本发明属于焊接材料
技术领域：
，具体涉及一种具有极小温升的不锈钢焊条焊芯、不锈钢焊条及制备与应用。
背景技术：
：e316l不锈钢焊条由于具有良好的耐蚀性、焊接性以及较低的综合成本，广泛应用于造纸、石油化工、煤化工以及海洋工程等领域。该焊条焊芯一般采用er308l(名义成分21cr-10ni)或者er316l(名义成分19cr-12.5ni-2.5mo)焊丝，这两种焊丝合金成分含量高，电阻较大(约为普通碳钢焊芯的3倍)，施焊时电阻热大，焊接时焊条后半段焊芯温度升高很快(俗称发红)，严重时可达900℃以上，造成焊条熔化速度过快难易操控，甚至造成药皮整块脱落，严重影响焊接质量。通常从夹持端开始计算一根焊条的长度的1/3～1/2无法焊接，只能丢弃。e316l不锈钢焊条药皮名义成分为18.5cr-12.5ni-2.5mo，铬、镍、钼含量高且价格昂贵，由于焊条发红无法施焊会造成焊条的极大浪费。为减小焊条的发红的不利影响，工程上一般采用较小的电流进行焊接以φ4.0mm焊条为例，通常焊接电流为140～160a，这样会极大降低焊接的效率。为解决这个问题专利号为cn104400245b“一种用于大电流焊接的碳钢不锈钢焊条”的专利采用碳钢焊芯，虽然可以解决焊条的发红问题，但药皮中需加入大量的合金元素cr、ni、mo，药皮中大量的合金元素的加入必然会导致焊条外经的增大。焊条外经的增大会带来一系列的问题，一方面会导致立焊、仰焊操作困难；另一方面导致无法窄间隙焊接，焊接时需要开较大的坡口，造成焊条用量的增加以及施工量的加大。专利号为cn105215580a“一种能用于大电流焊接的e309l不锈钢焊条”的专利采用钛酸型渣系，通过提高熔渣中石英、长石、云母等酸性物质的含量，细化熔滴等手段来降低焊芯的发红倾向，但药皮中大量酸性物质的加入会降低熔渣碱度的，导致焊条增硅、气孔敏感性增大以及焊缝金属综合力学性能的下降。技术实现要素：为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种具有极小温升的不锈钢焊条焊芯，该焊芯采用无缝药芯焊丝的形式。本发明的另一目的在于提供一种不锈钢焊条，该焊条包含上述具有极小温升的不锈钢焊条焊芯和药皮，该焊条的外经可和常规焊条一致，但焊接工艺性能优良，焊条发红倾向小，适合大规范焊接，气孔敏感性小且具有优良的力学性能和耐腐蚀性能。本发明的再一目的在于提供上述具有极小温升的不锈钢焊条焊芯和不锈钢焊条的应用。本发明的目的通过下述技术方案实现：一种具有极小温升的不锈钢焊条焊芯，采用无缝药芯焊丝的形式，包括外皮和药粉芯，其中，所述的药粉芯包含如下按质量百分比计的组分：所述的外皮优选为低碳钢带；所述的药粉芯的填充率优选为31.5～32.5wt％；所述的金属镍的粒径优选为80目，其化学成分优选为ni+co≥99.5wt％，c≤0.05wt％，p≤0.005wt％，p≤0.005wt％；所述的金属铬的粒径优选为40目，其化学成分优选为cr≥99.0wt％，s≤0.02wt％，p≤0.01wt％；所述的钼的粒径优选为80目，其化学成分优选为mo≥99.5wt％，s≤0.005wt％，p≤0.005wt％；所述的石墨的粒径优选为200目，其化学成分优选为c≥98.0wt％；所述的钛酸钾的粒径优选为80目，其化学成分优选为tio2≥60.0wt％，k2o≥28wt％，s≤0.05wt％，p≤0.05wt％；所述的低碳钢带的化学成分优选为c≤0.055wt％，mn0.1～0.4wt％，si≤0.020wt％，s≤0.010wt％，p≤0.010wt％，o≤0.005wt％，n≤0.005wt％；