本发明焊接技术领域，更具体地讲，涉及一种同时满足gb/t17853标准、awsa5.22标准中e316lt1-1型药芯焊丝相应技术要求，且在深冷低温条件下具有较高强度和极优良低温塑性和韧性的主要用于焊接sus316l奥氏体不锈钢深冷低温储运容器、设备(lng储罐、lng运输船、lng卫星站、lng罐车，超低温冰箱、超低温冷冻设备等)的气保护药芯焊丝及其生产工艺。
背景技术：
sus316l钢是常用的奥氏体不锈钢，因其具有良好的综合性能在lng行业得到了广泛应用，而为sus316l配套的深冷焊材主要是手工焊条和实心焊丝。
药芯焊丝凭借高效的半自动、自动焊接技术、高熔敷效率、低飞溅、成型美观和广泛的焊接电流、电压适应性等优势，后续在lng行业肯定会有美好的应用前景。因此开发一款适用于焊接sus316l奥氏体不锈钢深冷低温储运容器、设备的药芯焊丝无论作为技术储备或者生产应用都具有极高的实用性和战略价值。
cn106624450a公开了一种超超临界耐热钢药芯焊丝及其制备方法及其制备方法，所述药芯焊丝包括外皮和药芯，外皮为低碳钢钢薄带，以质量百分比计，药芯包括以下组分：石墨粉3～5％、金属铬35～50％、金红石20～40％、钼铁3～8％、锰铁粉3～8％、镍粉1～8％、长石2～8％、钒铁1～5％、铌铁1～5％、氟化物0.2～2％以及余量的铁粉和不可避免的杂质；其中，药芯重量占焊丝总重量的10～30％。cn105269174a还公开了一种海洋工程用460mpa级药芯焊丝及其应用及其制备方法，包括碳钢外皮和药芯，碳钢外皮占药芯焊丝总质量84～87％，药芯占药芯焊丝总质量13～16％，药芯的成分及含量占药芯总质量百分比如下：金红石：30～42％，氟化钠：1～2％，长石：3～6％，钛铁：3～5％，硅铁：1～3％，稀土：0.5～1％，镁粉：3～5％，电解锰：5～10％，铝粉：1～2％，镍粉：7～9％，硼铁：4～7％，石墨：0.2～0.5％，硅锰合金：3～6％，锆英砂：0.5～1％，余量为fe及不可避免的杂质。cn105728989a公开了一种高韧性耐大气腐蚀药芯焊丝及其制备方法，由碳钢冷轧钢带和药芯制成，药芯组成为(质量百分比计)：金红石25～40％，石英砂3～7％，镁砂1～3％，硅铝酸盐3～12％，氟化钠1～4％，氧化钠1～3％，低碳锰铁5～15％，硅铁3～7％等。cn106475706a公开了一种免涂装桥梁钢用耐候药芯焊丝，由钢制外皮和药粉芯组成，该药粉芯包括以下组成成分：硼铁2～8wt％、钼铁0.01～2wt％、氟化物1～6wt％、锆英砂1.5～8wt％、镁粉2～7wt％、石英砂2～5wt％、硅铁2～8wt％、电解锰5～19wt％、锰铁1～5wt％、镍粉1～6％、金属铬1～8wt％、铜粉1～8wt％、钛铁2～9wt％、长石0.1～5wt％、钛酸钠2～8wt％和金红石20～40wt％，余量为铁粉。但将上述四个专利焊丝用于焊接sus316l奥氏体不锈钢深冷低温储运容器、设备的焊接，存在以下缺陷：
1.cn106624450a所述药芯焊丝适用于高温条件下的耐热钢；外皮钢带为低碳钢钢带；其熔敷金属具有良好的热强性能、抗高温腐蚀和氧化性能，具体力学性能为：抗拉强度≥620mpa、屈服强度≥540mpa、延伸率≥16％、20℃冲击达到40j。如将该专利用于sus316l奥氏体不锈钢深冷低温储运容器、设备的焊接存在焊缝熔敷金属化学成分、抗拉强度和母材不匹配，伸长率、超低温冲击功、抗晶间腐蚀性能不达标的缺陷。
2.cn105269174a所述药芯焊丝适用于460mpa级海洋工程用钢；外皮钢带为碳钢钢带；其熔敷金属金相组织为铁素体+少量珠光体。如将该专利用于sus316l奥氏体不锈钢深冷低温储运容器、设备的焊接存在焊缝熔敷金属化学成分、抗拉强度和母材不匹配，超低温冲击功、抗晶间腐蚀性能不达标的缺陷。
