本发明属于焊接材料及其制备方法技术领域，具体涉及一种51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，本发明还涉及该药芯焊丝的制备方法。
背景技术：
弹簧钢为一类重要的建设钢材原料，其适用领域非常广泛，包括火车、汽车等基础设施。自从我国铁路车辆提出了“提速、重载、安全”的要求以来，在过去的几年里我国将铁路路线扩张了20000公里，其中13000公里的设计时速达350km。汽车行业同样是弹簧钢下游产业的主体，每年制造汽车所需要的弹簧杆成品大概份额是总量的六成以上。
51crv4弹簧钢属于碳含量范围处于0.5％～0.7％的中碳钢，其主要是由c：0.47～0.55、s：≤0.025、si：≤0.4、mn：0.7～1.1、p：≤0.025、cr：0.9～1.2、v：0.1～0.25、cu+sn：cu+sn≤0.6的组成。目前51crv4弹簧钢广泛应用于铁路建设、汽车制造，具有良好的力学性能和工艺性能，淬透性较高等优点。在工业应用中，经调制处理(淬火+回火)使其获得优良的强韧性匹配。弹簧钢的优良性能主要取决于合金中各种元素的取长补短，主加元素为mn、cr、si等增大钢的淬透性和提高钢的综合力学性能。在此基础上辅加元素v等碳化物形成元素，起着降低热敏感性与回火脆性，消除某些冶金缺陷，进一步提高淬透性，与此同时v还阻止α相的再结晶，能保持细小的晶粒，使α相也能保持足够的强度。
目前，市场上51crv4弹簧钢的匹配焊材种类稀少，而且冲击韧性较差，往往导致其在工程应用中失效。另外关于51crv4弹簧钢焊接问题仅有少量焊接工艺方面的报道，尚未见关于其熔焊自保护型药芯焊丝的报道。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，该药芯焊丝在焊接过程中飞溅少、焊缝成型规整美观且具有良好的焊接工艺性能。
本发明的另一个目的是提供51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：锰粉8％-12％，铬粉6％-10％，钒粉2％-5％，硅粉1％-2％，氟化钡28％-33％，大理石7％-10％，铝镁合金6％-11％，金红石10％-13％，石英砂10％-15％，以上组分质量百分比之和为100％。
本发明的特点还在于，
焊皮为低碳钢钢带。
焊丝中的药芯粉末的填充量为20wt％-30wt％。
本发明所采用的另一个技术方案是，51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取锰粉8％-12％，铬粉6％-10％，钒粉2％-5％，硅粉1％-2％，氟化钡28％-33％，大理石7％-10％，铝镁合金6％-11％，金红石10％-13％，石英砂10％-15％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的氟化钡、大理石、铝镁合金、石英砂混合得到混合药粉a，向混合药粉a中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，然后放置于加热炉中烧结，碾碎、过筛，得到混合药粉b；
步骤3，将步骤1称取的锰粉、铬粉、钒粉、硅粉、金红石粉与步骤2得到的混合药粉b混合均匀，置于真空烘干炉中烘干，得到药芯粉末；
步骤4，通过药芯焊丝制丝机把步骤3得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，得到焊丝半成品，然后进行第一道拉拔工序，第一道拉拔工序采用的磨具孔径为2.6mm，第一道拉拔工序前用丙酮将低碳钢钢带擦拭干净；
步骤5：第一道拉拔工序完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm进行后序拉拔，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.2mm；
步骤6：焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，用绕丝机将得到的药芯焊丝缠绕在焊丝盘上待用。
本发明的特点还在于，
步骤2中：烧结温度为650℃-750℃，烧结时间为4h-6h，过筛粒度60目-140目。
步骤2中：混合药粉a与水玻璃粘结剂的质量比为5:1。
步骤3中：烘干温度为200℃-250℃，烘干时间为2h。
步骤4中：低碳钢钢带的宽度为7mm，厚度为0.3mm。
步骤4中：焊丝中药芯粉末的的填充量为20wt％-30wt％。
本发明的有益效果是：
(1)本发明51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝和合金钢焊条、实心焊丝相比，具有焊接飞溅少、焊缝成型美观、良好焊接工艺性能的优点，可用于连续送丝自动焊机，具有节约保护气体和较高的生产线率；利用矿物渣系产生熔渣和保护气体，使焊接时形成的熔池得到保护，起到了自保护的作用；
(2)本发明51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝的制备方法简单，操作方便，适用性强，可用于批量化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：锰粉8％-12％，铬粉6％-10％，钒粉2％-5％，硅粉1％-2％，氟化钡28％-33％，大理石7％-10％，铝镁合金6％-11％，金红石10％-13％，石英砂10％-15％，以上组分质量百分比之和为100％；焊皮为低碳钢钢带；焊丝中的药芯粉末的填充量为20wt％-30wt％。