一种不锈钢焊条，包含上述具有极小温升的不锈钢焊条焊芯和药皮；所述的药皮，优选包含干粉和粘结剂；其中，干粉包含金红石、大理石、碳酸锶、萤石、脱水钾长石、蓝晶石、氟金云母，氟化镁、锆英砂、纯碱、金属锰、钛铁、稀土镁硅铁、金属铬；所述的干粉优选包含如下按质量百分比计的组分：金红石34～43％、大理石8～15％、碳酸锶4～6％、萤石4～6％、脱水钾长石7～10％、蓝晶石2～4％、氟金云母1～3％、氟化镁2～4％、锆英砂2～4％、纯碱1～2％、金属锰2～3％、钛铁1～3％、稀土镁硅铁1～3％，金属铬11～12％；所述的金红石的粒径优选为60目，其化学成分优选为tio2≥95.0wt％，s≤0.02wt％，p≤0.02wt％；所述的大理石的粒径优选为60目，其化学成分优选为caco3≥98.0wt％，s≤0.010wt％，p≤0.010wt％；所述的碳酸锶的粒径优选为60目，其化学成分优选为srco3≥97.0wt％；所述的萤石的粒径优选为60目，其化学成分优选为caf2≥95.0wt％，sio2≤1.00wt％，s≤0.010wt％，p≤0.010wt％；所述的脱水钾长石的粒径优选为80目，其化学成分优选sio2：63～73wt％，al2o3：15～24wt％，k2o+na2o≥12wt％，k2o≥8wt％，s≤0.04wt％，p≤0.04wt％；所述的蓝晶石的粒径优选为80目，其化学成分优选sio2：60～65wt％，al2o3：32～38wt％，s≤0.010wt％，p≤0.010wt％；所述的氟金云母的粒径优选为80目，其化学成分优选为sio2：45～55wt％，al2o3：10～15wt％，k2o+na2o≥7.0wt％，f≥10wt％，s≤0.010wt％，p≤0.010wt％；所述的氟化镁粒径优选为120目，其化学成分优选为mgf≥94wt％；所述的锆英砂的粒径优选为80目，其化学成分优选为sio2≥60.0wt％，sio2≥34.0wt％，s≤0.050wt％，p≤0.022wt％；所述的纯碱的粒径优选为60目，其化学成分优选为na2co3≥98.0wt％；所述的金属锰的粒径优选为80目，其化学成分优选为mn≥97.0wt％，c≤0.05wt％，s≤0.02wt％，p≤0.03wt％；所述的钛铁的粒径优选为40目，其化学成分优选为ti：25～35wt％，c≤0.10wt％，s≤0.03wt％，p≤0.05wt％，al≤8.0wt％，si≤4.5wt％；所述的稀土镁硅铁的粒径优选为80目，其化学成分优选为re1.0-6.0wt％，mg27.0-10.0wt％，si≤42wt％，mn≤4wt％，ca≤3.0wt％，ti≤2.0wt％；所述的金属铬的粒径优选为80目，其化学成分优选为ni+co≥99.5wt％，c≤0.05wt％，p≤0.005wt％，p≤0.005wt％；所述的粘结剂的用量优选为干粉总重的17～20wt％；所述的粘结剂优选为钾：钠＝1:1、模数2.3～2.6的混合水玻璃；所述的药皮的质量为不锈钢焊条总重的40～45％；所述的金属锰优选为电解金属锰；所述的不锈钢焊条的制备方法，包含如下步骤：(1)将药粉芯各组分混合均匀，得到药粉芯；然后将外皮包裹药粉芯，得到粗盘条；粗盘条经退火、拉拔减径，得到具有极小温升的不锈钢焊条焊芯；(2)将不锈钢焊条药皮干粉的各组分混合均匀，然后加入粘结剂混合均匀，得到药皮，将药皮和步骤(1)制得的具有极小温升的不锈钢焊条焊芯压涂，得到不锈钢焊条；步骤(1)中所述的外皮包裹药粉芯优选在在无缝药芯焊丝生产线上通过在线焊合；步骤(2)中所述的压涂优选在油压式焊条压涂机上进行；步骤(2)中