本发明涉及焊材技术领域，具体涉及一种具有止裂性能的药芯材料和焊丝及该焊丝的制作方法。
背景技术：
随着海运行业的迅猛发展，超大型集装箱船的建造不仅给拓展国际市场、环保、港口建设等方面都带来了巨大的机遇与挑战，而且对造船材料带来了挑战。为此，集装箱运输船船体普遍采用高强韧和大厚度钢板。高强韧和大厚度钢板在满足性能要求的同时，使得钢板受力状态由平面应力状态转为平面应变状态，材料的抗开裂性能下降。材料脆性断裂曾导致大型集装箱船出现多次事故。当构件存在潜在的缺陷或裂纹时，具有良好止裂性能的焊缝在受到动载及冲击载荷作用的情况下，能在小范围内阻止裂纹的扩展，防止重大事故的发生
中国钢铁企业针对超大型集装箱船用止裂钢板开展了系列技术攻关，通过多相组织配比调控，获得了具有高强韧性﹑低屈强比﹑高止裂性和易焊接性钢板。中国止裂钢已成功应用于国产超大型集装箱船的建造，未来对船用止裂钢的需求量会进一步加大，性能要求也会不断提高。尽管国内钢铁企业已成功开发此类产品，新型止裂钢材料对焊接环境及工艺要求极为苛刻，工艺难度高，所以与之配套的焊接材料还主要依赖于进口产品，我国生产的焊材性能水平与国际顶级水平相比也还有差距。因此需要研制一种新的药芯材料组份，来制作出高强韧并具有良好止裂性能药芯焊丝，来有效提高焊接材料熔敷金属的止裂性能，与大型集装箱船用止裂钢材相匹配。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有止裂性能的药芯材料和焊丝及该焊丝的制作方法，来提高焊接材料熔敷金属的韧性和塑性，来与海洋工程、高层建筑用高塑高韧钢材相匹配。
为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种具有止裂性能的药芯材料，所述药芯材料由以下质量份数的原料组成：金红石20-30份、石英2-6份、长石1-4份、氟化钾1-2份、稀土铌1-3份、稀土铱0.5-1份，镁粉2-6份、铝钒土3-5份，低碳锰3-5份，金属镍0.3-1份，金属铬0.6-1.2份，钛铁2-3份,改性无水聚四氟乙烯1-4份。
本发明还提供一种焊丝，包含药皮和药芯，所述药芯由上述的药芯材料制成。
优选地，所述药芯在所述药皮内腔内的填充系数为14％-16％。
本发明还提供一种上述焊丝的制作方法，包含如下步骤：
(1)将药芯材料各组份分别称重后混合、充分搅拌，烘干，得配方药粉待用；
(2)将碳元素含量小于等于0.03的低碳钢带纵剪、清洗，然后轧u型槽，再将步骤(1)中所述配方药粉加入u型槽中，然后闭合、减径、拉丝、收线，即得所述焊丝。
优选地，上述步骤(1)中金红石、石英、长石、铝钒土的烘干温度为920℃-980℃，烘干时间为12-24h；其余成分的烘干温度为270℃-290℃，烘干时间为12-24h。
本发明具有止裂性能的药芯材料和焊丝及该焊丝的制作方法，可以使熔敷金属组织得到具有止裂性能的多边形铁素体和针状铁素体组织。同时，细化焊缝表面的晶粒组织使之达到有效晶粒直径小于8mm，从而使熔敷金属得到良好止裂性。因此，可以满足大型集装箱船体主体结构的焊接，解决了一般焊接材料无法解决的新型止裂材料对焊接环境及工艺要求苛刻、工艺难度高的问题。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本发明中的各种原料，均可采用本领域技术人员所熟知的材料，并能通过一般商业途径获得。
实施例一
