一种无缝无镀铜药芯焊丝的制作方法

本发明涉及到金属焊接领域用的焊丝，具体的说是一种无缝无镀铜药芯焊丝。

背景技术：

无镀铜焊丝目前一般指无镀铜实心焊丝，是新一代的气体保护焊用实心焊丝，与传统镀铜焊丝相比，因为没有镀铜，所以焊接过程中焊接铜烟雾、烟尘减少，使操作人员的作业环境得到大幅改善,节约镀铜成本。以上原因使得无镀铜实心焊丝的使用日渐广泛, 已经在船用集装箱、大型钢结构、汽车制造业中开始大量使用。

无缝药芯焊丝具有超低扩散氢、降低冷裂纹产生率、降低预热温度、无扭曲应力、送丝距离长、焊丝对准性能高、抗吸潮、抗生锈能力强、运输、储存方便、填充率稳定、无空管串粉现象等优点，在日美欧等发达国家已经成功地应用于焊接领域50多年。目前，广泛应用于海洋工程、大型舰船制造、桥梁、建筑、石油化工等高端技术领域。

无缝无镀铜药芯焊丝既具有无缝药芯焊丝上述扩散氢低，抗吸潮性强的优点，又具有无镀铜焊丝低铜环保，节约成本等优点。经过检索，国内外尚未有无缝无镀铜药芯焊丝相关技术应用专利发表。公开的无镀铜焊丝专利皆为实心无镀铜焊丝。例如，专利CN99126858.X提供了一种气保护无镀铜实心焊丝及其制造方法。韩国基斯韦尔焊材公司在中国申请了专利CN1781651A，发明了一种气体保护电弧焊无镀铜焊丝，该气体保护电弧焊无镀铜焊丝为实心焊丝。专利CN 102719815 A申请了一种环保型无镀铜实心焊丝的生产工艺。专利CN 103394825 A 提供了一种无镀铜实心焊丝用活性添加剂及其制备方法。专利CN 103537819 A提供了一种气体保护焊用非镀铜实心焊丝及其制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种无缝无镀铜药芯焊丝，该焊丝用于海洋工程、大型舰船制造、桥梁、建筑、石油化工等高端技术领域，具有焊接工艺性好、力学性能稳定、扩散氢低、抗吸潮性强、低铜环保和节约成本的优点，可以用于550MPa级高强钢的焊接。

本发明为实现上述技术目的所采用的技术手段为：一种无缝无镀铜药芯焊丝，由外皮和包裹在外皮内的药芯粉组成，按照质量百分比，所述药芯粉含有35-55%的金红石、2%-7%的铝镁合金、2%-5%的脱水长石、1%-5%的稀土硅铁、5%-15%的电解金属锰、1%-4%的锆英砂、4%-8%的氧化铝、3%-7%的石英和0.5-2%的锆铁，其余为铁粉。

所述脱水长石为钾长石或钠长石在空气氛下经850～900℃高温处理1～2h得到。

所述铝镁合金中镁含量为47～53%。

所述稀土硅铁中，硅含量为30～40%，稀土铈和镧元素总的含量为30～33%。

所述锆铁中锆含量为60～65%。

所述外皮为低碳钢制成的钢带。

本发明采用钛碱型药芯焊丝渣系，TiO₂熔渣凝固温度高，能适应全位置焊接，金红石是主要的造渣剂和电弧稳定剂，调节渣的熔点和粘度，改善焊缝的成型和脱渣，加入量以35-55%为宜；

本发明中加入脱水长石可以调节铁水和渣的粘度，同时脱水长石中的氧化钾和氧化钠可以起到稳弧的作用，有利于全位置焊接，但是加入量太高会引起烟尘和飞溅增加，因此脱水长石的加入量应控制在2%-5%之间；脱水长石相比于一般长石含水量小，可以减小飞溅，而且经过在空气氛中高温处理后，可以有效降低扩散氢含量。

本发明中加入铝镁合金主要目的在于脱氧，同时脱氧产物进入熔敷金属可以提高焊缝金属的抗拉强度，因为铝可以以夹杂物的形式进入焊缝金属中提高钢的硬度和强度，镁的脱氧产物几乎全部进入熔渣，可以提高渣的熔点使焊丝可以适用于全位置焊接；加入量过低时脱氧不足容易产生气孔，但铝镁合金过高时，焊缝金属中过渡的铝将显著降低焊缝金属的塑性和韧性。因此，铝镁合金的加入量控制在2%-7%；

