本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种焊丝，特别涉及一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝及其制备方法。
背景技术
现在我国正处于快速发展时期，钢铁行业也迎来了发展的春天。不锈钢作为钢铁行业中的新材，现已广泛应用于石油、化工、轻工、食品、酿酒、制药、家电、水电、机械、建筑、市政和各种民用器具中。不锈钢在工业领域中的强劲增势，必将带动不锈钢焊丝的增长。不锈钢焊材发展至今已取得了重要的成果，不锈钢药芯焊丝的产量逐年增加，市场对高端产品的需求也越来越大。与传统的手工焊条、镀铜实芯焊丝、埋弧焊剂相比，采用不锈钢药芯焊丝进行焊接具有明显的优势，其一，焊接过程更加连续，而且可以实现自动焊接，从而减少了焊接接头，极大的提高了生产效率，是手工电弧焊的3-4倍，焊接质量好，节约了能源，降低了综合成本；其二，不锈钢药芯焊丝不存在发热和发红现象，且飞溅极小，焊缝光亮呈银白色，焊后一般不需要酸洗、打磨和抛光；其三，药芯焊丝中的药粉都经过高温烘焙，水分极少，焊接之前不需要烘干，气孔敏感性较低。所以不锈钢药芯焊丝广泛应用于造船、石化、压力容器、钢结构和工程机械等行业。
高端不锈钢药芯焊丝产品的特点是低烟尘、低毒性、成形美观、颜色纯正。目前焊接加工后焊缝具有美观颜色的奥氏体不锈钢药芯焊丝是高端不锈钢焊材的主要标志，不锈钢药芯焊丝不仅具有优异的焊接工艺性能，更要满足高端产品对于焊缝表面颜色的要求。在不锈钢药芯焊丝焊接接头的耐蚀性、热裂纹敏感性、脆化倾向、气孔倾向等方面取得了可喜的成果，而对焊后焊缝表面产生的氧化色(即焊丝的抗氧化色性能)几乎没有研究。大部分奥氏体不锈钢药芯焊丝焊缝表面抗氧化色性能差，焊后焊缝表面易出现杂乱分布的不同氧化颜色，这不仅影响美观，而且容易腐蚀，导致耐久性明显下降，采用酸洗钝化工艺不仅恶化环境，而且耗时、增加成本。最佳焊缝表面是银白色，最差的是蓝黑色，严重的焊缝氧化还会降低耐腐蚀。因此，研制一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝具有重要意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决现有技术问题，提供一种具有极佳的焊接工艺性能和抗氧化色性能，焊缝成型美观的二氧化碳或混合气体保护用的一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝。该焊丝在保证焊丝熔敷金属化学成分、力学性能、耐腐蚀性能满足相关国家标准要求的情况下，焊后焊缝的表面颜色为银白色，以满足高端药芯焊丝的需求，避免了焊后对焊缝表面的去氧化色处理，进一步提高了焊接的生产效率。
本发明的另一目的是提供一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝，由焊芯和药皮构成，药皮包裹焊丝，粘连剂将药皮粘结在焊芯周围，该药皮焊丝的各成份分别如下：
粘连剂成份：由钾水玻璃和钠水玻璃按质量比为1-3：1混合而成；其中钾水玻璃波美度为0.44-46，模数2.7-2.9，氧化钾质量百分含量为14-17％，其中二氧化硅质量百分含量为28.0-31.0％，其余为水；钠水玻璃波美度为0.44-0.46，模数2.2-2.5，其中二氧化硅质量百分含量为25.7-26.0％，氧化钠质量百分含量为12.8-13％，其余为水；
焊丝成份：各化学成份的质量百分含量为：c0-0.04％、si0.5-1％、co0.05-0.1％，tc5-8％、zr2-6％、mn0.5-1.0％、cr15-20％、ti0.2-0.3％、ni5.5-6.5％、s0-0.015％、p0-0.02％，其余为fe及其他不可避免的杂质元素，各组分的质量百分比之和为100％；
药皮成份：各化学成份的质量百分含量为：稳弧剂10-15％，造渣剂25-35％，锆铁合金5-8％，铬铁合金15-20％，多元合金粉15-20％，其余为碳酸钙。
进一步，上述所述药皮成份与粘连剂的质量比为100：10-15；所述焊丝的直径为2-3.5mm；药皮的厚度为1-3mm。
进一步，上述所述的稳弧剂由k4o4ti、na2o和na3alf6按质量比7-5:2-1:1组成，且该稳弧剂含水量≤400ppm。
