本发明涉及药芯技术领域，尤其涉及一种铁矾土型药芯焊丝
背景技术：
药芯焊丝是近年来迅速发展起来的一种新型焊接材料，其具有焊接质量好、生产效率高、综合焊接成本低等一系列优点，在造船、机械、石化、冶金、军工、钢结构制造和工程建设中广泛应用。目前市售的药芯焊丝的药芯配方以金红石为主，虽然金红石渣系药芯焊丝具有成型好、耐磨、易脱渣和飞溅小等优点，但是由于金红石价格高昂，加大了生产成本。所以，研制一种可以部分或全部替代金红石，同时保持金红石渣系药芯焊丝优点的原料，对于药芯焊丝的行业整体的稳定健康发展起到举足轻重的地位。
技术实现要素：
本发明提出了一种铁矾土型药芯焊丝，采用焙烧铁矾土作为主要造渣剂，替代了部分的金红石，降低了生产成本，本发明具有良好的焊接性能，拉伸强度大于500MPa，延伸率超过了20％，-40℃冲击功大于85J，具有很好冲击韧性，满足了药芯焊丝的使用要求。
本发明提出的一种铁矾土型药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土10～20％、铁酸钙3～8％、金红石0～5％、氟化物3～5％、镁粉1～5％、锰铁粉1～3％、锰硅粉1～3％、锆英砂2～4％、钒铁粉1～3％、钼铁粉1～2％，余量为铁粉。
优选地，焙烧铁矾土在药芯中的重量百分比为10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％、15％、15.5％、16％、16.5％、17％、17.5％、18％、18.5％、19％、19.5％、20％，铁酸钙在药芯中的重量百分比为3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％，金红石在药芯中的重量百分比为0％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％，氟化物在药芯中的重量百分比为3％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％、3.9％、4％、4.1％、4.2％、4.3％、4.4％、4.5％、4.6％、4.7％、4.8％、4.9％、5％，镁粉在药芯中的重量百分比为1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％，锰铁粉在药芯中的重量百分比为1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3％，锰硅粉在药芯中的重量百分比为1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3％，锆英砂在药芯中的重量百分比为2％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3％、3.2％、3.4％、3.6％、3.8％、4％，钒铁粉在药芯中的重量百分比为1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3％，钼铁粉在药芯中的重量百分比为1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％。
优选地，焙烧铁矾土中包含了Al2O3、SiO2和Fe2O3；
优选地，Al2O3、SiO2和Fe2O3在焙烧铁矾土中所占的重量百分数为80～90％。
优选地，Fe2O3在焙烧铁矾土中所占的重量百分数10～15％。
优选地，焙烧铁矾土中还包括CaO、MgO、TiO2、P和S中的一种或多种。
优选地，焙烧铁矾土中P和S含量不超过1％。
优选地，焙烧铁矾土的粒径为5～30mm。
优选地，焙烧铁矾土的粒径为10～15mm。
优选地，药芯填充率为17～23％，药芯填充率是指药芯占药芯焊丝的重量百分数。
优选地，焙烧铁矾土和铁酸钙的重量比为2～4：1。
