本发明专利技术属于金属材料焊接技术领域，具体涉及一种含稀土金属渣气联合保护的药芯焊丝及其应用。该药芯焊丝由碳钢钢带和药芯两部分组成，所述药芯由如下重量百分比的原料组成：萤石20～35％、金红石25～35％、钾长石15～25％、铝镁合金5～10％、75硅铁1～5％、中碳锰铁3～7％、镍粉1～5％、钼铁0.4～2％、二氧化铈0.5～2％、高碳铬铁0.5～4％，余量为铁粉，所述药芯的质量占焊丝总质量的13～18％。该药芯焊丝适用于X80管线钢环焊缝的焊接。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料焊接，具体涉及一种含稀土金属渣气联合保护的药芯焊丝及其应用，特别适合于x80管线钢环焊缝的焊接。
技术介绍
1、作为石油天然气长距离输送最安全、可靠、经济的方式，油气管道的建设和运营取得了快速发展。在长输管道的建设中，为了提高输送效率和减少建设成本，强度较高、韧性较好的x80管线钢通常作为管道建设的首选管材。
2、油气管道长期在高压及腐蚀性等环境中服役，不可避免的由环境中腐蚀性介质引起材料腐蚀失效问题，其中，由氢原子的引入而引起材料氢脆损伤及失效问题也相对愈发严重。一方面，石油天然气管线的自身输运环境中含有大量含氢介质，另一方面，阴极保护技术的大量使用使得金属表面不可避免的产生析氢效应，进而导致石油天然气管线钢经常出现由氢原子的引入而造成的相关损伤和断裂失效问题，给人类的生命财产安全带来严重威胁。目前，x80管线钢常用不带渣的气保护药芯焊丝，但熔渣在焊接时可以起到对熔池的承托作用，使得在立焊位置施焊时熔池不易流淌，从而优化焊缝成形，同时造渣成分在焊接过程中的脱氧性可以保护合金元素顺利过渡到焊缝中，从而提高焊缝整体性能，添加的稀土元素可以有效细化晶粒、提高焊缝韧性和抗氢性能。
3、因此，开发x80管线钢用添加稀土元素的渣气联合保护药芯焊丝，具有重要的工程实用意义和科学研究意义。
4、202110105191.8公开了x80管线钢用高韧性气保护药芯焊丝，该专利焊丝采用的合金系为si-mn-ni，微量元素为cu、ti、mo、nb、v，但未添加造渣成分，且强度和断裂韧性未提及。</p>5、201410238443.4公开了一种适用于x80管线钢的无缝自保护药芯焊丝，该专利焊丝以氟钡锂作为主要造渣成分，但未添加金红石，合金元素加入了zr、mn、ni，未添加cr、si、nb，强度和断裂韧性未提及。
技术实现思路
1、为解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种含稀土金属渣气联合保护的药芯焊丝及其应用。该药芯焊丝适合x80管线钢全位置自动焊，通过调整造渣剂的配方以及合金元素的成分范围，对焊缝进行渣气联合保护，从而使焊缝金属具有与管道本体相近的强度，同时提高断裂韧性和抗腐蚀性。此外该焊丝还具有较好的工艺性能，焊后实现熔渣覆盖均匀、焊道表面光滑、无大颗粒飞溅。
2、本专利技术所提供的技术方案如下：
3、一种含稀土金属渣气联合保护的药芯焊丝，由碳钢钢带和药芯两部分组成，所述药芯由如下重量百分比的原料组成：萤石20～35％、金红石25～35％、钾长石15～25％、铝镁合金5～10％、75硅铁1～5％、中碳锰铁3～7％、镍粉1～5％、钼铁0.4～2％、二氧化铈0.5～2％、高碳铬铁0.5～4％，余量为铁粉，所述药芯的质量占焊丝总质量的13～18％，即填充率为13～18％。
4、上述技术方案中：
5、萤石：萤石的主要成分是caf2，主要作用是脱氢和造渣，且无毒性，价格低廉，另外常用于造渣的bef2虽有利于减少飞溅，但由于其有毒性，秉持绿色焊接的态度，本焊丝使用caf2代替bef2作为主要的造渣剂。
6、金红石：金红石的主要成分是tio2，作为酸性氧化物可以减小熔渣碱度，并最终转变为catio3，在约1900℃率先凝固，在焊渣中形成骨架起到支撑作用，阻碍熔渣流淌，并使熔渣均匀分布，脱渣时呈大块脱落，焊缝金属表面无粘渣。此外向焊缝中过渡ti元素，形成细小弥散的夹杂，促进针状铁素体的形核。
7、钾长石：钾长石的主要成分是k2o·al2o3·6sio2，其中k2o可以提供低电离电位的k+，增强电弧稳定性，sio2可以减小熔渣的碱度和表面张力，细化熔滴，同时促进稀土元素过渡。
8、铝镁合金：可以起到脱氧脱氮的作用，铝还有固溶强化、促进稀土元素过渡的作用。
9、镍粉主要负责向焊缝中过渡ni元素，ni元素的加入可以细化组织，促进针状铁素体的形成，ni元素还可以显著降低焊缝的韧脆转变温度，但是，ni与mn存在相互作用，在加入时应当根据mn元素的加入量进行添加。
10、75硅铁：硅铁是另外一个重要的脱氧剂，还负责向含焊缝中过渡si元素，适当的硅铁可以改善焊丝的工艺性能，提高焊缝金属的强度，并且si/mn对焊缝的显微组织有很大的影响，因此在考虑硅铁粉加入量的时候往往需要考虑中碳锰铁粉的重量。
11、钼铁可以向焊缝中过渡mo，可以提高焊缝强度。
12、氧化铈粉末是为了向焊缝中过渡ce元素，适当的ce元素可以显著降低焊缝的扩散氢含量，此外，适当的ce元素还可以改善焊缝组织的强度与韧性，但是过量的氧化铈粉末不仅影响工艺性能，产生较大飞溅，还容易发生偏析，降低焊缝力学性能。