进一步，上述所述造渣剂按质量百分比计含有45-55％的金红石、10-20％的锆英砂、20-45％的石英。
进一步，上述所述的多元合金中锌的含量为5-10％、镁的含量为39-43％、铝的含量35-45、钕的含量为5-15％、锡的含量1-2％。
进一步，一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)粘连剂准备：按上述质量比称取粘连剂组份，搅拌混合均匀，待用；
(2)将金红石、锆英砂、石英在混粉机中进行干混处理后放进喷雾式造粒机中，用水做粘结剂进行造粒，颗粒粒径控制在3-5mm；
(3)药皮混料：按照上述质量比与步骤(2)的混料进行配料，原料的纯度均大于99.9％；将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1550-1580℃，得到母合金液；然后将母合金液冷却处理装置得到带材，将得到的带材放入球磨机中研磨20-24小时，得到多元药皮合金粉；将合金粉与上述步骤(1)准备的粘连剂混合均匀，形成药皮料泥，其中药皮成份与上述粘接剂的重量比为100：10-15；
(4)焊芯制备：按照上述质量比进行配料，所有原料纯度均大于99.9％；各原料在感应炉中熔炼，然后浇注成柱状毛坯，通过热拔方法形成焊丝；
(5)将步骤(2)混好的药皮料泥沿焊芯长度方向均匀分布涂在焊丝上；控制好厚度，药皮料泥与焊丝的重量比为1：1.5-2；焊条经24h晾干，然后再放入烘箱内烘烤即得到一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝。
进一步，上述所述步骤(3)中的多元药皮合金粉的粒径为80-120目。
进一步，上述所述步骤(4)中熔炼温度为1600-1610℃，柱状毛坯的直径为12-18mm，热拔温度为1365-1380℃。
进一步，上述所述步骤(5)中烘烤温度为220-250℃，烘烤时间3-5h。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明的一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝，焊丝在不锈钢熔覆后能够形成致密的保护层，阻止氧气与合金中金属成分的结合，使得焊缝白面仍为银白色，抗氧化性优良，焊后的焊缝表面无需进行后续的去氧化色处理。
(2)本发明的一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝，粘连剂选用钾水玻璃和钠水玻璃的组合物，可以有效抑制药皮发红、开裂、提高工艺稳定性。
(3)本发明的一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝，药皮中的氟铝酸钠为稀渣剂，稀释熔渣，以增加其活性；铬铁合金、锆铁合金为合金剂，增加焊缝强度；多元合金既可以晶化合金相，又是良好的脱氧剂；焊接时电弧稳定，操作容易，焊缝成型好无氧化色，脱渣方便。
(4)本发明的一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝生产工艺简单，成本较低，效率高，可连续化和规模化生产。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝，由焊芯和药皮构成，药皮包裹焊丝，粘连剂将药皮粘结在焊芯周围，该药皮焊丝的各成份分别如下：
粘连剂成份：由钾水玻璃和钠水玻璃按质量比为1：1混合而成；其中钾水玻璃波美度为0.44，模数2.7，氧化钾质量百分含量为14％，其中二氧化硅质量百分含量为28.0％，其余为水；钠水玻璃波美度为0.44，模数2.2，其中二氧化硅质量百分含量为25.7％，氧化钠质量百分含量为12.8％，其余为水；
焊丝成份：各化学成份的质量百分含量为：c0.04％、si0.5％、co0.05％，tc5％、zr2％、mn1.0％、cr15％、ti0.3％、ni5.5％、s0.015％、p0.02％，其余为fe及其他不可避免的杂质元素，各组分的质量百分比之和为100％；