优选地，所述焙烧铁矾土采用铁矾土在900～1000℃下焙烧1～2h制得，焙烧一方面是为了去除铁矾土中多余的水分，另一方面是使铁矾土分解成包含γ-Al2O3和SiO2以及Fe2O3的混合物。
优选地，氟化物为萤石、氟硅酸钠、氟化钡、氟化锂中的一种或两种以上混合物。
优选地，氟化物为氟硅酸钠。
优选地，镁粉锰铁粉和锰硅粉的重量比为1.5：1：1。
优选地，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土14～18％、铁酸钙4～6％、金红石0～3％、氟化物3.5～4.5％、镁粉2～4％、锰铁粉1.5～2.5％、锰硅粉1.5～2.5％、锆英砂2.5～3.5％、钒铁粉1.5～2.5％、钼铁粉1.3～1.7％，余量为铁粉。
优选地，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土15％、铁酸钙5％、金红石1.5％、氟化物4％、镁粉3％、锰铁粉2％、锰硅粉2％、锆英砂3.5％、钒铁粉2％、钼铁粉1.5％，余量为铁粉。
本发明各原料组分的作用：
焙烧铁矾土：以Al2O3-SiO2形式结合的矿物存在,在950℃左右受热分解成γ-Al2O3和SiO2以及其它物质。γ-Al2O3一种表面疏松、多细孔结构的比表面大的活性氧化铝。SiO2具有一定的化渣作用。焙烧铁矾土中另一个主要成分是Fe2O3,具有很强的化渣、造渣能力,并且增加了药芯的氧化特性，Fe2O3含量大于10％时，能明显降低熔渣的粘度，改善熔滴过度形式，当含量大于15％时，损坏焊缝夹杂物形式，降低了焊缝金属的力学性能。
铁酸钙：受热分解为CaO和Fe2O3，是一种理想的无氟复合造渣剂，降低了熔渣的粘性，增强了流动性。
金红石：造渣剂，主要成分为TiO2。
氟化物：作为造气剂，在焊接过程中汽化，从而在焊丝的熔敷金属区域周围形成气障隔离焊丝，降低了熔敷金属区域周围的氮气的分压，降低了熔敷金属吸取的氮气量，改善焊丝的力学性能和外观。气障还有助于净化电弧区域的水汽，减少了焊丝吸氢量，从而降低了焊丝的冷裂纹敏感性。
镁粉：作为脱氧剂，与氧化作用形成MgO，改善了熔渣的脱渣性和全位置焊接性，与锰铁粉和锰硅粉配合使用，强化脱氧，形成复合氧化物，有效提高焊缝韧性，同时能够起到改善电弧作用。
锆英砂：主要起造渣，调整熔渣的物化性能的作用，适量添加，使得熔滴尺寸变小，改善熔滴过度方式，避免焊接过程中出现滞熔现象，可改善焊丝的全位置焊接工艺。
钒铁粉和钼铁粉：作为稀有元素钒和钼的添加成分，使熔敷金属的力学性能更加稳定，特别是低温冲击性能。
铁粉：其作用是提高药芯焊丝熔敷速度，调节堆焊金属的成分，形成焊缝金属。
本发明中，采用焙烧铁矾土作为造渣剂的主要成分，替代部分金红石，降低了焊缝金属中Ti含量，提高了焊缝接头的韧性，焙烧铁矾土形成以CaO-Al2O3-SiO2和CaO-SiO2-Fe2O3为主的三元渣系，其中Al2O3主要为γ-Al2O3，其为表面疏松、多细孔结构的比表面大的活性氧化铝，降低了熔渣的粘度，细化熔滴，提高了焊缝的力学性能，SiO2具有一定的化渣作用，焙烧铁矾土中另一个主要成分是Fe2O3,具有很强的化渣、造渣能力,焊接时易脱渣，有效减小、减少飞溅，并且增加了熔渣的氧化特性；焙烧铁矾土与铁酸钙配合使用，使焊接过程中形成具有良好的流动性、碱度以及氧化性的熔渣，有利于脱硫、脱磷，有效抑制了冷裂纹的出现，进一步提高了焊缝的低温冲击韧性；镁粉、锰铁粉和锰硅粉配合使用，作为脱氧剂，有效控制了焊缝中的氧含量，强化了焊缝的力学性能，钒铁粉和钼铁粉中的稀有元素钒和钼协同作用，进一步提高了了熔敷金属的拉伸强度和低温冲击韧性，氟化物、锆英砂协同作用，调整熔渣的物化性能，熔滴过度方式，减少扩散氢含量，兼顾了焊缝的力学强度和冲击韧性。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种铁矾土型药芯焊丝，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土14、铁酸钙6％、金红石2％、氟化物3.5％、镁粉4％、锰铁粉1.5％、锰硅粉2.5％、锆英砂3.5％、钒铁粉2％、钼铁粉1.3％，余量为铁粉。