药芯材料组份：金红石30kg、石英2kg、长石3kg、氟化钾1kg、稀土铌1kg、稀土铱0.5kg，镁粉2kg、铝钒土3kg，低碳锰5kg，金属镍0.5kg，金属铬1.2kg，钛铁3kg,改性无水聚四氟乙烯4kg。
高强韧止裂药芯焊丝制备方法：
(1)将金红石、石英、长石、铝钒土在950℃下烘干12h，其他药粉270℃烘干时间12h，将烘干后的上述药芯材料混合，充分搅拌均匀，得配方药粉待用。
(2)取厚度1.0mm、宽度14mm的低碳钢钢带，纵剪，然后经过清洗液清洗，轧u型槽，将步骤(1)所述药粉加入u型槽中，然后闭合、减径、拉丝、收线，即得所述焊丝。焊丝药芯填充系数为14.5％。
将本实施例制得的高塑高韧焊丝用于试板焊接，焊接电流250a，焊接电压28v，保护气体co2，测得焊接熔敷金属的抗拉强度为680mpa,屈服强度485mpa，延伸率28％，-40℃冲击吸收功106j，扩散氢含量5.8ml/100g。
实施例二
药芯材料组份：金红石25kg、石英4.5kg、长石3kg、氟化钾1.5kg、稀土铌1.2kg、稀土铱0.6kg，镁粉2kg、铝钒土4kg，低碳锰3kg，金属镍0.5kg，金属铬1.0kg，钛铁2.5kg，改性无水聚四氟乙烯3kg。
高强韧止裂药芯焊丝制备方法：
将金红石、石英、长石、铝钒土在920℃下烘干15h，其他药粉280℃烘干时间15h，将烘干后的上述药芯材料混合，充分搅拌均匀，得配方药粉待用。
(1)取厚度0.8mm、宽度14mm的低碳钢钢带，纵剪，然后经过清洗液清洗，轧u型槽，将步骤(1)所述药粉加入u型槽中，然后闭合、减径、拉丝、收线，即得所述焊丝。焊丝药芯填充系数为16％。
将本实施例制得的高强韧止裂药芯焊丝用于试板焊接，焊接电流250a，焊接电压28v，保护气体co2，测得焊接熔敷金属的抗拉强度为660mpa,屈服强度510mpa，延伸率30％，-40℃冲击吸收功118j，扩散氢含量5.2ml/100g。
实施例三
药芯材料组份：金红石30kg、石英6kg、长石2kg、氟化钾1kg、稀土铌1kg、稀土铱0.5kg，镁粉2kg、铝钒土3kg，低碳锰5kg，金属镍1kg，金属铬0.6kg，钛铁3kg,改性无水聚四氟乙烯2kg。
高强韧止裂药芯焊丝制备方法：
(1)将金红石、石英、长石、铝钒土在980℃下烘干18h，其他药粉290℃烘干时间18h，将烘干后的上述药芯材料混合，充分搅拌均匀，得配方药粉待用。
(2)取厚度0.9mm、宽度13mm的碳钢钢带，纵剪，然后经过清洗液清洗，轧u型槽，将步骤(1)所述药粉加入u型槽中，然后闭合、减径、拉丝、收线，即得所述焊丝。焊丝药芯填充系数为14％。
将本实施例制得的高塑高韧焊丝用于试板焊接，焊接电流250a，焊接电压28v，保护气体co2，测得焊接熔敷金属的抗拉强度为665mpa,屈服强度520mpa，延伸率31％，-40℃冲击吸收功134j，扩散氢含量5.9ml/100g。
实施例四
药芯材料组份：金红石30kg、石英4.5kg、长石4kg、氟化钾2kg、稀土铌1.5kg、稀土铱0.8kg，镁粉5kg、铝钒土3.5kg，低碳锰4.5kg，金属镍0.7kg，金属铬0.9kg，钛铁2.3kg,改性无水聚四氟乙烯1.5kg。
高强韧止裂药芯焊丝制备方法：
(1)将金红石、石英、长石、铝钒土在980℃下烘干24h，其他药粉290℃烘干时间24h，将烘干后的上述药芯材料混合，充分搅拌均匀，得配方药粉待用。