13、基于上述技术方案：焊丝选择萤石和金红石作为主要渣系，以钾长石、镁砂和铝镁合金作为辅助成分，金属粉主合金系为c-si-mn-ni-mo-cr，并辅以稀土元素ce。通过渣系的引入使焊缝金属表面形成覆盖均匀的熔渣，承托熔池并促进合金元素过渡。合金元素的添加有效保障焊缝强度和韧性，同时稀土元素可以显著提高焊缝的抗氢性能。
14、具体的，铁粉含量可以为零。
15、优选的：
16、所述药芯由如下重量百分比的原料组成：萤石29％、金红石32％、钾长石21％、铝镁合金9％、75硅铁1.7％、中碳锰铁3.6％、镍粉1.3％、钼铁0.6％、二氧化铈0.6％、高碳铬铁0.6％，余量为铁粉；
17、所述药芯的质量占焊丝总质量的14.5％。
18、优选的：
19、所述药芯由如下重量百分比的原料组成：萤石34％、金红石27％、钾长石19.5％、铝镁合金9％、75硅铁1.7％、中碳锰铁3.6％、镍粉1.8％、钼铁0.6％、二氧化铈1.6％、高碳铬铁1.2％，余量为铁粉；
20、所述药芯的质量占焊丝总质量的14.8％。
21、优选的：
22、所述药芯由如下重量百分比的原料组成：萤石34％、金红石29％、钾长石17.5％、铝镁合金9％、75硅铁1.7％、中碳锰铁3.6％、镍粉1.8％、钼铁0.6％、二氧化铈1.6％、高碳铬铁1.2％，余量为铁粉；
23、所述药芯的质量占焊丝总质量的15.0％。
24、优选的：
25、所述药芯由如下重量百分比的原料组成:萤石32％、金红石25％、钾长石21％、铝镁合金5％、75硅铁3.0％、中碳锰铁5.0％、镍粉3.0％、钼铁1.6％、二氧化铈2％、高碳铬铁2.4％；
26、所述药芯的质量占焊丝总质量的14.8％。
27、优选的：
28、所述药芯由如下重量百分比的原料组成:萤石25％、金红石25％、钾长石15％、铝镁合金7％、75硅铁1.2％、中碳锰铁3.6％、镍粉1.8％、钼铁0.6％、二氧化铈1.6％、高碳铬铁1.2％、铁粉余量；
29、所述药芯的质量占焊丝总质量的15.8％。
30、优选的：本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种含稀土金属渣气联合保护的药芯焊丝，由碳钢钢带和药芯两部分组成，其特征在于，所述药芯由如下重量百分比的原料组成：萤石20～35％、金红石25～35％、钾长石15～25％、铝镁合金5～10％、75硅铁1～5％、中碳锰铁3～7％、镍粉1～5％、钼铁0.4～2％、二氧化铈0.5～2％、高碳铬铁0.5～4％，余量为铁粉，所述药芯的质量占焊丝总质量的13～18％。
2.根据权利要求1所述的含稀土金属渣气联合保护的药芯焊丝，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的含稀土金属渣气联合保护的药芯焊丝，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的含稀土金属渣气联合保护的药芯焊丝，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的含稀土金属渣气联合保护的药芯焊丝，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的含稀土金属渣气联合保护的药芯焊丝，其特征在于：
7.根据权利要求1所述的含稀土金属渣气联合保护的药芯焊丝，其特征在于：
8.一种根据权利要求1至7任一所述的含稀土金属渣气联合保护的药芯焊丝的应用，其特征在于：作为X80管线钢的焊丝。</p>9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：
10.根据权利要求8或9所述的应用，其特征在于：
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【技术特征摘要】
1.一种含稀土金属渣气联合保护的药芯焊丝，由碳钢钢带和药芯两部分组成，其特征在于，所述药芯由如下重量百分比的原料组成：萤石20～35％、金红石25～35％、钾长石15～25％、铝镁合金5～10％、75硅铁1～5％、中碳锰铁3～7％、镍粉1～5％、钼铁0.4～2％、二氧化铈0.5～2％、高碳铬铁0.5～4％，余量为铁粉，所述药芯的质量占焊丝总质量的13～18％。
2.根据权利要求1所述的含稀土金属渣气联合保护的药芯焊丝，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的含稀土金属渣气联合保护的药芯焊丝，其特征在于：
4.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴联双，韩佳伟，利成宁，冯庆善，王策，邸新杰，王东鹏，王婷，张晓春，崔绍华，张利波，
申请(专利权)人：国家石油天然气管网集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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