本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种煤浆输送管用l415j钢焊接配套药芯焊丝。
背景技术：
煤浆管道输送可以作为除铁路、公路、水路输送的另一种重要的煤炭资源输送方式，经济效益明显。煤浆输送管采用煤浆输送管用钢直缝焊接而成，国家标准gb/t31938－2015《煤浆输送管用钢板》和国家标准gb/t31937－2015《煤浆输送用直缝埋弧焊钢管》对此提出了具体要求，由于其使用的特殊性，需要采用配套的专用焊接材料。为了达到使用目的，一般采用合金化优异的药芯焊丝进行焊接，目前尚未发现与煤浆输送管用l415j钢焊接相匹配的药芯焊丝的相关文献报道。
因此，煤浆输送管用l415j钢焊接用配套药芯焊丝的研制是目前急待解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明提供一种煤浆输送管用l415j钢焊接配套药芯焊丝，解决如下技术问题：①药芯焊丝的焊接工艺性好；②熔敷金属具有高强度、高韧性、低屈强比和较高的耐磨性。
本发明采用如下技术方案：
一种煤浆输送管用l415j钢焊接配套药芯焊丝，包括外皮和药芯，所述药芯的化学成分及用量按质量百分比计为：中空笼状碳微球0.2％-0.28％，纳米铋粉4.2％-5.6％，纳米铍粉3.5％-4.9％，氟化锰粉1.2％-2.0％，钼粉1.2％-1.5％，铬粉1.2％-1.6％，且钼粉与铬粉两者的质量之和不小于2.5％，铌粉0.12％-0.2％，钒粉0.12％-0.2％，钛粉0.12％-0.2％，且铌粉、钒粉、钛粉三者的质量之和不大于0.5％，余量为fht100·25还原铁粉。
进一步的，所述中空笼状碳微球的外径为300nm-360nm，内径220nm-280nm，介孔直径30nm-40nm。
进一步的，所述纳米铋粉的粒径为60nm-90nm。
进一步的，所述纳米铍粉的粒径为60nm-90nm。
所述氟化锰粉、钼粉、铬粉、铌粉、钒粉、钛粉、fht100·25还原铁粉的100目通过率为100％。
所述药芯的填充率为25％-30％。
所述外皮采用低碳冷轧钢带制备，钢带的厚度为0.5mm-1.6mm。
进一步的，所述低碳冷轧钢带的化学成分按质量百分比计为：碳0.001％-0.003％，锰0.25％-0.35％，硅0.001％-0.015％，硫0-0.001％，磷0-0.001％，余量为铁；钢带的抗拉强度为400mpa-430mpa，断后伸长率不小于40％。
所述药芯焊丝直径为3.2mm-8.0mm，优选4.0mm-7.2mm。
一种如上所述的煤浆输送管用l415j钢焊接用配套药芯焊丝，其制备步骤如下：
1)选料：选择上述化学成分的原料进行质量纯度控制；
2)药粉处理：将药粉放入敞口的石英容器中，然后置于干燥箱中干燥，干燥温度105℃±5℃，干燥时间2.5h-3.2h；
3)筛粉：将干燥后的药粉分别用100目筛网过筛，过筛后保存细粉，弃掉杂质；
4)配粉和混粉：按比例称取过筛后的药粉加入到混粉机内进行搅拌混合，成混合药粉；
5)钢带轧制及药粉封装：将低碳冷轧钢带放置在药芯焊丝成型机的放带装置上，通过成型机将低碳冷轧钢带制成u型槽，然后向u型槽中添加步骤4)得到的混合药粉，再通过成型机将u型槽碾压闭合形成o型，使药粉包裹其中，经拉丝机逐道拉拔减径，将其直径拉拔至3.2mm-8.0mm，得到药芯焊丝，盘成圆盘，密封包装。
本发明具有以下有益技术效果：
