织，有极少量的碳化物在晶界出现，但是因为其堆焊焊后Cr、Ni含量在一个较低的水平，热处理后会因为晶界处铬的流失出现局部贫铬现象(铬含量≤12％)，而局部贫铬现象的出现一般都会伴有脆性相的产生，所以该焊丝堆焊后的弯曲性能和晶间腐蚀性能不能得到保证，出现不合格现象。
对比例2提供的焊丝经过合金钢板堆焊后，获得的带有堆焊层的合金钢板，其抗拉强为560MPa，延伸率为34％，横向和纵向侧弯均出现裂纹，这是由于其铁素体体积分数过高，能达到20％,热处理后在堆焊层出现了脆性相，导致弯曲出现裂纹所致。
本发明提供了一种焊丝药芯和焊丝、焊丝的制备方法和焊接方法，通孔控制堆焊用焊丝药芯中铬和镍的质量分数，在对焊过程中，其可以细化晶粒，从而提高堆焊层的塑性，另一方面，低碳高铬还可以避免出现具备贫铬造成的塑性均匀性差的问题，同时，配合锰硅镁脱氧，Na2O和K2O堆焊过程稳弧，经过堆焊后可以形成均匀的3-10％的铁素体和90-97％的奥氏体，这种组织使堆焊层具有良好的塑性，无晶间腐蚀，在变形过程中不会产生小孔和裂纹，从而提高了由其制备的工件的使用寿命。采用本发明提供的焊丝进行堆焊后，其堆焊层的抗拉强度为527-547MPa，延伸率为38％,作为表面堆焊用合金钢药芯焊丝的打底焊材料，保证690℃保温32小时热处理后侧弯(d＝4t，α＝180°)无开口裂纹，堆焊层金属无晶间腐蚀倾向；并且焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观，采用短路过渡可以实现立向下焊接；且该焊丝生产工艺简单、合金系统设计合理，焊丝综合成本低。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种合金钢堆焊用焊丝药芯,其特征在于,所述药芯由如下质量分数的化学成分组成:Mn：1-6％；Si：0.1-5％；Mg：0.1-2％，Cr：35-50％；Ni：15-25％；Na2O和K2O的质量分数总和为1-10％；氟化物：0.1-2％；TiO2：15-30％；SiO2：3-10％；余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种合金钢堆焊用焊丝药芯，其特征在于，所述Mn与所述Si的质量分数比值为3-8。
3.根据权利要求1所述的一种合金钢堆焊用焊丝药芯，其特征在于，所述的氟化物为如下至少一种：氟化钠、氟硅酸钠、氟硅酸钾和氟铝酸钠。
4.一种合金钢堆焊用焊丝，其特征在于,所述焊丝包括钢制外皮和权利要求1-3任一项所述的药芯，所述外皮包括以下质量分数的化学成分：C：0.01-0.1％；Mn：0.5-1.5％；Si：0.1-1％；S：0.005-0.015％；P：0.005-0.035％；Cr：15-25％；Ni：5-15％；余量为Fe及不可避免的杂质。
5.根据权利要求4所述的一种合金钢堆焊用焊丝，其特征在于，所述药芯的填充率为22-30％。
6.根据权利要求4所述的一种合金钢堆焊用焊丝，其特征在于，所述外皮的厚度为0.3-0.5mm，所述焊丝的直径为1.2-1.6mm。
7.如权利要求4-6任一项所述的一种合金钢堆焊用焊丝的制备方法，其特征在于，所述方法包括，
将权利要求1-3任一项所述的合金钢堆焊用焊丝药芯包裹在不锈钢钢带中，再通过精拉减径、表面处理和密排层绕制，获得合金钢堆焊用焊丝。
8.一种合金钢堆焊焊接方法，使用权利要求4-6任一项所述的合金钢堆焊用焊丝进行，其特征在于，所述方法包括，
在CO2气体保护下，使用所述焊丝对合金钢进行堆焊焊接，所述焊接电流为200-220A，所述焊接电压为30-32V，所述CO2气体流量为15-25L/min。
9.根据权利要求8所述的一种合金钢堆焊方法，其特征在于，所述合金钢包括如下质量分数的化学成分：C:0.05-0.15％；Mn：0.6-0.9％；Si：0.05-0.5％；P:0.001-0.025％；S:0.001-0.025％；Cr：0.9-1.2％；Mo:0.15-0.25％；Cu：0.01-0.25。
10.根据权利要求8所述的一种合金钢堆焊方法，其特征在于，所述焊接温度为10-150℃。
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