本发明药芯焊丝中各组分的作用和功能如下：
铬的作用主要是增加焊缝的淬透性，作用机理是cr元素溶入奥氏体后，使得珠光体转变c曲线显著右移，甚至珠光体转变的c曲线在图上消失，其特点是在珠光体转变区，过冷奥氏体具有十分高的稳定性，降低了临界冷却速度，从而提高焊缝的淬透性；
钒是碳化物形成元素，起着降低热敏感性与回火脆性，消除某些冶金缺陷，进一步提高淬透性，与此同时还能细化晶粒，从而提高焊缝的强度；
硅在钢中不形成碳化物，而是以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中。
锰是较好的脱氧剂和脱硫剂，在钢中添加适量mn能够显著提高钢的淬透性。锰对钢的硬度和冲击韧性影响也很大，硬度随锰含量的提高而上升，冲击韧度则随之下降。锰既可以和铁形成固溶体，从而提高钢的硬度和强度；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。此外，锰在钢中可以降低临界转变温度，起到细化珠光体的作用。
氟化钡的加入比较容易获得理想的气保护和渣保护气氛，能起到很好的造渣、造气和去氢的作用，另外baf2还具有更好的脱磷作用；
大理石主要成分为caco3，其不存在融化相，在电弧空间能直接由固相分解，形成cao和大量的co2气体，一方面可以提高熔渣碱度、净化焊缝，另一方面生成的气体能够包围在焊接反应区外，将熔熔池与有害的空气隔离开，起到有效的气体保护作用；
铝和镁都是很好的脱氧剂，在自保护药芯焊丝中加入适量的al和mg可以起到很好的先期脱氧以及固氮的作用，其氧化反应产物al2o3和mgo是作为重要的中性氧化物和碱性氧化物，能够调节熔渣的碱度，改善焊丝的工艺性能；
金红石的加入，可以使焊丝药芯在焊接熔化的过程中实现“短渣”的特性，由于tio2在焊接高温下粘度较低，对焊缝熔态金属的铺展十分有利，而当电弧移开某一区域，这一区域tio2的粘度将急剧增加，从而可以有效保证焊丝对全位置立向下的焊接的适应性。同时金红石还可以起到稳定电弧的作用；
石英砂主要用作造渣剂，另外可与氧化铁反应可以脱去焊缝中的气体，并加速焊速。
51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取锰粉8％-12％，铬粉6％-10％，钒粉2％-5％，硅粉1％-2％，氟化钡28％-33％，大理石7％-10％，铝镁合金6％-11％，金红石10％-13％，石英砂10％-15％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的氟化钡、大理石、铝镁合金、石英砂混合得到混合药粉a，向混合药粉a中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，混合药粉a与水玻璃粘结剂的质量比为5:1，然后放置于加热炉中烧结，碾碎、过筛，得到混合药粉b，其中，烧结温度为650℃-750℃，烧结时间为4h-6h，过筛粒度60目-140目；
步骤3，将步骤1称取的锰粉、铬粉、钒粉、硅粉、金红石粉与步骤2得到的混合药粉b混合均匀，置于真空烘干炉中烘干，得到药芯粉末，其中，烘干温度为200℃-250℃，烘干时间为2h；
步骤4，通过药芯焊丝制丝机把步骤3得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内，焊丝中药芯粉末的的填充量为20wt％-30wt％，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，得到焊丝半成品，然后进行第一道拉拔工序，第一道拉拔工序采用的磨具孔径为2.6mm，第一道拉拔工序前用丙酮将低碳钢钢带擦拭干净，其中，低碳钢钢带的宽度为7mm，厚度为0.3mm；
步骤5：第一道拉拔工序完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm进行后序拉拔，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.2mm；
步骤6：焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，用绕丝机将得到的药芯焊丝缠绕在焊丝盘上待用。
实施例1
51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取锰粉12％，铬粉8％，钒粉4％，硅粉：1％，氟化钡32％，大理石10％，铝镁合金10％，金红石13％，石英砂10％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的氟化钡、大理石、铝镁合金、石英砂混合得到混合药粉a，向混合药粉a中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，混合药粉a与水玻璃粘结剂的质量比为5:1，然后放置于加热炉中烧结，碾碎、过筛，得到混合药粉b，其中，烧结温度为750℃，烧结时间为5.5h，过筛粒度60目-140目；
步骤3，将步骤1称取的锰粉、铬粉、钒粉、硅粉、金红石粉与步骤2得到的混合药粉b混合均匀，置于真空烘干炉中烘干，得到药芯粉末，其中，烘干温度为250℃，烘干时间为2h；
步骤4，通过药芯焊丝制丝机把步骤3得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内，焊丝中药芯粉末的的填充量为20wt％，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，得到焊丝半成品，然后进行第一道拉拔工序，第一道拉拔工序采用的磨具孔径为2.6mm，第一道拉拔工序前用丙酮将低碳钢钢带擦拭干净，其中，低碳钢钢带的宽度为7mm，厚度为0.3mm；
