本发明涉及一种用于金属焊接的药芯焊丝，尤其是一种用于x80管线钢焊接的自保护药芯焊丝。
背景技术：
随着我国大规模地油气输送管线的建设和使用，对管线钢的要求也越来越严格。在保证输送管线建设的经济型、运行的安全性和可靠性的前提下，不仅要求管线钢本身具有优良的韧性，而且也要求其配套焊接材料具有优良的韧性。由于焊接过程本身固有的特性，往往会使得管线钢焊接接头的韧性较差，这就成为输送管线的薄弱环节，提高管线钢配套焊接材料熔敷金属和焊接接头的韧性就成为了急需解决的问题之一。自保护药芯焊丝其主要特点是焊接时无需任何保护气体、熔敷效率高，这使得其使用方便适合野外作业，尤其适合户外现场焊接。我国地大物博，地形复杂，自保护药芯焊丝由于其便捷性在“西气东输”工程中被大量采用。
专利cn103612033a公开了“x80管线钢焊接的高韧性自保护药芯焊丝”，试图采用氟化物和碳酸盐造气，三氧化二铝和三氧化二铝调节熔渣熔点、黏度和表面张力，氧化铈和氧化镧控制夹杂物尺寸，以及铝粉、铝镁合金、金属锰和金属镍作为合金剂。其配方组分较多且较复杂，工艺程序较繁琐。其具有较好的-40℃冲击韧性值，然而抗拉强度仅勉强满足要求。
专利cn104043912b公开了“一种用于管线钢焊接用自保护药芯焊丝”，该发明试图采用硅酸铝和稀土氧化物作为造渣剂，草酸铝作为造气剂，以及锗、锰、硅作为脱氧剂，ti、ni、al作为合金剂，达到自保护的目的，其在焊接过程中生成的烟尘较少，飞溅小，电弧稳定。然而其低温冲击韧性以及延伸率较低，-20℃低温冲击值仅60j左右。
专利cn101234461b公开了“一种用于x80级别管线焊接的自保护全位置高韧性药芯焊丝”，该发明试图以碳酸盐造气为主，氟化物占比降低，金属锰和镍作为合金剂，氧化铝调节熔渣性能，铝镁合金进行脱氧。其熔敷金属具有较好的抗拉强度和延伸度，然而低温冲击韧性值-30℃仅120j左右。
专利cn105345315a公开了“一种适用于高钢级管道焊接的高ni自保护药芯焊丝”，该专利试图提高金属镍的含量到12-25％从而提高熔敷金属冲击韧性的目的。配方组成主要为氟化物以及电解锰、镍粉和金属锆。其中金属锆的使用量为0.1％-0.6％。其熔敷金属具有较高的抗拉强度，而-20℃低温冲击韧性值仅为100j左右。
综合以上，目前自保护药芯焊丝的主要以氟化物和碳酸盐造渣造气保护，配合以强韧化合金成分调节力学性能，氧化物调节熔渣性能。然而这些专利配方焊丝的熔敷金属在力学性能上均存在一定劣势。本发明针对目前存在的问题，提出了一种新的自保护药芯焊丝配方，能在满足强度的同时达到较好的低温冲击性能。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种适合管线全位置焊接、在低温状态仍保证优良韧性的用于x80管线钢的自保护药芯焊丝。
针对现有技术存在的问题，本发明为解决问题采用的技术方案如下：
一种用于x80管线钢的自保护药芯焊丝，包括低碳钢带的焊丝外皮和药芯，所述药芯药粉配方按照质量百分比由氟化钡40％-50％、氟化钙10％-20％、氟化锂5％-10％、碳酸钡2％-5％、氟化铈1％-5％，三氧化二铁1％-2％、氧化锆0％-2％、二氧化钛0％-4％、镁粉5％-8％、铝粉5-10％、低碳锰铁6％-8％、金属镍6％-8％，铝锆合金5％-10％，石英1％-5％，铁粉0％-5％组成。
所述药芯药粉粒度控制在50-60目。药芯粉料颗粒达到合适的粒径后，才能更好的控制粉料颗粒的滚动速度，进而更好的控制好填充率。
焊丝药粉填充率控制在20-21％。以达到合适的造气自保护效果，同时保证金属中合金的量，进而保证熔敷金属力学性能，药粉填充多或者少性能会有不同。在本专利配方下选择该填充率使得粉料能够较稳定地对金属熔池起到能保护作用，进而保证熔敷金属性能。
所述药芯焊丝钢带为h08a碳钢钢带。
所述药芯中的氟化物、氧化物和碳酸盐需经过700℃烘焙预处理造粒。由于粉料颗粒较细，这样粉料容易团结起来，在拉丝填充时就会有时填地多，有时填地少，使得填充率不稳定。现有技术中常规使用水玻璃造粒，该方法造粒效果不好，会影响材料的性能。通过700℃烘焙之后，粉料中的少数熔点低的物质融化，将其周围的未熔物质粘结起来，起到将小颗粒变成大颗粒的作用，使得粉料颗粒粒径变大。