3.cn105728989a所述药芯焊丝适用于低温耐大气腐蚀钢；外皮钢带为碳钢钢带；其熔敷金属主要特点为-40℃低温韧性、耐大气腐蚀优良。如将该专利用于sus316l奥氏体不锈钢深冷低温储运容器、设备的焊接存在焊缝熔敷金属化学成分、抗拉强度和母材不匹配，超低温冲击功、抗晶间腐蚀性能不达标的缺陷。
4.cn106475706a所述药芯焊丝适用于桥梁钢；外皮为碳钢钢带；其熔金属特点为免涂装和耐大气腐蚀，具体学性能为抗拉强度≥400mpa、屈服强度≥510mpa、延伸率≥22％、-40℃冲击≥80j、耐大气腐蚀指数i≥6.5。如将该专利用于sus316l奥氏体不锈钢深冷低温储运容器、设备的焊接存在焊缝熔敷金属化学成分、抗拉强度和母材不匹配，超低温冲击功、抗晶间腐蚀性能不达标的缺陷。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种用于焊接sus316l奥氏体不锈钢深冷低温储运容器、设备的药芯焊丝及其生产工艺。
本发明公开一种用于焊接sus316l奥氏体不锈钢深冷低温储运容器、设备的气保护药芯焊丝。
技术方案是：一种用于焊接sus316l奥氏体不锈钢深冷低温储运容器、设备的气保护药芯焊丝，包括钢带和包裹于所述钢带内的药芯，所述药芯包括以下组分：
天然金红石4.25-5.85重量份；石英砂0.8-1.9重量份；钛酸钠0.7-1.8重量份；氟化钠0.25-0.3重量份；煅烧α氧化铝0.125-0.275重量份；氮化铬铁0.025-0.15重量份；喷雾硅铁0.085-0.05重量份；电解锰1.05-1.45重量份；金属铬3.6-4.85重量份；雾化铁粉6.42-6.85重量份；镍粉1.9-2.5重量份；钼铁1.0-1.35重量份。
作为优选，所述钢带为超低碳不锈钢钢带，包含以下成分：c≤0.015wt％、mn≤2.0wt％、si≤0.75wt％、cr16.0～20.0wt％、ni10.0～14.0wt％；cu≤0.10wt％、s≤0.005wt％、p≤0.016wt％、n≤0.10wt％、mo2.0～3.0wt％，余量为fe和不可避免的杂质。
作为优选，所述c0.0093wt％、mn1.16wt％、si0.32wt％、cr18.65wt％、ni10.84wt％、cu0.006wt％、s0.003wt％、p0.011wt％、n0.021wt％、mo2.55wt％，余量为fe和不可避免的杂质。
作为优选，所述天然金红石为含tio296.52wt％、s0.022wt％、p0.027wt％的天然金红石，石英砂为含sio299.4wt％、al2o30.33wt％、s0.019wt％、p0.023wt％的石英砂，钛酸钠为含tio272.7wt％、nao216.8wt％、s0.025wt％、p0.034％的钛酸钠，氟化钠为含naf99.6wt％的氟化钠，煅烧α氧化铝为含al2o398.2wt％、s≤0.017wt％、p≤0.24wt％的煅烧α氧化铝，氮化铬铁为，含cr62.4wt％、n7.4wt％、c0.044wt％、s0.023wt％、p0.027wt％的氮化铬铁，喷雾硅铁为，含si45.0wt％、c0.087wt％、s0.011wt％、p0.031wt％的喷雾硅铁，电解锰为含mn99.7wt％、c0.035wt％、s0.017wt％、p0.017wt％的电解锰，金属铬为含cr98.9wt％、c0.012wt％、s0.016wt％、p0.008wt％的金属铬，雾化铁粉为，含fe98.9wt％、c0.026wt％、s0.015wt％、p0.014wt％的雾化铁粉，镍粉为含ni99.7wt％、c0.008wt％、s0.007wt％、p0.007wt％的镍粉，钼铁为含mo61.3wt％、c0.011wt％、s0.007wt％、p0.046wt％的钼铁。
作为优选，所述天然金红石5.85重量份；石英砂0.8重量份；钛酸钠1.3重量份；氟化钠0.25重量份；煅烧α氧化铝0.125重量份；化铬铁0.025重量份；喷雾硅铁0.05重量份；电解锰1.05重量份；金属铬4.25重量份；雾化铁粉6.65重量份；镍粉1.9重量份；钼铁1.15重量份。
