一种海洋工程用460MPa级药芯焊丝及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种海洋工程用460MPa级药芯焊丝，包括碳钢外皮和药芯，碳钢外皮占药芯焊丝总质量84～87％，药芯占药芯焊丝总质量13～16％，药芯的成分及含量占药芯总质量百分比如下：金红石：30～42％，氟化钠：1～2％，长石：3～6％，钛铁：3～5％，硅铁：1～3％，稀土：0.5～1％，镁粉：3～5％，电解锰：5～10％，铝粉：1～2％，镍粉：7～9％，硼铁：4～7％，石墨：0.2～0.5％，硅锰合金：3～6％，锆英砂：0.5～1％，余量为Fe及不可避免的杂质。该发明专利技术从化学成分、扩散氢、低温稳定性等几方面控制，满足抗裂性、抗低温冲击性的要求，全位置焊接工艺性能好，焊缝美观，力学性能优良且具有耐海水腐蚀性能，熔敷金属扩散氢含量达到超低氢水平。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋工程用460MPa级药芯焊丝及其应用
本专利技术属于焊接材料
，具体涉及一种海洋工程用460MPa级药芯焊丝及其应用。
技术介绍
海洋工程装备钢结构工作环境比较恶劣，要经受海水腐蚀，海浪冲刷等自然力破坏，因此对海洋工程结构的焊缝部分要求更高，对焊接材料提出了很高的要求。目前,国内海洋工程平台装备建造大量使用355MPa～690MPa级别用钢材和配套焊接材料，相对于强度级别较低的355MPa～420MPa钢材及焊接材料，国内与国外的技术水平差距较小，基本可实现自主保障。然而，强度级别在460MPa～690MPa的钢材及焊接材料由于技术要求较高，国内还无法生产出性能稳定的产品，主要体现在强韧性匹配、耐腐蚀以及制造质量稳定性等几个方面，因此，对于高强度钢焊接材料仍然大量依赖进口。这也造成国外同类焊接材料的售价更高(至少高出国内价格2～3倍)，而且在供货保障上无法满足要求，造成整体装备建造工期的延误。多年的发展经验也表明：在关键材料上受制于人，必将影响整个行业的发展。因此，针对目前海洋工程建设中，国内高强钢焊接材料系统配套能力差、综合性能与国外产品差距大的现状，迫切需要开发一种海洋工程装备用460MPa级焊接材料，实现海洋工程装备建造配套焊接材料国产化。
技术实现思路
针对现有海洋工程建设中，国内高强钢焊接材料系统配套能力差、综合性能不稳定的问题，本专利技术提供了一种海洋工程用460MPa级药芯焊丝，其焊缝金属力学性能稳定、抗裂性好，扩散氢含量低。本专利技术的技术方案是提供了一种海洋工程用460MPa级药芯焊丝，包括碳钢外皮和药芯，所述碳钢外皮占药芯焊丝总质量84～87％，药芯占药芯焊丝总质量13～16％，所述药芯的成分及含量占药芯总质量百分比如下：金红石：30～42％，氟化钠：1～2％，长石：3～6％，钛铁：3～5％，硅铁：1～3％，稀土：0.5～1％，镁粉：3～5％，电解锰：5～10％，铝粉：1～2％，镍粉：7～9％，硼铁：4～7％，石墨：0.2～0.5％，硅锰合金：3～6％，锆英砂：0.5～1％，余量为Fe及不可避免的杂质。作为一种优选的实施方式，所述药芯组成为药芯占药芯焊丝总质量的13％，药芯的成分及含量占药芯总质量百分比如下：金红石：42％，氟化钠：2％，长石：6％，钛铁：5％，硅铁：3％，稀土：1％，镁粉：5％，电解锰：10％，铝粉：2％，镍粉：9％，硼铁：7％，石墨：0.5％，硅锰合金：6％，锆英砂：1％，余量为Fe及不可避免的杂质。