所述的不锈钢焊条的规格优选为：φ2.5mm、φ3.2mm、φ4.0mm或φ5.0mm；所述的φ4.0mm规格的外径优选为φ6.8mm，与采用合金钢焊芯的焊条的外经基本相当；所述的具有极小温升的不锈钢焊条焊芯或不锈钢焊条在造纸、石油化工、煤化工以及海洋工程领域中的应用；本发明中焊条药皮中的干粉含有造渣、造气的金红石、大理石、碳酸锶、萤石、脱水钾长石、蓝晶石、氟金云母，氟化镁、锆英砂，提高压涂性能的纯碱，脱氧的金属锰、钛铁、稀土镁硅铁，过渡合金的金属铬；各成分的主要作用简述如下：金红石：主要作用是造渣，改善熔渣流动性，还能起到稳弧作用。加入量过少，容易导致覆盖不全，电弧稳定性差；加入量过多，导致熔渣粘度过低，影响焊缝成型，本发明加入量为34～43wt％。大理石：主要作用是造渣、造气、稳弧，提高熔渣的碱度，调整熔渣表面张力和界面张力。大理石加入量过多，导致稳弧性变差，飞溅增大；加入量过小导致焊缝气孔倾向增大。本发明的加入量为8～15wt％。碳酸锶：主要作用和大理石相似，但其稳弧的作用较大理石要好。加入量过小穏弧作用不足，加入量过大导致焊条熔化速率减小。本发明的加入量为4～6wt％。萤石：主要作用是造渣、去氢，降低焊条气孔的倾向。适量的添加可调整熔渣的熔点和黏度，增加其流动性，以达到活化熔池、改善脱渣和除氢的目的。萤石加入量低于4％时，铁水较黏，焊缝金属易出现气孔；加入量大于6％时，电弧稳定性变差，故本发明的加入量为4～6wt％。脱水钾长石：主要作用是穏弧，造渣，调整熔渣的黏度和增加渣的活泼性，细化熔滴。加入量过少，会导致电弧不稳，飞溅增大；加入量过大焊条气孔敏感性增大，增硅严重，焊条的塑性降低。本发明的加入量为7～10wt％。蓝晶石：主要作用是造渣，细化熔滴，调整熔渣的表面张力。加入量小于2wt％，导致电弧稳定性变差，飞溅增大；加入量大于4％会导致气孔敏感增大，焊缝金属的塑性变差，故本发明的加入量为2～4wt％。氟金云母：主要作用改善压涂性，同时还具增加药皮的透气性，降低气孔敏感性的作用。氟金云母加入量小于1wt％时，焊条的气孔敏感性较大，压涂性变差；加入量大于3wt％时，易出现气孔，故本发明的加入量为1～3wt％。氟化镁：主要作用是调整熔渣的粘度以及降氢作用，适宜的加入量为2～4wt％。加入量小于2wt％去氢效果较差，加入量大于4wt％会导致电弧稳。锆英砂：主要作用是造渣，提高焊条的脱渣性。加入量小于2wt％脱渣困难，大于4wt％导致熔渣熔点过高，影响焊缝成型，故本发明的加入量为2～4wt％。纯碱：主要作用是增加药皮的滑润性，同时也有一定稳弧的作用。加入量大于2wt％时，焊条容易吸潮；加入量低于1wt％时，改善压涂性的作用不明显，本发明的加入量为1～2wt％。金属锰：主要作用是到脱硫、脱氧，同时也向焊缝中过渡mn元素，提高焊缝强度。根据熔敷金属成分要求，本发明的加入量为2～3wt％。钛铁：主要作用是脱氧。加入量过小焊缝金属的塑性较差，加入量过大，会导致飞溅增大。本发明的加入量为1～3wt％。稀土镁硅铁：起到脱氧作用，能加速焊条熔化，脱氧产物参与造渣，提高熔渣的流动性，同时也向焊缝中过渡si元素。稀土元素能够和s等低熔点物质结合，减少熔敷金属凝固时低熔点物质偏析，降低热裂纹倾向。本发明的加入量为1～3wt％。金属铬：无论在焊芯或者药皮中的主要作用均为调整焊条熔敷金属的成分，保证熔敷金属的成分满足17～20wt％的要求。本发明的加入量为11～12wt％。钾钠水玻璃：主要作用是粘结粉体。水玻璃加入量大于20wt％时，压涂压力偏小，药皮的密实度和强度变差；加入量少于17wt％时，压涂压力偏高，药皮发毛，偏心不易控制，故本发明中钾钠水玻璃的用量为干粉总重的17～20wt％。