作为优选，所述天然金红石4.9重量份；石英砂1.2重量份；钛酸钠0.7重量份；氟化钠0.25重量份；煅烧α氧化铝0.21重量份；氮化铬铁0.15重量份；喷雾硅铁0.04重量份；电解锰1.45重量份；金属铬4.85重量份；雾化铁粉6.85重量份；镍粉1.9重量份；钼铁1.0重量份；或所述天然金红石4.25重量份；石英砂1.9重量份；钛酸钠1.8重量份；氟化钠0.3重量份；煅烧α氧化铝0.275重量份；氮化铬铁0.12重量份；喷雾硅铁0.085重量份；电解锰1.4重量份；金属铬3.6重量份；雾化铁粉6.42重量份；镍粉2.5重量份；钼铁1.35重量份。
本发明公开了一种用于焊接sus316l奥氏体不锈钢深冷低温储运容器、设备的气保护药芯焊丝的制备方法。
技术方案是：一种上述的用于焊接sus316l奥氏体不锈钢深冷低温储运容器、设备的气保护药芯焊丝的制备方法，该方法采用精密成型、精拉减径、表面处理和密排层绕。
作为优选，所述方法具体为按照上述的药芯的各组分混合均匀，在200～250℃条件下保温2～4小时并在搅拌均匀后采用精密成型工艺将药芯包裹在超低碳不锈钢钢带中，通过纯crd精确拉拔减径至规定的焊丝直径，再进行在线退火消除加工硬化和将焊丝表面油污碳化后予以清洁处理，随后在焊丝表面均匀涂覆一层润滑剂以保证焊丝的送丝性能，最后经过密排层绕制成药芯焊丝。
本发明公开了一种焊接方法。
技术方案是：一种焊接方法，该方法采用上述的用于焊接sus316l奥氏体不锈钢深冷低温储运容器、设备的气保护药芯焊丝，该焊丝与焊接sus316l奥氏体不锈钢深冷低温储运容器、设备配套使用。
发明原理及有益效果：
本发明中，各成分作用如下：
金红石粉的作用主要是稳定电弧并造渣，能够调节熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性，改善焊缝成形、减小飞溅。在本发明中加入的金红石粉对焊缝成形、电弧稳定性起关键作用。石英砂的主要作用是造渣、调整熔渣的酸碱度、粘度、表面张力和流动性。钛酸钠主要作用是提供氧化钠造渣，氧化钠有较低的熔点，可平衡熔渣的凝固温度和表面张力。氟化钠的主要作用是除氢和改善焊丝的工艺性能。氮化铬铁主要向焊缝中过渡氮元素提高焊缝抗拉强度。喷雾硅铁向焊缝中过渡硅元素，起到还原和脱氧作用，并能提高焊缝的弹性极限、屈服点和抗拉强度。电解锰是药芯中主要的脱氧剂和脱硫剂，并能够提高焊缝的淬性，改善热加工性能。金属铬的主要作用是向焊缝中过渡铬元素提高焊缝的抗氧化性和耐腐蚀性能。镍粉的主要作用是向焊缝中过渡镍元素，提高焊缝的塑性和韧性，保持高温下的防锈和耐热性能。
为了保证药芯焊丝的焊接性能满足要求且更优秀，药芯中各组分需满足如下要求：天然金红石为含tio296.52wt％、s0.022wt％、p0.027wt％的天然金红石，石英砂为含sio299.4wt％、al2o30.33wt％、s0.019wt％、p0.023wt％的石英砂，钛酸钠为含tio272.7wt％、nao216.8wt％、s0.025wt％、p0.034％的钛酸钠，氟化钠为含naf99.6wt％的氟化钠，煅烧α氧化铝为含al2o398.2wt％、s≤0.017wt％、p≤0.24wt％的煅烧α氧化铝，氮化铬铁为，含cr62.4wt％、n7.4wt％、c0.044wt％、s0.023wt％、p0.027wt％的氮化铬铁，喷雾硅铁为，含si45.0wt％、c0.087wt％、s0.011wt％、p0.031wt％的喷雾硅铁，电解锰为含mn99.7wt％、c0.035wt％、s0.017wt％、p0.017wt％的电解锰，金属铬为含cr98.9wt％、c0.012wt％、s0.016wt％、p0.008wt％的金属铬，雾化铁粉为，含fe98.9wt％、c0.026wt％、s0.015wt％、p0.014wt％的雾化铁粉，镍粉为含ni99.7wt％、c0.008wt％、s0.007wt％、p0.007wt％的镍粉，钼铁为含mo61.3wt％、c0.011wt％、s0.007wt％、p0.046wt％的钼铁。