进一步地，上述碳钢外皮采用低S、P的碳钢钢带，该碳钢钢带的化学组分为C：0.048％，Si：0.21％，Mn：0.30％，S：0.006％，P：0.007％，余量为铁。进一步地，上述药芯的化学成分中Ti与B的质量比为10:1。进一步地，上述硼铁中硼的质量分数为0.9～1.8％。进一步地，上述硅铁采用75#硅铁，其中硅的质量分数为70～77％。进一步地，上述硅锰合金采用63-22硅锰合金，其中硅的质量分数为19～23％。进一步地，上述钛铁中钛的质量分数为30～35％。本专利技术海洋工程用460MPa级药芯焊丝采用对接O型或搭接O型的封口方式。本专利技术提供的这种药芯焊丝用于海洋工程装备460Mpa级钢结构的配套焊接。本专利技术中，各组分的设计原则如下：金红石的主要成分TiO2，TiO2是形成焊接熔渣的主要成分。TiO2的加入可以稳定电弧，减少焊接飞溅，改善熔渣覆盖性和脱渣性；另外，TiO2可以改善熔渣流动性，使全位置焊接操作变得方便易掌握；当药芯中TiO2含量低于30％时，上述特征不明显；当药芯中TiO2含量高于42％时，不仅破坏了熔渣的覆盖性，而且对力学性能产生不良影响；因此，TiO2占所述药芯粉料总重量的百分比为30～42％。长石的主要成分Al2O3、K2O、Na2O、SiO2，也是熔渣的主要成分。能调节熔渣熔点和黏度，改善焊缝成形，有利于焊缝向母材圆滑过渡，使熔渣与焊缝界面增大，使熔渣具有良好的覆盖性。当药芯中加入量少于3％时不能体现上述特征，加入量高于6％大时，焊缝中氧含量升高，降低焊缝金属的低温冲击韧性；因此，长石占所述药芯粉料总重量的百分比为3～6％。氟化钠(NaF)可以去氢，其加入量大于2％时电弧稳定性不好，增加焊接飞溅和烟尘，加入量少于1％时去氢能力不足，容易出现气孔压坑；因此，NaF占所述药芯粉料总重量的百分比为1～2％。镍粉(Ni)对提高低温冲击韧性有利，但Ni含量高于9％则会增大热裂敏感性。因此，Ni占所述药芯粉料总重量的百分比为7～9％。电解锰(Mn)是主要脱氧剂，用于降低焊缝金属的含氧量，增加焊缝金属强度和抗裂性，提高低温冲击韧性，调节铁水流动性。而加入Mn量大于10％时焊缝强度过高，低温冲击韧性降低；因此，Mn占所述药芯粉料总重量的百分比为5～10％。镁粉(Mg)是强脱氧剂，提高低温冲击韧性，其加入量少于3％时提高低温冲击韧性能力不足，加入Mg量大于5％时，由于脱氧产物镁氧化物使熔渣的熔点上升，凝固速度加快，不利于焊缝气体的排除和焊缝成型；因此，Mg占所述药芯粉料总重量的百分比为3～5％。铝粉(Al)是强脱氧剂，适量加入可改善焊接工艺性，同时提高冲击韧性，但Al加入量高于2％时会造成低温冲击韧性下降，因此，控制Al占所述药芯粉料总重量的百分比为1～2％。硅铁(Si-Fe)为主要脱氧剂，适量加入可改善工艺及脱氧，过多加入对工艺性能不利，本专利技术中以镁粉、铝粉为主，因此75#硅铁占所述药芯粉料总重量的百分比为1～3％。石墨(C)的适量加入可增加电弧稳定性，提高焊丝性能，C加入过多对低温韧性不利，因此，控制C占所述药芯粉料总重量的百分比为0.2～0.5％。硅锰合金(Si-Mn)为主要脱氧剂及过渡合金用，占所述药芯粉料总重量的百分比为3～6％。锆英砂的适量加入可明显提高焊缝低温冲击韧性，其加入量高于1％会使得工艺性能变差，因此，控制器占所述药芯粉料总重量的百分比为0.5～1％。S、P是杂质元素，对焊缝金属的抗硫化氢能力有严重影响，同时降低焊缝金属的低温冲击韧性，S与Fe等元素形成硫化物夹杂物会诱发点蚀和应力腐蚀开裂；P的偏析作用很强，引起焊缝金属不均匀，尤其是冷脆性增加,因此，S、P含量越少越好。