一种低氢高韧性自保护药芯焊丝及其制备方法技术

一种低氢高韧性自保护药芯焊丝及其制备方法，属于金属焊接材料领域；所述焊丝由低碳钢钢带和药芯组成，药芯组成按照质量百分比由：氟化物：45～55％，氧化物：10～20％，碳酸盐：2～8％，硼酸钠：0.2～1.0％，金属铝：2～6％，铝镁合金：10～16％，金属锰：3～7％，金属镍：5～13％，金属钴：0～5％，金属锆：0.1～0.4％组成，以上组分的质量百分比之和为100％；制备方法：先将氟化物、氧化物，碳酸盐和硼酸钠混合，进行烧结预处理，然后加入其它原材料，混合均匀后得到药芯粉，将药芯粉加入钢带中，通过减径、校直、缠盘、包装，得到成品焊丝。

Low hydrogen high toughness self shielded flux cored wire and preparation method thereof

A low hydrogen and high toughness self-shielded flux-cored wire and its preparation method belong to the field of metal welding materials. The wire is composed of low carbon steel strip and flux core, and the flux core composition consists of fluoride: 45-55%, oxide: 10-20%, carbonate: 2-8%, sodium borate: 0.2-1.0%, aluminum: 2-20% according to the mass percentage. 6%, aluminum-magnesium alloy: 10-16%, manganese: 3-7%, nickel: 5-13%, cobalt: 0-5%, zirconium: 0.1-0.4%, the total mass percentage of the above components is 100%; preparation method: first fluoride, oxide, carbonate and sodium borate are mixed, sintered and pretreated, then added The other raw materials are mixed evenly to get the flux core powder. The flux core powder is added into the steel strip, and the finished welding wire is obtained by reducing diameter, straightening, winding and packaging.