实施例2
一种铁矾土型药芯焊丝，其特征在于，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土10％、铁酸钙8％、金红石3％、萤石5％、镁粉2％、锰铁粉3％、锰硅粉3％、锆英砂3.5％、钒铁粉3％、钼铁粉1.7％，余量为铁粉；焙烧铁矾土中Al2O3、SiO2和Fe2O3所占的重量百分数为85％，Fe2O3所占的重量百分数12％。
实施例3
一种铁矾土型药芯焊丝，其特征在于，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土20％、铁酸钙3％、金红石1％、氟硅酸钠3％、氟化钡1.5％、镁粉5％、锰铁粉1％、锰硅粉1.5％、锆英砂2.5％、钒铁粉2.5％、钼铁粉1％，余量为铁粉；焙烧铁矾土中Al2O3、SiO2和Fe2O3所占的重量百分数为90％，Fe2O3所占的重量百分数10％，焙烧铁矾土中还包括CaO、MgO、TiO2、P和S，其中P和S含量不超过1％。
实施例4
一种铁矾土型药芯焊丝，其特征在于，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土18％、铁酸钙4％、金红石5％、萤石1％、氟硅酸钠1％、氟化钡1％、镁粉1％、锰铁粉2.5％、锰硅粉1％、锆英砂4％、钒铁粉1％、钼铁粉3％，余量为铁粉；焙烧铁矾土中Al2O3、SiO2和Fe2O3所占的重量百分数为90％，Fe2O3所占的重量百分数15％，焙烧铁矾土中还包括CaO、MgO、TiO2、P和S，其中P和S含量不超过1％，焙烧铁矾土的粒径为10mm。
实施例5
一种铁矾土型药芯焊丝，其特征在于，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土15％、铁酸钙5％、金红石1.5％、萤石1％、氟硅酸钠1％、氟化钡1％、氟化锂1％、镁粉3％、锰铁粉2％、锰硅粉2％、锆英砂3.5％、钒铁粉2％、钼铁粉1.5％，余量为铁粉；焙烧铁矾土中Al2O3、SiO2和Fe2O3所占的重量百分数为85％，Fe2O3所占的重量百分数13％，焙烧铁矾土中还包括CaO、MgO、TiO2、P和S，其中P和S含量不超过1％，焙烧铁矾土的粒径为30mm；药芯填充率为20％。
实施例6
一种铁矾土型药芯焊丝，其特征在于，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土10％、铁酸钙5％、金红石3％、氟硅酸钠5％、镁粉3％、锰铁粉2％、锰硅粉2％、锆英砂4％、钒铁粉1％、钼铁粉％，余量为铁粉；焙烧铁矾土中Al2O3、SiO2和Fe2O3所占的重量百分数为85％，Fe2O3所占的重量百分数12％，焙烧铁矾土中还包括CaO、MgO、TiO2、P和S，其中P和S含量不超过1％，焙烧铁矾土在900℃下焙烧2h，焙烧铁矾土的粒径为5mm；药芯填充率为17％。
实施例7
一种铁矾土型药芯焊丝，其特征在于，包括低碳钢外皮和填充在低碳钢外皮内药芯，药芯原料按重量百分比包括：焙烧铁矾土20％、铁酸钙5％、金红石1％、氟硅酸钠4％、镁粉2％、锰铁粉2％、锰硅粉1.5％、锆英砂3％、钒铁粉1.5％、钼铁粉1.5％，余量为铁粉，焙烧铁矾土中Al2O3、SiO2和Fe2O3所占的重量百分数为85％，Fe2O3所占的重量百分数12％，焙烧铁矾土中还包括CaO、MgO、TiO2、P和S，其中P和S含量不超过1％，焙烧铁矾土在1000℃下焙烧1h，焙烧铁矾土的粒径为15mm；药芯填充率为23％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。