一种氧化型自保护药芯焊丝及应用的制作方法

本发明属于焊接材料领域，涉及一种适合水下环境的氧化型自保护药芯焊丝。
背景技术：
：对于处在富氢环境中的碳钢或低合金结构进行焊接修复时，氢致裂纹是不可忽略的因素，例如在水下环境中进行焊接时，低碳钢焊缝金属中的扩散氢含量很高，可以达到100ml/100g，当钢的碳当量大于0.35时，焊接接头的氢致裂纹倾向很大，严重影响钢结构的安全稳定运行。申请号为cn201910033061.04的中国发明专利申请提供了“一种水下局部干法低压焊接三层排水罩与获得低压的方法”，采用设计的三层排水罩，在全自动联合智能控制的多级增压水泵和增压气泵共同作用下，将焊接局部空间和预热空间的水强制排出的同时，强制排气、排烟尘，从而在焊接局部空间形成干式常压或低压区，使电弧在其中稳定燃烧，达到焊接过程稳定，防止焊缝金属淬硬和含氢量高等问题。申请号为cn201611106664.1的中国发明专利申请提供了“一种水下双药芯焊丝湿式焊接专用焊枪”，采用两套焊接电源分别对两个药芯焊丝焊接电弧独立供电，两个药芯焊丝分别独立送进，药芯焊丝间距5mm-20mm可调；当间距较小时，两个药芯焊丝电弧共同形成一个更大的耦合电弧；当间距较大时，两个药芯焊丝电弧各自独立存在，前电弧对后电弧起预热作用，后电弧对前电弧起后热作用。前期试验结果表明，上述两种情况，都在不同程度上改变了水下焊接的热过程，延长了焊接熔池冷却时间，有利于焊缝金属中氢的逸出。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，提供了一种制作方便、适合富氢环境下的氧化型自保护药芯焊丝，可以实现碳钢、低合金钢的焊接。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案：一种氧化型自保护药芯焊丝，包括外层金属皮和内部药芯，其特征在于，外层金属皮为低碳钢带，内部药芯具体成分由金红石、赤铁矿粉、氟化锂、低碳锰铁、镍粉和铝镁合金粉及铁粉组成。进一步地，内部药芯各组成成分的质量百分比为：金红石25-45％，赤铁矿粉20-30％，氟化锂3-5％，低碳锰铁10-20％，镍粉6-10％，铝镁合金粉5-8％，剩余为铁粉。进一步地，所述赤铁矿由fe2o3、sio2及al2o3组成，其中fe2o3所占比例为60-80wt.％，sio2所占比例为10-20wt.％，al2o3比例为10-15wt.％。进一步地，所述低碳锰铁中：mn的含量为85-92wt.％，c的含量≤0.2wt.％，剩余为fe。进一步地，所述外层金属皮为低碳钢带拔丝机制作而成。进一步地，药芯焊丝截面呈‘o’形，焊丝直径1.6mm。进一步地，所述铝镁合金粉为al/mg的质量比为50/50。所述的氧化型自保护药芯焊丝的应用，其特征在于，用于富氢环境中低碳钢或低合金钢的焊接。进一步地，焊接后焊缝金属扩散氢含量不大于15ml/100g。进一步地，焊接后焊缝金属中针状铁素体的体积分数占比达35％。本发明所述的适合富氢环境的氧化型自保护药芯焊丝，内部药芯由金红石、赤铁矿粉、氟化锂、低碳锰铁、镍粉和铝镁合金粉及铁粉组成。其中：金红石、赤铁矿粉及低碳锰铁作用之一为形成tio2-feo-mno的三元熔渣，保护熔滴和焊缝金属；第二个作用，形成氧化型熔渣降低扩散氢含量，金红石所占比例为25-45％，赤铁矿粉20-30％，低碳锰铁10-20％。药芯中加入低碳锰铁10-20％，铝镁合金粉5-8％目的是降低焊缝金属氧含量，并向焊缝金属过渡适量合金元素。药芯中加入镍粉6-10％，氧化型自保护药芯焊丝形成的焊缝金属含量高，可达0.0125wt.％，需添加适量ni粉增加其冲击韧性。本发明药芯焊丝同其他相同类型的焊丝相比，焊接电弧稳定性可提高10％以上，并通过在焊丝药芯中添加适量的金红石和赤铁矿粉，提高熔渣中feo的含量，降低焊缝金属中的扩散氢含量，焊缝金属扩散氢含量不大于15ml/100g，并在此基础上，通过优化焊缝金属中合金元素含量，焊缝金属中针状铁素体体积分数占比可达35％，提高高氧焊缝金属的综合性能。本发明的氧化型自保护药芯焊丝适合富氢环境，制作工艺简单，焊接接头扩散氢含量低，综合性能优良，可以实现对水下碳钢及低合金钢的水下焊接。附图说明图1为实施例2获得的焊缝金属的微观组织图片。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。本发明所述氧化型自保护药芯焊丝，包括外层金属皮和内部药芯，外层金属皮为低碳钢带，内部药芯具体成分由金红石、赤铁矿粉、氟化锂、低碳锰铁、镍粉和铝镁合金粉及铁粉组成，各组成成分的质量百分比为：金红石25-45％，赤铁矿粉20-30％，氟化锂3-5％，低碳锰铁10-20％，镍粉6-10％，铝镁合金粉5-8％，剩余为铁粉。本发明的药芯焊丝的制备方法为，按照比例准确称量粉末，使用混粉机机械混匀；药芯焊丝外皮选择低碳钢带，钢带规格：0.5mm×10mm；在药芯焊丝生产线上制备出截面呈‘o’形的药芯焊丝，药芯焊丝直径1.6mm，药芯填充率为16-22％。分别制备表1所示成分的氧化型自保护药芯焊丝，以表2所示的焊接工艺参数进行水下湿法焊接，进一步验证本发明所述药芯焊丝的焊接效果。所得到的焊缝金属的力学性能如表3。表1氧化型自保护药芯焊丝各实施例的化学成分实施例ni赤铁粉tio2al/mg锰铁felif1102043810452825406152436303052063表2为各个实施例所用的焊接工艺参数(水下湿法焊接)。焊接电压(v)焊接电流(a)焊接速度(m/min)送丝速度(m/min)25-32150-24090-1203-6表3为各施例所得到的焊缝金属的力学性能采用实施例1-3的药粉配比制备氧化型自保护药芯焊丝，在未添加任何保护情况下，进行水下湿法焊接试验，焊接水深为1m，结果发现，采用本发明的氧化型自保护药芯焊丝可以获得优质的焊接接头，无裂纹，气孔率很低。特别是采用实施例2制备的药芯焊丝，同其他相同类型的焊丝相比，焊接电弧稳定性可提高10％以上，焊缝金属扩散氢含量仅为10ml/100g。焊缝金属综合性能优异，焊缝金属中针状铁素体的体积分数占比可达35％，如图1所示，为实施例2以焊接电流190a，焊接电压38v，送丝速度4m/min，从图中可以看看，焊缝金属中未出现气孔、裂纹等缺陷，且焊缝金属中针状铁素体体积分数较高，可达35％，保证了高氧焊缝金属具有很好的综合力学性能。经力学性能检测，抗拉强度高达570mpa，屈服强度为450mpa。所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。当前第1页12