【技术实现步骤摘要】
一种低氢高韧性自保护药芯焊丝及其制备方法
本专利技术属于金属焊接材料领域，具体涉及一种低氢高韧性自保护药芯焊丝及其制备方法。
技术介绍
自保护药芯焊丝是一种焊接时无需外加保护措施，仅靠药芯组分对焊接过程进行保护的新型焊接材料，具有设备简单、焊接工艺好、熔敷效率高、焊缝质量好、抗风能力强等特点，尤其适合野外作业及气源不易到达的场合，是油气管线、海洋平台、高层建筑等野外施工的主要焊接材料之一。近年来油气管道尤其是天然气管道发展迅速，一个重要的特点是长距离、大口径、高压力和选用更高钢级的管材，相同的输气量当采用高压输送时可减少管径，应用高钢级管材可减小壁厚和重量，减少运输费用和焊接时间，从而降低建设成本。随着钢铁冶炼技术和控轧控冷技术的提高，国产X70、X80管线钢生产工艺已经逐步成熟，X100、X120更高级别管线钢的研制也取得了显著成效。我国重点工程西气东输一线、二线工程分别采用了X70和X80高钢级管线钢，其中大量野外环焊缝的焊接采用了自保护药芯焊丝半自动焊焊接工艺，取得了良好的经济效益，一线、二线工程的成功建设和安全运营具有良好的示范作用，随后的中贵联络线、西气东输三线和中俄东线均将X80管线钢作为首选材质，同时也进一步推动了自保护药芯焊丝在重大工程中的应用。然而高钢级管线钢对焊缝金属的质量，尤其是低温韧性提出了更高的要求，当前自保护药芯焊丝半自动焊焊缝金属存在低温冲击韧性离散性大，甚至出现个别冲击值偏低的问题，因此有必要对自保护药芯焊丝配方设计和制备工艺进行创新和改进。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种低氢高韧性自保护药芯焊丝及其制备方法。一种低氢高韧性自保护药芯焊丝，由外皮和药芯组成，药芯填充在外皮中，其中外皮为低碳钢钢带，药芯组成按照质量百分比由：氟化物：45～55％，氧化物：10～20％，碳酸盐：2～8％，硼酸钠：0.2～1.0％，金属铝：2～6％，铝镁合金：10～16％，金属锰：3～7％，金属镍：5～13％，金属钴：0～5％，金属锆：0.1～0.4％组成，以上组分的质量百分比之和为100％；所述低氢高韧性自保护药芯焊丝药芯占焊丝总质量的比例，即焊丝的填充率为20～22％；所述氟化物为BaF2和LiF的混合物，与药芯质量的百分比分别为BaF2：40～50％，LiF：2～7％；所述氧化物为Fe2O3或Fe2O3与CeO2、BaFe2O4中的一种或两种的混合物，与药芯质量的百分比分别为Fe2O3：4～10％，CeO2：0～6％，BaFe2O4：0～12％；所述碳酸盐为BaCO3或BaCO3与Li2CO3的混合物，与药芯质量的百分比分别为BaCO3：1～6％，Li2CO3：0～4％。所述铝镁合金为铝、镁元素质量比为1:1的铝镁合金。所述硼酸钠、金属铝、铝镁合金、金属锰、金属镍、金属钴、金属锆的粒度为80～150目。所述低碳钢钢带化学成分按质量百分比为：C：0.01～0.08％，Mn：0.1～0.5％，Si：0～0.1％，S：0～0.005％，P：0～0.05％，其余为Fe。所述低氢高韧性自保护药芯焊丝直径为2.0±0.1mm。一种低氢高韧性自保护药芯焊丝的制备方法，主要包括如下步骤：步骤1，备料：按照低氢高韧性自保护药芯焊丝药芯配比，称取氟化物、氧化物，碳酸盐和硼酸钠，将氟化物、氧化物和碳酸盐干混均匀，得到混合干粉，将硼酸钠溶于蒸馏水中制成硼酸钠水溶液；步骤2，预处理：将硼酸钠水溶液加入混合干粉中进行湿混，并制粒，将得到的颗粒粉进行烧结，烧结温度为700～850℃，保温时间为1～2h，空冷至室温后经粉碎、筛分，得到预处理粉；步骤3，混料：将预处理粉、金属铝、铝镁合金、金属锰、金属镍、金属钴、金属锆按药芯配比混合均匀，得到药芯粉；步骤4，焊丝制备：(1)将低碳钢钢带轧制成U形，然后将药芯粉加入U形槽内，随后将U形槽封口成O型，得到焊丝坯料；(2)焊丝坯料通过拉拔工序减径至2.0±0.1mm，再通过校直、缠盘、包装，最终得到低氢高韧性自保护药芯焊丝。上述低氢高韧性自保护药芯焊丝的制备方法，其中：所述步骤1中，在混料机中进行混料。所述步骤1中，硼酸钠溶液的浓度为0.4～2.0mg/ml。所述步骤2中，通过制粒机制粒，得到的颗粒粉呈球状或椭球状，颗粒尺寸为2～10mm。所述步骤2中，预处理粉的粒度为80～150目。所述步骤3中，药芯粉粒度为80～150目。所述步骤4(1)中，低碳钢钢带轧制前需要超声清洗、烘干。所述步骤4(1)中，焊丝药芯粉的填充率为20～22％。所述步骤4(1)中，通过成型机组完成低碳钢钢带的成型和焊丝坯料的封口。所述步骤4(1)中，焊丝坯料呈圆棒状，直径为3.8～4.2mm。所述步骤4(2)中，通过拉拔机组完成焊丝减径。所述步骤4(2)中，低氢高韧性自保护药芯焊丝包装采用真空包装。所述步骤4(1)和(2)中，操作温度为室温，空气相对湿度不高于75％。本专利技术得到的低氢高韧性自保护药芯焊丝进行熔敷金属性能试验，焊接电压19～21V，焊接电流300～350A，层间温度140～160℃，电流极性为直流正接(DCEN)；熔敷金属力学性能：抗拉强度594～656MPa，屈服强度480～534MPa，延伸率21.6～27.3％，-40℃夏比V冲击吸收功123～165J。上述低氢高韧性自保护药芯焊丝及其制备方法，主要技术思路为：药芯的化学组成成分中，各个组分的作用如下：(1)药芯粉中加入氟化物的主要目的在于造气、造渣和去氢，焊接时氟化物在电弧作用下气化或熔化，形成的气体保护着熔滴和熔池，避免了有害气体的侵害，从而降低焊接气孔的敏感性。另外，熔融的氟化物包裹着熔滴向熔池过渡，随后形成渣壳保护着尚处于高温的焊缝免受氧化。由于不同氟化物的气化温度不同，因此选择多种氟化物可提高气保护效果。焊接时氟离子与氢离子结合形成氟化氢气体从而起到去氢的作用。氟化钡与传统使用的氟化钙相比凝固温度更高且凝固温度区间较窄，因此可形成短渣，能有效防止非平焊位置焊接时熔渣下坠，提高焊丝的全位置焊接适应性；另外，氟化钡支持短电弧焊接，可缩短熔滴过渡时间，从而减少空气对熔滴的侵害。氟化锂具有电离电位低和熔点低的特点，可有效提高电弧稳定性和调节熔渣粘度。氟化物的总加入量低于45％时，造气、造渣不足，容易产生气孔和熔渣覆盖不全的缺陷，但当氟化物总量超过60％时，电弧稳定性变差且熔渣粘度偏低，不利于全位置焊接，因此氟化物的加入量应控制在45～60％之间。(2)药芯粉中加入氧化物的目的在于造渣，同时氧化物还具有调节熔渣物化性能、控制焊缝金属中残留铝的作用。氧化物的总加入量低于10％时，起不到上述的有益作用，但加入量超过20％时，药芯的熔点明显提高，焊接飞溅增大，容易出现气孔的问题，因此氧化物的加入量应控制在10～20％之间。(3)药芯粉中加入碳酸盐的目的在于提高气保护效果和增强电弧挺度，有利于提高熔深和改善焊缝成形，避免产生未熔合、夹渣的缺陷。碳酸盐加入量低于2％时达不到上述有益目的，但加入量不应超过8％时，焊接飞溅明显增多，并且容易出现气孔缺陷，恶化操作环境，因此碳酸盐加入量应控制在2～8％之间。(4)铝是强脱氧、固氮元素，焊接过程中通过铝的脱氧、固氮反应可降低空气中的氧、氮对熔滴和熔池的侵害，可有效消除焊接时出现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低氢高韧性自保护药芯焊丝，其特征在于，所述焊丝由外皮和药芯组成，药芯填充在外皮中，其中外皮为低碳钢钢带，药芯组成按照质量百分比由：氟化物：45～55％，氧化物：10～20％，碳酸盐：2～8％，硼酸钠：0.2～1.0％，金属铝：2～6％，铝镁合金：10～16％，金属锰：3～7％，金属镍：5～13％，金属钴：0～5％，金属锆：0.1～0.4％组成，以上组分的质量百分比之和为100％；所述低氢高韧性自保护药芯焊丝药芯占焊丝总质量的比例，即焊丝的填充率为20～22％；所述氟化物为BaF2和LiF的混合物，与药芯质量的百分比分别为BaF2：40～50％，LiF：2～7％；所述氧化物为Fe2O3或Fe2O3与CeO2、BaFe2O4中的一种或两种的混合物，与药芯质量的百分比分别为Fe2O3：4～10％，CeO2：0～6％，BaFe2O4：0～12％；所述碳酸盐为BaCO3或BaCO3与Li2CO3的混合物，与药芯质量的百分比分别为BaCO3：1～6％，Li2CO3：0～4％；所述铝镁合金为铝、镁元素质量比为1:1的铝镁合金。

