本發(fā)明涉及一種用于金屬焊接的藥芯焊絲，尤其是一種用于x80管線鋼焊接的自保護(hù)藥芯焊絲。
背景技術(shù)：
隨著我國大規(guī)模地油氣輸送管線的建設(shè)和使用，對管線鋼的要求也越來越嚴(yán)格。在保證輸送管線建設(shè)的經(jīng)濟(jì)型、運(yùn)行的安全性和可靠性的前提下，不僅要求管線鋼本身具有優(yōu)良的韌性，而且也要求其配套焊接材料具有優(yōu)良的韌性。由于焊接過程本身固有的特性，往往會使得管線鋼焊接接頭的韌性較差，這就成為輸送管線的薄弱環(huán)節(jié)，提高管線鋼配套焊接材料熔敷金屬和焊接接頭的韌性就成為了急需解決的問題之一。自保護(hù)藥芯焊絲其主要特點是焊接時無需任何保護(hù)氣體、熔敷效率高，這使得其使用方便適合野外作業(yè)，尤其適合戶外現(xiàn)場焊接。我國地大物博，地形復(fù)雜，自保護(hù)藥芯焊絲由于其便捷性在“西氣東輸”工程中被大量采用。
專利cn103612033a公開了“x80管線鋼焊接的高韌性自保護(hù)藥芯焊絲”，試圖采用氟化物和碳酸鹽造氣，三氧化二鋁和三氧化二鋁調(diào)節(jié)熔渣熔點、黏度和表面張力，氧化鈰和氧化鑭控制夾雜物尺寸，以及鋁粉、鋁鎂合金、金屬錳和金屬鎳作為合金劑。其配方組分較多且較復(fù)雜，工藝程序較繁瑣。其具有較好的-40℃沖擊韌性值，然而抗拉強(qiáng)度僅勉強(qiáng)滿足要求。
專利cn104043912b公開了“一種用于管線鋼焊接用自保護(hù)藥芯焊絲”，該發(fā)明試圖采用硅酸鋁和稀土氧化物作為造渣劑，草酸鋁作為造氣劑，以及鍺、錳、硅作為脫氧劑，ti、ni、al作為合金劑，達(dá)到自保護(hù)的目的，其在焊接過程中生成的煙塵較少，飛濺小，電弧穩(wěn)定。然而其低溫沖擊韌性以及延伸率較低，-20℃低溫沖擊值僅60j左右。
專利cn101234461b公開了“一種用于x80級別管線焊接的自保護(hù)全位置高韌性藥芯焊絲”，該發(fā)明試圖以碳酸鹽造氣為主，氟化物占比降低，金屬錳和鎳作為合金劑，氧化鋁調(diào)節(jié)熔渣性能，鋁鎂合金進(jìn)行脫氧。其熔敷金屬具有較好的抗拉強(qiáng)度和延伸度，然而低溫沖擊韌性值-30℃僅120j左右。
專利cn105345315a公開了“一種適用于高鋼級管道焊接的高ni自保護(hù)藥芯焊絲”，該專利試圖提高金屬鎳的含量到12-25％從而提高熔敷金屬沖擊韌性的目的。配方組成主要為氟化物以及電解錳、鎳粉和金屬鋯。其中金屬鋯的使用量為0.1％-0.6％。其熔敷金屬具有較高的抗拉強(qiáng)度，而-20℃低溫沖擊韌性值僅為100j左右。
綜合以上，目前自保護(hù)藥芯焊絲的主要以氟化物和碳酸鹽造渣造氣保護(hù)，配合以強(qiáng)韌化合金成分調(diào)節(jié)力學(xué)性能，氧化物調(diào)節(jié)熔渣性能。然而這些專利配方焊絲的熔敷金屬在力學(xué)性能上均存在一定劣勢。本發(fā)明針對目前存在的問題，提出了一種新的自保護(hù)藥芯焊絲配方，能在滿足強(qiáng)度的同時達(dá)到較好的低溫沖擊性能。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種適合管線全位置焊接、在低溫狀態(tài)仍保證優(yōu)良韌性的用于x80管線鋼的自保護(hù)藥芯焊絲。