药皮成份：各化学成份的质量百分含量为：由k4o4ti、na2o和na3alf6按质量比7:1:1组成稳弧剂12％，造渣剂30％，锆铁合金5％，铬铁合金20％，多元合金粉20％，其余为碳酸钙，所述造渣剂按质量百分比计含有45％的金红石、20％的锆英砂、35％的石英，所述的多元合金中锌的含量为5％、镁的含量为43％、铝的含量45、钕的含量为5％、锡的含量2％。
进一步，一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)粘连剂准备：按上述质量比称取粘连剂组份，搅拌混合均匀，待用；
(2)将金红石、锆英砂、石英在混粉机中进行干混处理后放进喷雾式造粒机中，用水做粘结剂进行造粒，颗粒粒径控制在3mm；
(3)药皮混料：按照上述质量比与步骤(2)的混料进行配料，原料的纯度均大于99.9％；将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1550℃，得到母合金液；然后将母合金液冷却处理装置得到带材，将得到的带材放入球磨机中研磨24小时，得到粒径为80目多元药皮合金粉；将合金粉与上述步骤(1)准备的粘连剂混合均匀，形成药皮料泥，其中药皮成份与上述粘接剂的重量比为100：10；
(4)焊芯制备：按照上述质量比进行配料，所有原料纯度均大于99.9％；各原料在感应炉中温度为1600℃熔炼，然后浇注成直径为18mm的柱状毛坯，通过温度为1365℃热拔方法形成焊丝；
(5)将步骤(2)混好的药皮料泥沿焊芯长度方向均匀分布涂在焊丝上；控制好厚度，药皮料泥与焊丝的重量比为1：1.5；焊条经24h晾干，然后再放入烘箱内温度为220℃烘烤5h即得到直径为2mm；药皮的厚度为1mm的焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝。
实施例2
一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝，由焊芯和药皮构成，药皮包裹焊丝，粘连剂将药皮粘结在焊芯周围，该药皮焊丝的各成份分别如下：
粘连剂成份：由钾水玻璃和钠水玻璃按质量比为2：1混合而成；其中钾水玻璃波美度为45，模数2.8，氧化钾质量百分含量为15％，其中二氧化硅质量百分含量为30％，其余为水；钠水玻璃波美度为0.45，模数2.4，其中二氧化硅质量百分含量为25.9％，氧化钠质量百分含量为12.9％，其余为水；
焊丝成份：各化学成份的质量百分含量为：c0.03％、si0.8％、co0.08％，tc6％、zr4％、mn0.8％、cr18％、ti0.25％、ni6.0％、s0.010％、p0.01％，其余为fe及其他不可避免的杂质元素，各组分的质量百分比之和为100％；
药皮成份：各化学成份的质量百分含量为：由k4o4ti、na2o和na3alf6按质量比6:2:1组成稳弧剂10％，造渣剂25％，锆铁合金7％，铬铁合金15％，多元合金粉15％，其余为碳酸钙，所述造渣剂按质量百分比计含有55％的金红石、10％的锆英砂、35％的石英，所述的多元合金中锌的含量为10％、镁的含量为39％、铝的含量45、钕的含量为5％、锡的含量1％。
进一步，一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)粘连剂准备：按上述质量比称取粘连剂组份，搅拌混合均匀，待用；
(2)将金红石、锆英砂、石英在混粉机中进行干混处理后放进喷雾式造粒机中，用水做粘结剂进行造粒，颗粒粒径控制在4mm；
(3)药皮混料：按照上述质量比与步骤(2)的混料进行配料，原料的纯度均大于99.9％；将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1560℃，得到母合金液；然后将母合金液冷却处理装置得到带材，将得到的带材放入球磨机中研磨22小时，得到粒径为100目多元药皮合金粉；将合金粉与上述步骤(1)准备的粘连剂混合均匀，形成药皮料泥，其中药皮成份与上述粘接剂的重量比为100：12；
(4)焊芯制备：按照上述质量比进行配料，所有原料纯度均大于99.9％；各原料在感应炉中温度为1605℃熔炼，然后浇注成直径为14mm的柱状毛坯，通过温度为1370℃热拔方法形成焊丝；
(5)将步骤(2)混好的药皮料泥沿焊芯长度方向均匀分布涂在焊丝上；控制好厚度，药皮料泥与焊丝的重量比为1：1.8；焊条经24h晾干，然后再放入烘箱内温度为230℃烘烤4h即得到直径为3mm；药皮的厚度为2mm的焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝。