本发明中焊条焊芯的主要成分为金属镍、金属铬、钼、石墨、钛酸钾，其中，各组分的主要作用简述如下：金属镍：焊芯中的主要作用为调整焊条熔敷金属的成分，保证熔敷金属的成分满足11～14wt％的要求。石墨：焊芯加入石墨主要为提高焊芯拉拔过程中润滑性和流动性，加入量低于1wt％润滑作用不足，容易导致焊芯拉拔困难，加入量过大会导致熔敷金属增碳，增加焊缝金属晶间腐蚀的敏感性。新型钛酸钾：焊芯中加入钛酸钾主要为提高电弧的稳定性，加入量过小会导致电弧稳定性较差，加入量过大会导致焊条的熔化效率降低。本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本发明提供的具有极小温升的不锈钢焊条药芯采用无缝药芯焊丝的形式，与实心焊芯相比具有以下优势：①焊芯表皮为低碳钢，焊芯的电阻率较小，焊接时发红趋势小、不明显；内部为cr、ni等合金，这样通过药皮过渡的合金元素cr、ni较少，焊条的外径和采用合金芯时基本相当，增加了全位置焊接的适应性并且焊接时不需要开较大的坡口，可以使用大规范焊接，提高了施工效率，焊条利用率较高，避免采用普通碳钢焊芯造成焊条外径过大带来的一系列问题；②利用无缝焊芯药粉不易吸潮的特性，可在焊芯中加入较大含量稳弧性好但极易吸潮的穏弧剂，在提高焊条电弧稳定性的同时具有较低的气孔敏感性。以上两个优势是实心焊芯无法比拟的。(2)本发明提供的不锈钢焊条电弧稳定，吸潮性小，使用时可以不复烘，节省能源，降低劳动强度。(3)本发明提供的不锈钢焊条铺展性和熔合性较好，焊缝成形美观，脱渣性较好，裂纹敏感性低。(4)本发明提供的不锈钢焊条生产工艺性能优良，焊条表面光滑，偏心稳定，成品率高。(5)本发明提供的不锈钢焊条熔敷金属学性能稳定，强度合适(室温抗拉：550～620mpa)，延伸率大于40％。耐腐蚀性能良好。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例1(1)将具有极小温升的不锈钢焊条焊芯各组分按照配比混合(各组分化学成分要求见表1，具体配比见表2中a1)并搅拌均匀，得到药粉芯；然后将外皮低碳钢带和药粉芯，在无缝药芯焊丝生产线上通过在线焊合，制备成粗盘条；经退火、拉拔减径至合适的直径；最终经校直切断，得到具有极小温升的不锈钢焊条焊芯，其中，粉芯的填充率为32wt％；(2)将药皮干粉各组分混合并搅拌均匀(各组分化学成分要求见表1，具体配比见表3中b1)，然后加入干粉总重19％、模数为2.6的钾：钠＝1:1混合水玻璃混合并搅拌均匀，得到药皮；(3)将步骤(1)制得的具有极小温升的不锈钢焊条焊芯和步骤(2)制得的药皮在油压式焊条压涂机上进行压涂，压涂过程和普通不锈钢焊条一致，分别得到规格为：φ2.5mm、φ3.2mm、φ4.0mm和φ5.0mm的不锈钢焊条，其中，φ4.0mm规格的外径为φ6.8mm，与采用合金钢焊芯的焊条的外经基本相当。实施例2制备方法同实施例1，其中，焊芯配比见表2中a1，粉芯的填充率为32wt％；药皮干粉配比见表3中b2，粘结剂用量为干粉总重19％。实施例3制备方法同实施例1，其中，焊芯配比见表2中a1，粉芯的填充率为32wt％；药皮干粉配比见表3中b3，粘结剂用量为干粉总重19％。实施例4制备方法同实施例1，其中，焊芯配比见表2中a2，粉芯的填充率为32wt％；药皮干粉配比见表3中b1，粘结剂用量为干粉总重19％。实施例5制备方法同实施例1，其中，焊芯配比见表2中a2，粉芯的填充率为32wt％；药皮干粉配比见表3中b2，粘结剂用量为干粉总重19％。