根据本发明的实施例，采用精密成型工艺将药芯包裹在超低碳不锈钢钢带中，再通过精拉减径、表面处理和密排层绕制成药芯焊丝。其中，在进行上述操作之前，需要先按照配比将药芯的各组分均匀混合在一起形成药芯，并且需要事先准备满足上述成分要求的超低碳不锈钢钢带。
焊接熔敷金属包含以下成分：c0.010～0.018wt％、mn0.50～2.50wt％、si0.05～0.01wt％、s≤0.017wt％、p≤0.025wt％、cr17.20～18.50wt％、ni12.60～13.80wt％、mo2.0～3.0wt％、n0.013～0.034wt％、v≤0.08％、cu≤0.05％、al≤0.05％以及余量的fe和不可避免的杂质。并且其药芯焊丝的焊缝金属具有如下理化性能：(1)在常温下的x射线探伤等级为i级，抗拉强度rm≥520mpa，屈服强度rp0.2≥400，延伸率a≥35％；(2)按照gb/t4334-2008e法，不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法测定该药芯焊丝焊缝金属无晶间腐蚀倾向；(3)-196℃冲击功kv2≥42j，-196℃侧向膨胀量le≥0.5mm；在低温时有良好的延伸塑性和较佳的低温冲击韧性。
术语解释
本发明中，sus316l奥氏体不锈钢深冷低温储运容器、设备是指lng储罐、lng运输船、lng卫星站、lng罐车，超低温冰箱、超低温冷冻设备等。
具体实施方式
本发明中，药芯的重量占药芯焊丝总重量的22～28wt％。
具体地，超低碳不锈钢钢带包含以下成分：c≤0.015wt％、mn≤2.0wt％、si≤0.75wt％、cr16.0～20.0wt％、ni10.0～14.0wt％；cu≤0.10wt％、s≤0.005wt％、p≤0.016wt％、n≤0.10wt％、mo2.0～3.0wt％，余量为fe和不可避免的杂质。
药芯包含以下成分：天然金红石4.25-5.85重量份、石英砂0.8-1.9重量份、钛酸钠0.7-1.8重量份、氟化钠0.25-0.3重量份、煅烧α氧化铝0.125-0.275重量份、氮化铬铁0.025-0.15重量份、喷雾硅铁0.085-0.05重量份、电解锰1.05-1.45重量份、金属铬3.6-4.85重量份、雾化铁粉6.42-6.85重量份、镍粉1.9-2.5重量份、钼铁1.0-1.35重量份。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
选取76kg的超低碳不锈钢钢带，以质量百分比计，所述超低碳不锈钢钢带包含以下成分(wt％)：c0.0093、mn1.16、si0.32、cr18.65、ni10.84、cu0.006、s0.003、p0.011、n0.021、mo2.55，余量为fe和不可避免的杂质。
药芯中各组分的重量如下：tio296.52wt％、s0.022wt％、p0.027wt％的天然金红石5.85kg；含sio299.4wt％、al2o30.33wt％、s0.019wt％、p0.023wt％的石英砂0.8kg；含tio272.7wt％、nao216.8wt％、s0.025wt％、p0.034％的钛酸钠1.3kg；含naf99.6wt％的氟化钠0.25kg；含al2o398.2wt％、s≤0.017wt％、p≤0.24wt％的煅烧α氧化铝0.125kg；含cr62.4wt％、n7.4wt％、c0.044wt％、s0.023wt％、p0.027wt％的氮化铬铁0.025kg；含si45.0wt％、c0.087wt％、s0.011wt％、p0.031wt％的喷雾硅铁0.05kg；含mn99.7wt％、c0.035wt％、s0.017wt％、p0.017wt％的电解锰1.05kg；含cr98.9wt％、c0.012wt％、s0.016wt％、p0.008wt％的金属铬4.25kg；含fe98.9wt％、c0.026wt％、s0.015wt％、p0.014wt％的雾化铁粉6.65kg；含ni99.7wt％、c0.008wt％、s0.007wt％、p0.007wt％的镍粉1.9kg；含mo61.3wt％、c0.011wt％、s0.007wt％、p0.046wt％的钼铁1.15kg。