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明為解決問題采用的技術(shù)方案如下：
一種用于x80管線鋼的自保護(hù)藥芯焊絲，包括低碳鋼帶的焊絲外皮和藥芯，所述藥芯藥粉配方按照質(zhì)量百分比由氟化鋇40％-50％、氟化鈣10％-20％、氟化鋰5％-10％、碳酸鋇2％-5％、氟化鈰1％-5％，三氧化二鐵1％-2％、氧化鋯0％-2％、二氧化鈦0％-4％、鎂粉5％-8％、鋁粉5-10％、低碳錳鐵6％-8％、金屬鎳6％-8％，鋁鋯合金5％-10％，石英1％-5％，鐵粉0％-5％組成。
所述藥芯藥粉粒度控制在50-60目。藥芯粉料顆粒達(dá)到合適的粒徑后，才能更好的控制粉料顆粒的滾動速度，進(jìn)而更好的控制好填充率。
焊絲藥粉填充率控制在20-21％。以達(dá)到合適的造氣自保護(hù)效果，同時保證金屬中合金的量，進(jìn)而保證熔敷金屬力學(xué)性能，藥粉填充多或者少性能會有不同。在本專利配方下選擇該填充率使得粉料能夠較穩(wěn)定地對金屬熔池起到能保護(hù)作用，進(jìn)而保證熔敷金屬性能。
所述藥芯焊絲鋼帶為h08a碳鋼鋼帶。
所述藥芯中的氟化物、氧化物和碳酸鹽需經(jīng)過700℃烘焙預(yù)處理造粒。由于粉料顆粒較細(xì)，這樣粉料容易團(tuán)結(jié)起來，在拉絲填充時就會有時填地多，有時填地少，使得填充率不穩(wěn)定?，F(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)使用水玻璃造粒，該方法造粒效果不好，會影響材料的性能。通過700℃烘焙之后，粉料中的少數(shù)熔點低的物質(zhì)融化，將其周圍的未熔物質(zhì)粘結(jié)起來，起到將小顆粒變成大顆粒的作用，使得粉料顆粒粒徑變大。
所述自保護(hù)藥芯焊絲直徑為2.0mm。
上述用于x80管線鋼的自保護(hù)藥芯焊絲的制備方法，包括以下步驟：
步驟1：利用成型軋輥將低碳鋼鋼帶軋成u形,用送粉裝置將藥芯粉料按照20-21％填充到u形槽中；
步驟2：將u形槽合口，將藥芯包裹于其中，再經(jīng)過拉絲工序，逐道拉拔，減小直徑到2.0mm，得到最終產(chǎn)品。
在上述藥芯中各組分的主要作用如下：
氟化鋇和氟化鈣：在焊接過程中造氣造渣去氫，實現(xiàn)對熔池的保護(hù)，提高全位置焊接性能。
氟化鋰：在焊接過程中提高電弧穩(wěn)定性。
碳酸鋇；在焊接過程中提高造氣保護(hù)熔池。
氟化鈰：在焊接過程中提高電弧穩(wěn)定性造氣保護(hù)熔池，并有效降低夾雜物尺寸，促進(jìn)針狀鐵素體形核，改善熔敷金屬低溫韌性。
氧化鋯和二氧化鈦：在焊接過程中主要起造渣、調(diào)節(jié)熔渣熔點、黏度和表面張力的作用，并改善焊接工藝性能。
三氧化二鐵：在焊接過程中提高電弧吹力。
鎂粉和鋁粉：在焊接過程中發(fā)生脫氧固氮反應(yīng)可以消除空氣中的氧氮對熔池的傷害，有效消除氣孔以及固定自由氮。
低碳錳鐵：在焊接過程中起到脫氧作用，并過渡到熔敷金屬提高強(qiáng)度。
金屬鎳：提高熔敷金屬力學(xué)性能，尤其是低溫沖擊韌性。
鋁鋯合金；有效降低夾雜物尺寸，促進(jìn)針狀鐵素體形核，提高熔敷金屬低溫韌性。
石英：在焊接過程中起到脫氧作用，并能提高金屬熔池流動性。
鐵粉：作為藥芯組分余量添加。