实施例6制备方法同实施例1，其中，焊芯配比见表2中a2，粉芯的填充率为32wt％；药皮干粉配比见表3中b3，粘结剂用量为干粉总重19％。实施例7制备方法同实施例1，其中，焊芯配比见表2中a3，粉芯的填充率为32wt％；药皮干粉配比见表3中b1，粘结剂用量为干粉总重19％。实施例8制备方法同实施例1，其中，焊芯配比见表2中a3，粉芯的填充率为32wt％；药皮干粉配比见表3中b2，粘结剂用量为干粉总重19％。实施例9制备方法同实施例1，其中，焊芯配比见表2中a3，粉芯的填充率为32wt％；药皮干粉配比见表3中b3，粘结剂用量为干粉总重19％。实施例10制备方法同实施例1，其中，焊芯配比见表2中a3，粉芯的填充率为31.5wt％；药皮干粉配比见表3中b3，粘结剂用量为干粉总重20％。实施例11制备方法同实施例1，其中，焊芯配比见表2中a3，粉芯的填充率为32.5wt％；药皮干粉配比见表3中b3，粘结剂用量为干粉总重17％。效果实施例将实施例1～9制得的不锈钢焊条进行试板焊接，然后进行熔敷金属化学成分分析、力学性能测试。焊接规范(以φ4.0mm规格焊条为例)：直流反接，焊接电流分别为150a和200a，道间温度150℃以下，焊前焊条不需复烘。对150a焊接的试板进行力学性能和化学成分测试，结果见表4和表5。对150a、200a焊接的试板进行超声和射线探伤，均没有发现气孔、裂纹、夹渣等缺陷。对所提出的焊条在200a进行夹持端的温升测试，最大温升仅有500℃，远低于采用合金焊芯焊条900℃的水平。表1主要原材料的化学成分要求表2焊芯组分(wt％)编号a1a2a3镍394041金属铬5048.548金属钼88.58石墨121.5新型钛酸钾211.5表3药皮组分(wt％)表4实施例熔敷金属化学成分(wt％)cmnsicrnimops实施例1焊芯a1+药皮b10.0281.250.6519.611.52.420.0120.012实施例2焊芯a1+药皮b20.0261.320.6219.811.72.430.0140.010实施例3焊芯a1+药皮b30.0271.390.5619.211.82.460.0130.012实施例4焊芯a2+药皮b10.0301.210.6918.912.12.600.0120.012实施例5焊芯a2+药皮b20.0311.280.5219.212.02.680.0120.010实施例6焊芯a2+药皮b30.0291.400.4819.612.22.630.0110.010实施例7焊芯a3+药皮b10.0281.270.6818.812.52.480.0120.010实施例8焊芯a3+药皮b20.0261.310.6018.612.52.430.0120.011实施例9焊芯a3+药皮b20.0251.380.5218.212.42.520.0130.012表5实施例熔敷金属力学性能rm/mpaa/％要求值≥490≥25焊芯a1+药皮b155648焊芯a1+药皮b254547.5焊芯a1+药皮b354646焊芯a2+药皮b156147焊芯a2+药皮b255047焊芯a2+药皮b354846焊芯a3+药皮b156148焊芯a3+药皮b255747焊芯a3+药皮b354848实施例1～9制得的焊条的熔敷金属按照gb/t4334e法进行晶间腐蚀倾向测试，均没观察到晶间腐蚀现象。本发明所提出的焊条焊接工艺性良好，焊缝金属成分和力学性能符合gb/t983-2012e316l、awsa5.4e316l和nb/t47018.2-2017等相关标准的要求。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12