按照配比将上述药芯的各组分混合均匀得到药芯，将上述药芯在200～250℃条件下保温2～4小时并在搅拌均匀后采用精密成型工艺将药芯包裹在超低碳不锈钢钢带中，通过纯crd精确拉拔减径至规定的焊丝直径，再进行在线退火消除加工硬化和将焊丝表面油污碳化后予以清洁处理，随后在焊丝表面均匀涂覆一层润滑剂以保证焊丝的送丝性能，最后经过密排层绕制成1#药芯焊丝。
将上述1#药芯焊丝按照gb/t17853-1999、awsa5.22进行焊接工艺评定和熔敷金属焊接试验。焊接主体母材为sus316l的深冷低温储罐、容器。
焊接工艺评定结果如下：1#药芯焊丝的焊接电弧稳定、焊缝尺寸规则成形美观、飞溅少、脱渣良好、熔敷效率为89.72％。
熔敷金属的成分为：c0.016wt％、mn0.98wt％、si0.35wt％、s0.0037wt％、p0.013wt％、cr17.36wt％、ni12.75wt％、mo2.68wt％、n0.10wt％、cu0.012wt％，余量为fe和不可避免的杂质。
熔敷金属的力学性能：(1)在常温下的x射线探伤等级为i级，抗拉强度rm563mpa，延伸率a37％；(2)按照gb/t4334-2008e法，不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法测定该药芯焊丝焊缝金属无晶间腐蚀倾向；(3)-196℃冲击功kv245j，-196℃侧向膨胀量le0.53mm；在低温时有良好的延伸塑性和较佳的低温冲击韧性。
实施例2：
本实施例除药芯中各组分的重量不同外，其余条件及制造过程与实施例1均相同，得到2#药芯焊丝。
其中，本实施例选取超低碳不锈钢钢带76kg，取药芯，药芯中各组分的重量如下：含tio296.52wt％、s0.022wt％、p0.027wt％的天然金红石4.9kg；含sio299.4wt％、al2o30.33wt％、s0.019wt％、p0.023wt％的石英砂1.2kg；含tio272.7wt％、nao216.8wt％、s0.025wt％、p0.034％的钛酸钠0.7kg；含naf99.6wt％的氟化钠0.25kg；含al2o398.2wt％、s≤0.017wt％、p≤0.24wt％的煅烧α氧化铝0.21kg；含cr62.4wt％、n7.4wt％、c0.044wt％、s0.023wt％、p0.027wt％的氮化铬铁0.15kg；含si45.0wt％、c0.087wt％、s0.011wt％、p0.031wt％的喷雾硅铁0.04kg；含mn99.7wt％、c0.035wt％、s0.017wt％、p0.017wt％的电解锰1.45kg；含cr98.9wt％、c0.012wt％、s0.016wt％、p0.008wt％的金属铬4.85kg；含fe98.9wt％、c0.026wt％、s0.015wt％、p0.014wt％的雾化铁粉6.85kg；含ni99.7wt％、c0.008wt％、s0.007wt％、p0.007wt％的镍粉1.9kg；含mo61.3wt％、c0.011wt％、s0.007wt％、p0.046wt％的钼铁1.0kg。
将上述2#药芯焊丝按照gb/t17853-1999、awsa.22进行焊接工艺评定和熔敷金属焊接试验。