(2)取厚度0.7mm、宽度10mm的碳钢钢带，纵剪，然后经过清洗液清洗，轧u型槽，将步骤(1)所述药粉加入u型槽中，然后闭合、减径、拉丝、收线，即得所述焊丝。焊丝药芯填充系数为15.5％。
将本实施例制得的高塑高韧焊丝用于试板焊接，焊接电流250a，焊接电压28v，保护气体co2，测得焊接熔敷金属的抗拉强度为710mpa,屈服强度525mpa，延伸率32％，-40℃冲击吸收功127j，扩散氢含量5.7ml/100g。
实施例五
药芯材料组份：金红石20kg、石英4.5kg、长石1kg、氟化钾2kg、稀土铌3kg、稀土铱1kg，镁粉6kg、铝钒土5kg，低碳锰4.5kg，金属镍0.3kg，金属铬0.9kg，钛铁2kg，改性无水聚四氟乙烯1kg。
高强韧止裂药芯焊丝制备方法：
(1)将金红石、石英、长石、铝钒土在980℃下烘干18h，其他药粉290℃烘干时间18h，
将烘干后的上述药芯材料混合，充分搅拌均匀，得配方药粉待用。
(2)取厚度0.7mm、宽度10mm的碳钢钢带，纵剪，然后经过清洗液清洗，轧u型槽，
将步骤(1)所述药粉加入u型槽中，然后闭合、减径、拉丝、收线，即得所述焊丝。
焊丝药芯填充系数为15.5％。
将本实施例制得的高塑高韧焊丝用于试板焊接，焊接电流250a，焊接电压28v，保护气体co2，测得焊接熔敷金属的抗拉强度为690mpa,屈服强度535mpa，延伸率29％，-40℃冲击吸收功108j，扩散氢含量5.2ml/100g。
对比例1
配方：金红石25kg、石英4kg、长石1kg、氟化钾2kg、稀土铌0kg、稀土铱0kg，镁粉6kg、铝钒土4kg，低碳锰4kg，金属镍0.3kg，金属铬0.8kg，钛铁2kg。
焊丝制备：
(1)将上述药芯材料混合，充分搅拌，820℃下烘干12.5h，得配方药粉待用。
(3)取厚度0.8mm、宽度10mm的碳钢钢带，纵剪，然后经过清洗液清洗，轧u型槽，将步骤(1)所述药粉加入u型槽中，然后闭合、减径、拉丝、收线，即得所述焊丝。焊丝药芯填充系数为15.5％。
将本实施例制得的高塑高韧焊丝用于试板焊接，焊接电流250a，焊接电压28v，保护气体co2，测得焊接熔敷金属的抗拉强度为660mpa,屈服强度556mpa，延伸率29％，-40℃冲击吸收功38j，扩散氢含量7.2ml/100g。
对比例2
配方：金红石25kg、石英5kg、长石1kg、氟化钾2kg、稀土铌1kg、稀土铱0kg，镁粉6kg、铝钒土4kg，低碳锰4kg，金属镍0.3kg，金属铬0.8kg，钛铁2kg。
焊丝制备：
(1)将上述药芯材料混合，充分搅拌，900℃下烘干24h，得配方药粉待用。
(2)取厚度1。0mm、宽度14mm的碳钢钢带，纵剪，然后经过清洗液清洗，轧u型槽，将步骤(1)所述药粉加入u型槽中，然后闭合、减径、拉丝、收线，即得所述焊丝。焊丝药芯填充系数为15.5％。
将本实施例制得的高塑高韧焊丝用于试板焊接，焊接电流250a，焊接电压28v，保护气体co2，测得焊接熔敷金属的抗拉强度为680mpa,屈服强度566mpa，延伸率30％，-40℃冲击吸收功48j，扩散氢含量6.8ml/100g。
通过可以看出，除配方中各种材料的合理配比外，稀土铌、稀土铱及改性无水聚四氟乙烯的添加对抗拉强度、低温冲击韧性具有良好的作用，其次通过提高烘干温度对降低熔敷金属氢含量作用明显。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。