硼铁、钛铁合金作为主要脱氧剂加入，同时过渡Ti元素，细化晶粒，焊缝中Ti/B为10:1时效果最佳，硼铁占所述药芯粉料总重量的百分比为4～7％，钛铁占所述药芯粉料总重量的百分比为3～5％。稀土可净化焊缝，提高焊缝低温冲击韧性，过多加入效果不明显，因稀土价格过高，因此，控制其占所述药芯粉料总重量的百分比为0.5～1％。Fe即铁粉，能改善电弧状态，调节铁水熔点和粘度，余量加入。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：(1)本专利技术提供的这种海洋工程用460MPa级药芯焊丝采用钛型渣系，配合CO2气体保护，焊接电弧稳定，熔化均匀，熔渣流动性好，焊缝成型美观，全位置操作工艺好。焊缝金属力学性能稳定、抗裂性好。(2)本专利技术提供的这种海洋工程用460MPa级药芯焊丝采用Al-Mn-Mg-Si联合脱氧的方式，减少焊缝中的氧含量；在造渣组分中，加入稳弧含质，以满足焊接操作工艺性能要求；同时，加入S、P含量低的铁粉，提高其熔敷效率，通过加入微合金化元素、稀土物质，使该药芯焊丝在力学性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋工程用460MPa级药芯焊丝，包括碳钢外皮和药芯，其特征在于：所述碳钢外皮占药芯焊丝总质量84～87％，药芯占药芯焊丝总质量13～16％，所述药芯的成分及含量占药芯总质量百分比如下：金红石：30～42％，氟化钠：1～2％，长石：3～6％，钛铁：3～5％，硅铁：1～3％，稀土：0.5～1％，镁粉：3～5％，电解锰：5～10％，铝粉：1～2％，镍粉：7～9％，硼铁：4～7％，石墨：0.2～0.5％，硅锰合金：3～6％，锆英砂：0.5～1％，余量为Fe及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种海洋工程用460MPa级药芯焊丝，包括碳钢外皮和药芯，其特征在于：所述碳钢外皮占药芯焊丝总质量84～87％，药芯占药芯焊丝总质量13～16％，所述药芯的成分及含量占药芯总质量百分比如下：金红石：30～42％，氟化钠：1～2％，长石：3～6％，钛铁：3～5％，硅铁：1～3％，稀土：0.5～1％，镁粉：3～5％，电解锰：5～10％，铝粉：1～2％，镍粉：7～9％，硼铁：4～7％，石墨：0.2～0.5％，硅锰合金：3～6％，锆英砂：0.5～1％，余量为Fe及不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的海洋工程用460MPa级药芯焊丝，其特征在于：所述药芯占药芯焊丝总质量的13％，药芯的成分及含量占药芯总质量百分比如下：金红石：42％，氟化钠：2％，长石：6％，钛铁：5％，硅铁：3％，稀土：1％，镁粉：5％，电解锰：10％，铝粉：2％，镍粉：9％，硼铁：7％，石墨：0.5％，硅锰合金：6％，锆英砂：1％，余量为Fe及不可避免的杂质。3.如权利要求1或2所述的海洋工程用460MPa级药芯焊丝，其特征在于：所述碳钢外皮采用低S、P的碳钢钢带，该碳钢钢带的化学组分为C：...

【专利技术属性】
技术研发人员：田海成，刘玉双，张少健，杨宗全，蔡俊，韩海峰，王文元，张伟，李振，
申请(专利权)人：武汉铁锚焊接材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42