焊接工艺评定结果如下：2#药芯焊丝的焊接电弧稳定、焊缝尺寸规则成形美观、飞溅少、脱渣良好、熔敷效率为90.87％。熔敷金属的成分为：c0.018wt％、mn1.23wt％、si0.31wt％、s0.0037wt％、p0.013wt％、cr17.84wt％、ni13.11wt％、mo2.45wt％、n0.11wt％、cu0.012wt％以及余量的fe和不可避免的杂质。熔敷金属的力学性能：(1)在常温下的x射线探伤等级为i级，抗拉强度rm572mpa，延伸率a36％；(2)按照gb/t4334-2008e法，不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法测定该药芯焊丝焊缝金属无晶间腐蚀倾向；(3)-196℃冲击功kv246j，-196℃侧向膨胀量le0.52mm；在低温时有良好的延伸塑性和较佳的低温冲击韧性。
实施例3：
本实施例除药芯中各组分的重量不同外，其余条件及制造过程与实施例1均相同，得到3#药芯焊丝。
其中，本实施例选取超低碳不锈钢钢带76kg，取药芯，药芯中各组分的重量如下：含tio296.52wt％、s0.022wt％、p0.027wt％的天然金红石4.25kg；含sio299.4wt％、al2o30.33wt％、s0.019wt％、p0.023wt％的石英砂1.9kg；含tio272.7wt％、nao216.8wt％、s0.025wt％、p0.034％的钛酸钠1.8kg；含naf99.6wt％的氟化钠0.3kg；含al2o398.2wt％、s≤0.017wt％、p≤0.24wt％的煅烧α氧化铝0.275kg；含cr62.4wt％、n7.4wt％、c0.044wt％、s0.023wt％、p0.027wt％的氮化铬铁0.12kg；含si45.0wt％、c0.087wt％、s0.011wt％、p0.031wt％的喷雾硅铁0.085kg；含mn99.7wt％、c0.035wt％、s0.017wt％、p0.017wt％的电解锰1.4kg；含cr98.9wt％、c0.012wt％、s0.016wt％、p0.008wt％的金属铬3.6kg；含fe98.9wt％、c0.026wt％、s0.015wt％、p0.014wt％的雾化铁粉6.42kg；含ni99.7wt％、c0.008wt％、s0.007wt％、p0.007wt％的镍粉2.5kg；含mo61.3wt％、c0.011wt％、s0.007wt％、p0.046wt％的钼铁1.35kg。
将上述3#药芯焊丝按照gb/t17853-1999、awsa5.22进行焊接工艺评定和熔敷金属焊接试验。
焊接工艺评定结果如下：3#药芯焊丝的焊接电弧稳定、焊缝尺寸规则成形美观、飞溅少、脱渣良好、熔敷效率为91.51％。熔敷金属的成分为：c0.019wt％、mn1.33wt％、si0.35wt％、s0.0027wt％、p0.013wt％、cr17.96wt％、ni13.63wt％、mo2.42wt％、n0.08wt％、cu0.015wt％以及余量的fe和不可避免的杂质。
熔敷金属的力学性能：(1)在常温下的x射线探伤等级为i级，抗拉强度rm577mpa，延伸率a38％；(2)按照gb/t4334-2008e法，不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法测定该药芯焊丝焊缝金属无晶间腐蚀倾向；(3)-196℃冲击功kv248j，-196℃侧向膨胀量le0.72mm；在低温时有良好的延伸塑性和较佳的低温冲击韧性。
综上所述，本发明研发的一种用于焊接sus316l奥氏体不锈钢深冷低温储运容器、设备的药芯焊丝同时满足gb/t17853标准、awsa5.22标准中e316lt1-1型药芯焊丝相应技术要求，且在深冷低温条件下具有较高强度和极优良低温塑性和韧性，可用于焊接sus316l奥氏体不锈钢深冷低温储运容器、设备(lng储罐、lng运输船、lng卫星站、lng罐车，超低温冰箱、超低温冷冻设备等)。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。