本发明中加入稀土硅铁，主要目的在于脱氧，另外，稀土元素可以净化熔池细化晶粒，从而提高焊缝金属的冲击韧性，稀土硅铁的加入量宜控制在1%-5%；

本发明中加入电解金属锰，主要目的在于脱氧的同时提高焊缝金属的抗拉强度和韧性，含量过低焊缝金属强度过低，含量过高导致焊缝金属强度过高韧性下降，因此电解金属锰的加入量为5%-15%；采用电解金属锰是因为相比于雾化法和球磨法制备的金属锰粉电解金属锰粉纯度高，硫磷等杂质元素含量低。

本发明中加入锆英砂、氧化铝和石英，主要目的是调节渣的熔点和粘度使适应用于全位置焊接，石英还可以提高渣的铺展性有利于焊缝成形；

本发明中加入的锆铁，主要是利用锆的细晶强化作用提高焊缝金属的强度和韧性，达到强韧匹配；锆铁相对于氧化锆等其它锆的化合物还具有脱氧能力，而氧化锆只能起到细晶强化作用没有脱氧作用，综合对比选择锆铁效果更好，加入量0.5-2%。

本发明中所述的无缝无镀铜药芯焊丝，采用在线同步添加药芯粉，添加药芯粉后的外皮钢带，经轧辊成型和焊合后，再经退火、减径和表面无镀铜处理，制备出的是无缝无镀铜药芯焊丝。

本发明中所述的无缝无镀铜药芯焊丝，最终产品焊丝的直径为1.2 mm、1.4mm、1.6mm，药芯粉的填充率为14%-17%。

有益效果：本发明所述的无缝无镀铜药芯焊丝，适用于海洋工程、大型舰船制造、桥梁、建筑、石油化工等高端技术领域，具有焊接工艺性好、力学性能稳定、扩散氢低、抗吸潮性强、低铜环保和节约成本的优点，可以用于550MPa级高强钢的焊接。

附图说明

图1为本发明实施例所用低碳钢带的化学成分表（重量%）；

图2为本发明实施例所用低碳钢带的性能表；

图3为实施例中焊丝熔敷金属的化学成分表（重量%）；

图4为实施例中焊丝熔敷金属的力学性能表；

图5为实施例中焊丝熔敷金属的扩散氢含量（气相色谱法）。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述。以下实施例中所用的各原料组分均为常规的原料，可通过市售途径获得；所用的外皮为低碳钢制成的钢带，低碳钢的成分如附图1所示；所述脱水长石为钾长石或钠长石在空气氛下经850～900℃高温处理1～2h得到；所述铝镁合金中镁含量为47～53%；所述稀土硅铁中，硅含量为30～40%，稀土铈和镧元素总的含量为30～33%；所述锆铁中锆含量为60～65%。

实施例1

一种无缝无镀铜药芯焊丝，由外皮和包裹在外皮内的药芯粉组成，按照质量百分比，所述药芯粉含有35%的金红石、5%的铝镁合金、5%的脱水长石、5%的稀土硅铁、15%的电解金属锰、3%的锆英砂、6%的氧化铝、7%的石英和0.5%的锆铁，其余为铁粉。

实施例2

一种无缝无镀铜药芯焊丝，由外皮和包裹在外皮内的药芯粉组成，按照质量百分比，所述药芯粉含有45%的金红石、2%的铝镁合金、3%的脱水长石、3%的稀土硅铁、10%的电解金属锰、1%的锆英砂、4%的氧化铝、5%的石英和2%的锆铁，其余为铁粉。

实施例3

一种无缝无镀铜药芯焊丝，由外皮和包裹在外皮内的药芯粉组成，按照质量百分比，所述药芯粉含有55%的金红石、7%的铝镁合金、2%的脱水长石、1%的稀土硅铁、5%的电解金属锰、4%的锆英砂、8%的氧化铝、3%的石英和1.5%的锆铁，其余为铁粉。

以上实施例中，外皮选用普通的低碳钢带，其化学成分和性能如附图1和附图2所示；然后取上述实施例中制得的焊丝进行试验，焊丝熔敷金属化学成分和力学性能如图3和图4所示，熔敷金属扩散氢含量如图5所示。