实施例3
一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝，由焊芯和药皮构成，药皮包裹焊丝，粘连剂将药皮粘结在焊芯周围，该药皮焊丝的各成份分别如下：
粘连剂成份：由钾水玻璃和钠水玻璃按质量比为3：1混合而成；其中钾水玻璃波美度为0.46，模数2.9，氧化钾质量百分含量为17％，其中二氧化硅质量百分含量为31.0％，其余为水；钠水玻璃波美度为0.46，模数2.5，其中二氧化硅质量百分含量为26.0％，氧化钠质量百分含量为13％，其余为水；
焊丝成份：各化学成份的质量百分含量为：c0.02％、si1％、co0.1％，tc8％、zr2-6％、mn1.0％、cr20％、ti0.3％、ni6.5％、s0.005％、p0.01％，其余为fe及其他不可避免的杂质元素，各组分的质量百分比之和为100％；
药皮成份：各化学成份的质量百分含量为：由k4o4ti、na2o和na3alf6按质量比5:1:1组成稳弧剂15％，造渣剂35％，锆铁合金8％，铬铁合金18％，多元合金粉15％，其余为碳酸钙，所述造渣剂按质量百分比计含有50％的金红石、20％的锆英砂、30％的石英，所述的多元合金中锌的含量为10％、镁的含量为39％、铝的含量40、钕的含量为10％、锡的含量1％。
进一步，一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)粘连剂准备：按上述质量比称取粘连剂组份，搅拌混合均匀，待用；
(2)将金红石、锆英砂、石英在混粉机中进行干混处理后放进喷雾式造粒机中，用水做粘结剂进行造粒，颗粒粒径控制在5mm；
(3)药皮混料：按照上述质量比与步骤(2)的混料进行配料，原料的纯度均大于99.9％；将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1580℃，得到母合金液；然后将母合金液冷却处理装置得到带材，将得到的带材放入球磨机中研磨24小时，得到粒径为120目多元药皮合金粉；将合金粉与上述步骤(1)准备的粘连剂混合均匀，形成药皮料泥，其中药皮成份与上述粘接剂的重量比为100：15；
(4)焊芯制备：按照上述质量比进行配料，所有原料纯度均大于99.9％；各原料在感应炉中温度为1610℃熔炼，然后浇注成直径为18mm的柱状毛坯，通过温度为1380℃热拔方法形成焊丝；
(5)将步骤(2)混好的药皮料泥沿焊芯长度方向均匀分布涂在焊丝上；控制好厚度，药皮料泥与焊丝的重量比为1：2；焊条经24h晾干，然后再放入烘箱内温度为250℃烘烤3h即得到直径为3.5mm；药皮的厚度为3mm的焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝。
实施例4
一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝，由焊芯和药皮构成，药皮包裹焊丝，粘连剂将药皮粘结在焊芯周围，该药皮焊丝的各成份分别如下：
粘连剂成份：由钾水玻璃和钠水玻璃按质量比为2：1混合而成；其中钾水玻璃波美度为0.44，模数2.8，氧化钾质量百分含量为15％，其中二氧化硅质量百分含量为28.0％，其余为水；钠水玻璃波美度为0.44，模数2.5，其中二氧化硅质量百分含量为26.0％，氧化钠质量百分含量为13％，其余为水；
焊丝成份：各化学成份的质量百分含量为：c0.01％、si0.8％、co0.05％，tc5％、zr6％、mn1.0％、cr15％、ti0.3％、ni6.5％、s0.015％，其余为fe及其他不可避免的杂质元素，各组分的质量百分比之和为100％；
药皮成份：各化学成份的质量百分含量为：由k4o4ti、na2o和na3alf6按质量比6:1:1组成稳弧剂10％，造渣剂35％，锆铁合金8％，铬铁合金15％，多元合金粉18％，其余为碳酸钙，所述造渣剂按质量百分比计含有45％的金红石、20％的锆英砂、35％的石英，所述的多元合金中锌的含量为5％、镁的含量为43％、铝的含量35、钕的含量为15％、锡的含量2％。