【技术特征摘要】
1.一种低氢高韧性自保护药芯焊丝，其特征在于，所述焊丝由外皮和药芯组成，药芯填充在外皮中，其中外皮为低碳钢钢带，药芯组成按照质量百分比由：氟化物：45～55％，氧化物：10～20％，碳酸盐：2～8％，硼酸钠：0.2～1.0％，金属铝：2～6％，铝镁合金：10～16％，金属锰：3～7％，金属镍：5～13％，金属钴：0～5％，金属锆：0.1～0.4％组成，以上组分的质量百分比之和为100％；所述低氢高韧性自保护药芯焊丝药芯占焊丝总质量的比例，即焊丝的填充率为20～22％；所述氟化物为BaF2和LiF的混合物，与药芯质量的百分比分别为BaF2：40～50％，LiF：2～7％；所述氧化物为Fe2O3或Fe2O3与CeO2、BaFe2O4中的一种或两种的混合物，与药芯质量的百分比分别为Fe2O3：4～10％，CeO2：0～6％，BaFe2O4：0～12％；所述碳酸盐为BaCO3或BaCO3与Li2CO3的混合物，与药芯质量的百分比分别为BaCO3：1～6％，Li2CO3：0～4％；所述铝镁合金为铝、镁元素质量比为1:1的铝镁合金。2.根据权利要求1所述的一种低氢高韧性自保护药芯焊丝，其特征在于，所述硼酸钠、金属铝、铝镁合金、金属锰、金属镍、金属钴、金属锆的粒度为80～150目。3.根据权利要求1所述的一种低氢高韧性自保护药芯焊丝，其特征在于，所述低碳钢钢带化学成分按质量百分比为：C：0.01～0.08％，Mn：0.1～0.5％，Si：0～0.1％，S：0～0.005％，P：0～0.05％，其余为Fe。4.根据权利要求1所述的一种低氢高韧性自保护药芯焊丝，其特征在于，所述低氢高韧性自保护药芯焊丝直径为2.0±0.1mm。5.权利要求1所述的一种低氢高韧性自保护药芯焊丝的制备方法，其特征在于，主要包括如下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张占伟，国旭明，莫春立，马琳，徐荣正，田状，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21