步骤5：第一道拉拔工序完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm进行后序拉拔，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.2mm；
步骤6：焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，用绕丝机将得到的药芯焊丝缠绕在焊丝盘上待用。
实施例1制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(fcaw-s)。焊接条件为：焊接电流为190-240a，焊接电压为21-25.0v。经测试，焊接接头的抗拉强度为1035mpa，屈服极限为569mpa，延伸率15.4％，断面收缩率62％，冲击功为84j。性能符合51crv4弹簧钢的使用要求。
实施例2
51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取锰粉12％，铬粉6％，钒粉3.5％，硅粉1.5％，氟化钡29％，大理石9％，铝镁合金11％，金红石13％，石英砂15％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的氟化钡、大理石、铝镁合金、石英砂混合得到混合药粉a，向混合药粉a中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，混合药粉a与水玻璃粘结剂的质量比为5:1，然后放置于加热炉中烧结，碾碎、过筛，得到混合药粉b，其中，烧结温度为650℃，烧结时间为4h，过筛粒度60目-140目；
步骤3，将步骤1称取的锰粉、铬粉、钒粉、硅粉、金红石粉与步骤2得到的混合药粉b混合均匀，置于真空烘干炉中烘干，得到药芯粉末，其中，烘干温度为225℃，烘干时间为2h；
步骤4，通过药芯焊丝制丝机把步骤3得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内，焊丝中药芯粉末的的填充量为23wt％，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，得到焊丝半成品，然后进行第一道拉拔工序，第一道拉拔工序采用的磨具孔径为2.6mm，第一道拉拔工序前用丙酮将低碳钢钢带擦拭干净，其中，低碳钢钢带的宽度为7mm，厚度为0.3mm；
步骤5：第一道拉拔工序完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm进行后序拉拔，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.2mm；
步骤6：焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，用绕丝机将得到的药芯焊丝缠绕在焊丝盘上待用。
实施例2制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(fcaw-s)。焊接条件为：焊接电流为190-240a，焊接电压为21-25.0v。经测试，焊接接头的抗拉强度为1125mpa，屈服极限为549mpa，延伸率17％，断面收缩率65％，冲击功为89j。性能符合51crv4弹簧钢的使用要求。
实施例3
51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取锰粉11％，铬粉10％，钒粉5％，硅粉2％，氟化钡28％，大理石10％，铝镁合金6％，金红石13％，石英砂15％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的氟化钡、大理石、铝镁合金、石英砂混合得到混合药粉a，向混合药粉a中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，混合药粉a与水玻璃粘结剂的质量比为5:1，然后放置于加热炉中烧结，碾碎、过筛，得到混合药粉b，其中，烧结温度为670℃，烧结时间为6h，过筛粒度60目-140目；
步骤3，将步骤1称取的锰粉、铬粉、钒粉、硅粉、金红石粉与步骤2得到的混合药粉b混合均匀，置于真空烘干炉中烘干，得到药芯粉末，其中，烘干温度为230℃，烘干时间为2h；
步骤4，通过药芯焊丝制丝机把步骤3得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内，焊丝中药芯粉末的的填充量为30wt％，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，得到焊丝半成品，然后进行第一道拉拔工序，第一道拉拔工序采用的磨具孔径为2.6mm，第一道拉拔工序前用丙酮将低碳钢钢带擦拭干净，其中，低碳钢钢带的宽度为7mm，厚度为0.3mm；
步骤5：第一道拉拔工序完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm进行后序拉拔，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.2mm；
步骤6：焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，用绕丝机将得到的药芯焊丝缠绕在焊丝盘上待用。