有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下技術(shù)效果：
1、提高氟化物的使用量，其范圍為55-85％，通過氟化鋇、氟化鈣、氟化鋰、氟化鈰、碳酸鋇、氧化鋯、二氧化鈦，鎂粉、鋁粉、低碳錳鐵、鋁鋯合金和石英等的合理調(diào)配，提高了焊絲自保護(hù)的能力，避免了氣孔。
2、由于氟化鈰、鎂粉、鋁粉、低碳錳鐵和少量鋁鋯合金的添加，使得熔敷金屬組織中針狀鐵素體的比例增多，提高了熔敷金屬的低溫沖擊韌性，焊絲熔敷金屬-40℃v型缺口沖擊吸收功達(dá)到100j以上。滿足焊縫韌性的要求。
3、由于氧化鋯和二氧化鈦的添加，使得焊絲焊接工藝性能良好，特別是改善了焊接熔渣的脫渣性能，焊縫成形美觀。
4、通過創(chuàng)新的700℃粉料烘焙工藝，提高了填充性能，使得焊絲填充均勻。
具體實施方式
下面通過實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明：一種用于x80管線鋼全位置焊接高韌性自保護(hù)藥芯焊絲，采用市售普通h08a鋼帶為焊絲外皮，采用合金過渡方式，使用通用藥芯焊絲生產(chǎn)工藝制作而成。
表1為各實施例中自保護(hù)藥芯焊絲的藥芯粉化學(xué)組分
實施例1、2和3的自保護(hù)藥芯焊絲熔敷金屬力學(xué)性能的焊接試板均準(zhǔn)備如下：試板參照awsa5.29/a5.29m進(jìn)行準(zhǔn)備，試板選用q235鋼板250mm×250mm×20mm，墊板選用為9mm的q235鋼板。試板坡口為v形，坡口角度為45°。
實施例1、2和3自保護(hù)藥芯焊絲的焊接規(guī)范如下：焊接電壓24.5v，焊接電流220-250a，采用dcen直流反接，焊前預(yù)熱150℃，層間溫度小于150℃，焊后不進(jìn)行熱處理，焊絲直徑為2.0mm。
實施例1、2和3焊接完成后，對熔敷金屬進(jìn)行顯微組織觀察，測試結(jié)果如下，熔敷金屬組織為針狀鐵素體和塊狀鐵素體以及少量的珠光體和貝氏體。熔敷金屬機(jī)械性能如表2所示，熔敷金屬抗拉強(qiáng)度和延伸率均達(dá)到要求，-40℃低溫沖擊韌性大于100j。測試結(jié)果表明：采用本發(fā)明配方所述的自保護(hù)藥芯焊絲，按照被發(fā)明所述規(guī)范焊接后，其熔敷金屬力學(xué)性能滿足x80鋼的強(qiáng)度要求，并且具有非常優(yōu)異的-40℃沖擊韌性。
表2為各實施例自保護(hù)藥芯焊絲熔敷金屬力學(xué)性能
在實際焊接操作中，本發(fā)明自保護(hù)藥芯焊絲，熔渣具有合適的粘度和凝固特性，脫渣好，飛濺小，可全位置焊接；且焊接工藝性好，電弧穩(wěn)定操作容易，焊縫成型美觀。根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)可知，其熔敷金屬具有較高的低溫(-40℃)沖擊韌性。熔渣的凝固溫度、表面張力均適當(dāng)可使得熔滴噴射過度。適當(dāng)量的過渡合金元素，可保證焊縫金屬具有優(yōu)良的強(qiáng)度和較高的低溫沖擊韌性。
本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于上述的實施例，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本發(fā)明的意圖也包含這些改動和變形在內(nèi)。