所述自保护药芯焊丝直径为2.0mm。
上述用于x80管线钢的自保护药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：利用成型轧辊将低碳钢钢带轧成u形,用送粉装置将药芯粉料按照20-21％填充到u形槽中；
步骤2：将u形槽合口，将药芯包裹于其中，再经过拉丝工序，逐道拉拔，减小直径到2.0mm，得到最终产品。
在上述药芯中各组分的主要作用如下：
氟化钡和氟化钙：在焊接过程中造气造渣去氢，实现对熔池的保护，提高全位置焊接性能。
氟化锂：在焊接过程中提高电弧稳定性。
碳酸钡；在焊接过程中提高造气保护熔池。
氟化铈：在焊接过程中提高电弧稳定性造气保护熔池，并有效降低夹杂物尺寸，促进针状铁素体形核，改善熔敷金属低温韧性。
氧化锆和二氧化钛：在焊接过程中主要起造渣、调节熔渣熔点、黏度和表面张力的作用，并改善焊接工艺性能。
三氧化二铁：在焊接过程中提高电弧吹力。
镁粉和铝粉：在焊接过程中发生脱氧固氮反应可以消除空气中的氧氮对熔池的伤害，有效消除气孔以及固定自由氮。
低碳锰铁：在焊接过程中起到脱氧作用，并过渡到熔敷金属提高强度。
金属镍：提高熔敷金属力学性能，尤其是低温冲击韧性。
铝锆合金；有效降低夹杂物尺寸，促进针状铁素体形核，提高熔敷金属低温韧性。
石英：在焊接过程中起到脱氧作用，并能提高金属熔池流动性。
铁粉：作为药芯组分余量添加。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
1、提高氟化物的使用量，其范围为55-85％，通过氟化钡、氟化钙、氟化锂、氟化铈、碳酸钡、氧化锆、二氧化钛，镁粉、铝粉、低碳锰铁、铝锆合金和石英等的合理调配，提高了焊丝自保护的能力，避免了气孔。
2、由于氟化铈、镁粉、铝粉、低碳锰铁和少量铝锆合金的添加，使得熔敷金属组织中针状铁素体的比例增多，提高了熔敷金属的低温冲击韧性，焊丝熔敷金属-40℃v型缺口冲击吸收功达到100j以上。满足焊缝韧性的要求。
3、由于氧化锆和二氧化钛的添加，使得焊丝焊接工艺性能良好，特别是改善了焊接熔渣的脱渣性能，焊缝成形美观。
4、通过创新的700℃粉料烘焙工艺，提高了填充性能，使得焊丝填充均匀。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明：一种用于x80管线钢全位置焊接高韧性自保护药芯焊丝，采用市售普通h08a钢带为焊丝外皮，采用合金过渡方式，使用通用药芯焊丝生产工艺制作而成。
表1为各实施例中自保护药芯焊丝的药芯粉化学组分
实施例1、2和3的自保护药芯焊丝熔敷金属力学性能的焊接试板均准备如下：试板参照awsa5.29/a5.29m进行准备，试板选用q235钢板250mm×250mm×20mm，垫板选用为9mm的q235钢板。试板坡口为v形，坡口角度为45°。
实施例1、2和3自保护药芯焊丝的焊接规范如下：焊接电压24.5v，焊接电流220-250a，采用dcen直流反接，焊前预热150℃，层间温度小于150℃，焊后不进行热处理，焊丝直径为2.0mm。
实施例1、2和3焊接完成后，对熔敷金属进行显微组织观察，测试结果如下，熔敷金属组织为针状铁素体和块状铁素体以及少量的珠光体和贝氏体。熔敷金属机械性能如表2所示，熔敷金属抗拉强度和延伸率均达到要求，-40℃低温冲击韧性大于100j。测试结果表明：采用本发明配方所述的自保护药芯焊丝，按照被发明所述规范焊接后，其熔敷金属力学性能满足x80钢的强度要求，并且具有非常优异的-40℃冲击韧性。
表2为各实施例自保护药芯焊丝熔敷金属力学性能
在实际焊接操作中，本发明自保护药芯焊丝，熔渣具有合适的粘度和凝固特性，脱渣好，飞溅小，可全位置焊接；且焊接工艺性好，电弧稳定操作容易，焊缝成型美观。根据上述实验数据可知，其熔敷金属具有较高的低温(-40℃)冲击韧性。熔渣的凝固温度、表面张力均适当可使得熔滴喷射过度。适当量的过渡合金元素，可保证焊缝金属具有优良的强度和较高的低温冲击韧性。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。