实施例3制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(fcaw-s)。焊接条件为：焊接电流为190-240a，焊接电压为21-25.0v。经测试，焊接接头的抗拉强度为1145mpa，屈服极限为589mpa，延伸率16.8％，断面收缩率63％，冲击功为86j。性能符合51crv4弹簧钢的使用要求。
实施例4
51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取锰粉12％，铬粉8％，钒粉2％，硅粉1％，氟化钡33％，大理石10％，铝镁合金9％，金红石10％，石英砂15％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的氟化钡、大理石、铝镁合金、石英砂混合得到混合药粉a，向混合药粉a中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，混合药粉a与水玻璃粘结剂的质量比为5:1，然后放置于加热炉中烧结，碾碎、过筛，得到混合药粉b，其中，烧结温度为720℃，烧结时间为5h，过筛粒度60目-140目；
步骤3，将步骤1称取的锰粉、铬粉、钒粉、硅粉、金红石粉与步骤2得到的混合药粉b混合均匀，置于真空烘干炉中烘干，得到药芯粉末，其中，烘干温度为220℃，烘干时间为2h；
步骤4，通过药芯焊丝制丝机把步骤3得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内，焊丝中药芯粉末的的填充量为25wt％，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，得到焊丝半成品，然后进行第一道拉拔工序，第一道拉拔工序采用的磨具孔径为2.6mm，第一道拉拔工序前用丙酮将低碳钢钢带擦拭干净，其中，低碳钢钢带的宽度为7mm，厚度为0.3mm；
步骤5：第一道拉拔工序完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm进行后序拉拔，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.2mm；
步骤6：焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，用绕丝机将得到的药芯焊丝缠绕在焊丝盘上待用。
实施例4制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(fcaw-s)。焊接条件为：焊接电流为190-240a，焊接电压为21-25.0v。经测试，焊接接头的抗拉强度为1098mpa，屈服极限为553mpa，延伸率18.5％，断面收缩率67％，冲击功为82j。性能符合51crv4弹簧钢的使用要求。
实施例5
51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取锰粉8％，铬粉10％，钒粉5％，硅粉2％，氟化钡33％，大理石7％，铝镁合金10％，金红石12％，石英砂13％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的氟化钡、大理石、铝镁合金、石英砂混合得到混合药粉a，向混合药粉a中加入水玻璃粘结剂并混合均匀，混合药粉a与水玻璃粘结剂的质量比为5:1，然后放置于加热炉中烧结，碾碎、过筛，得到混合药粉b，其中，烧结温度为700℃，烧结时间为4.5h，过筛粒度60目-140目；
步骤3，将步骤1称取的锰粉、铬粉、钒粉、硅粉、金红石粉与步骤2得到的混合药粉b混合均匀，置于真空烘干炉中烘干，得到药芯粉末，其中，烘干温度为240℃，烘干时间为2h；
步骤4，通过药芯焊丝制丝机把步骤3得到的药芯粉末包裹在低碳钢钢带内，焊丝中药芯粉末的的填充量为28wt％，并采用成型机将低碳钢钢带闭合，得到焊丝半成品，然后进行第一道拉拔工序，第一道拉拔工序采用的磨具孔径为2.6mm，第一道拉拔工序前用丙酮将低碳钢钢带擦拭干净，其中，低碳钢钢带的宽度为7mm，厚度为0.3mm；
步骤5：第一道拉拔工序完毕后，将磨具孔径依次换至2.3mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.42mm、1.34mm、1.28mm、1.24mm进行后序拉拔，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.2mm；
步骤6：焊丝拉拔完毕后，用蘸有丙酮的棉布去除药芯焊丝表面的油污，得到51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝，用绕丝机将得到的药芯焊丝缠绕在焊丝盘上待用。
实施例5制得的药芯焊丝适用于药芯焊丝电弧焊(fcaw-s)。焊接条件为：焊接电流为190-240a，焊接电压为21-25.0v。经测试，焊接接头的抗拉强度为1210mpa，屈服极限为596mpa，延伸率19.8％，断面收缩率69％，冲击功为88j。性能符合51crv4弹簧钢的使用要求。
本发明51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝和合金钢焊条、实心焊丝相比，具有焊接飞溅少、焊缝成型美观、良好焊接工艺性能的优点，可用于连续送丝自动焊机，具有节约保护气体和较高的生产线率；利用矿物渣系产生熔渣和保护气体，使焊接时形成的熔池得到保护，起到了自保护的作用；本发明51crv4弹簧钢用自保护型药芯焊丝的制备方法简单，操作方便，适用性强，可用于批量化生产。