进一步，一种焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)粘连剂准备：按上述质量比称取粘连剂组份，搅拌混合均匀，待用；
(2)将金红石、锆英砂、石英在混粉机中进行干混处理后放进喷雾式造粒机中，用水做粘结剂进行造粒，颗粒粒径控制在3mm；
(3)药皮混料：按照上述质量比与步骤(2)的混料进行配料，原料的纯度均大于99.9％；将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1570℃，得到母合金液；然后将母合金液冷却处理装置得到带材，将得到的带材放入球磨机中研磨24小时，得到粒径为100目多元药皮合金粉；将合金粉与上述步骤(1)准备的粘连剂混合均匀，形成药皮料泥，其中药皮成份与上述粘接剂的重量比为100：12；
(4)焊芯制备：按照上述质量比进行配料，所有原料纯度均大于99.9％；各原料在感应炉中温度为1600℃熔炼，然后浇注成直径为18mm的柱状毛坯，通过温度为1365-1380℃热拔方法形成焊丝；
(5)将步骤(2)混好的药皮料泥沿焊芯长度方向均匀分布涂在焊丝上；控制好厚度，药皮料泥与焊丝的重量比为1：1.5；焊条经24h晾干，然后再放入烘箱内温度为220℃烘烤4h即得到直径为3mm；药皮的厚度为1mm的焊缝无氧化色铁素体不锈钢药皮焊丝。
性能测试:
使用实施例1-4获得的焊丝以及市售相同类型的焊丝a和b，进行焊接操作，评价电弧稳定性、熔渣剥离性、向上立焊位置的焊道形状。另外，作为焊接金属性能，评价抗拉强度、韧性、耐缺陷性、耐高温裂纹性、耐腐蚀性。
焊接操作性由向上立焊的角焊进行评价。具体来说，保护气体使用80％氩气-20％二氧化碳，以焊接电流(180-200a)、电弧电压(28-30v)进行焊接，评价焊接操作性。
焊接金属的抗拉强度、韧性，进行依据awsb4.0的试验来评价。
焊接金属的耐缺陷性，进行awsa5.11的rt试验来评价。
焊接金属的耐高温裂纹性，进行fisco裂纹试验，对于焊接之后的焊道表面立即实施浸透探伤试验，调查有无裂纹发生的进行评价。
焊接金属的耐腐蚀性使用satmg48c法进行评价。
评价基准如下：
电弧稳定性标准如下：
关于电弧稳定性，为喷射过渡，熔滴为小粒且飞溅少的为极其良好(□)，接近喷射过渡的熔滴过渡，飞溅比较少的为良好(〇)，为粗滴过渡，熔滴大且发生大量飞溅的为不良(×)。
熔渣剥离性标准：
关于熔渣剥离性，熔渣自然剥离的为极其良好(□)，用锤子轻轻敲打而剥离的为良好(〇)，熔渣热胶着在焊道表面而无法剥离的为不良(×)。
向上立焊位置的焊道形状：
关于向上立焊位置的焊道形状，满足awsa5.34的角焊缝的判定基准，且成为平坦的焊道形状的为极其良好(□)，满足a5.34的角焊缝的判定基准的为良好(〇)，不满足a5.34的角焊缝的判定基准的，成为凸的焊道的为不良(×)。
抗拉强度标准：
抗拉强度，能够得到700mpa以上的为极其良好(□)，650-700mpa为良好(〇)，低于650mpa的为不良(×)。
韧性标准：
关于韧性，以-196℃的摆锤冲击试验评价。吸收能为50j以上的为良好(〇)，低于50j的为不良(×)。
耐缺陷性标准：
关于耐缺陷性，满足awsa5.11的rt实验的合格标准的为良好(〇)，不满足awsa5.11的rt试验的合格标准的为不良(×)。
耐高温裂纹性标准：
关于耐高温裂纹性，以fiso裂纹试验进行评价。以焊接电流200a，焊接速度400mm/min进行试验，未发生裂纹的为良好(〇)，发生裂纹的为不良(×)。
耐腐蚀性标准：
关于耐腐蚀性，在astmg48c法中，cpt≥55℃的为良好(〇)，cpt＜55℃的为不良(×)。
焊缝颜色标准：
观于焊缝颜色，银白色(□)，浅褐色(〇)，深色(×)。
综合评价为，焊接操作性全部是□，且焊接金属性能全部是〇的为√，焊接操作性之中的任意一个以上是〇，且焊接金属性能全部是〇的为〇，焊接操作性和焊接金属性能之中，有×的为×，这些结果显示在表2中。
表2：
从表2的测试结果可以看出，满足本发明的范围的实施例1-4的焊接操作性好，易于操作，焊接金属性能良好，焊缝颜色为银白色，抗氧化性优良，焊后的焊缝表面无需进行后续的去氧化色处理，性能综合评价均优于市售相同类型产品a和b。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。