1、本发明采用了较小含量的碳源(药芯中含量为0.2％-0.28％，换算成焊丝中含量为0.05％-0.084％)，使药芯焊丝具有良好的焊接工艺性；采用外径为纳米级的中空笼状碳微球作为碳源，纳米级的碳微球在金属熔体中比石墨等碳源更容易扩散，焊接时碳微球分布均匀，铋、铍、铬、钼、锰、铌、钒、钛、铁等原子可以通过介孔进入空笼进而将空笼胀破，使碳分布更加均匀，进而得到碳化物均匀分布的熔敷金属，在较小碳源含量的情况下，可以有效提高熔敷金属的强度、硬度和韧性；采用纳米铋粉和纳米铍粉作为药芯中合金化的主元素，铋、铍可以有效的强化熔敷金属基体晶界的塑性变形能力，提高熔敷金属的韧性；采用纳米级的铋粉和铍粉，使其具有高密度的短程扩散路径，在焊接熔池中更容易分散均匀，避免了部分区域的元素富集或缺失造成的合金化不均匀现象，而且纳米级铋粉和纳米级铍粉还可以作为非自发形核的质点，细化熔敷金属的晶粒；采用中空笼状碳微球、纳米铋粉、纳米铍粉三者协同作用，辅以其他必要组分，保证熔敷金属韧性的同时，有效提高了熔敷金属的强度和硬度，并使其具有低的屈强比。
2、本发明熔敷金属具有高强度(抗拉强度为622-725mpa、屈服强度为490-535mpa)、极高的韧性(断后伸长率a50mm不小于28.9％，熔敷金属的冲击吸收能量kv8≥141j)、低屈强比(≤0.79)和较高的耐磨性(显微硬度不小于352hv10)，完全符合使用要求。
具体实施方式
以下结合实施例和对比例对本发明的原理和特征进行描述，所列举实施例和对比例只用于解释本发明，并非限定本发明的范围。
实施例1：
一种煤浆输送管用l415j钢焊接配套药芯焊丝，包括外皮和药芯，所述药芯的化学成分及用量按质量百分比计为：中空笼状碳微球0.2％，纳米铋粉4.2％，纳米铍粉3.5％，氟化锰粉1.2％，钼粉1.2％，铬粉1.6％，铌粉0.12％，钒粉0.2％，钛粉0.16％，余量为fht100·25还原铁粉。
中空笼状碳微球的外径为300-360nm，内径220-280nm，介孔直径30-40nm。
纳米铋粉的粒径为60nm-90nm。
纳米铍粉的粒径为60nm-90nm。
氟化锰粉、钼粉、铬粉、铌粉、钒粉、钛粉、fht100·25还原铁粉的100目通过率为100％。
药芯的填充率为25％-30％。
外皮采用低碳冷轧钢带制备，钢带的厚度为0.5mm。
按发明内容所述方法制备药芯焊丝，焊丝直径为3.2mm。
实施例2：
一种煤浆输送管用l415j钢焊接配套药芯焊丝，包括外皮和药芯，所述药芯的化学成分及用量按质量百分比计为：中空笼状碳微球0.28％，纳米铋粉5.6％，纳米铍粉4.9％，氟化锰粉2.0％，钼粉1.5％，铬粉1.2％，铌粉0.18％，钒粉0.15％，钛粉0.15％，余量为fht100·25还原铁粉。
中空笼状碳微球的外径为300-360nm，内径220-280nm，介孔直径30-40nm。
纳米铋粉的粒径为60nm-90nm。
纳米铍粉的粒径为60nm-90nm。
氟化锰粉、钼粉、铬粉、铌粉、钒粉、钛粉、fht100·25还原铁粉的100目通过率为100％。
药芯的填充率为25％-30％。
外皮采用低碳冷轧钢带制备，钢带的厚度为1.6mm。
按发明内容所述方法制备药芯焊丝，焊丝直径为8.0mm。
实施例3：
一种煤浆输送管用l415j钢焊接配套药芯焊丝，包括外皮和药芯，所述药芯的化学成分及用量按质量百分比计为：中空笼状碳微球0.24％，纳米铋粉4.9％，纳米铍粉4.2％，氟化锰粉1.6％，钼粉1.45％，铬粉1.4％，铌粉0.2％，钒粉0.12％，钛粉0.16％，余量为fht100·25还原铁粉。
中空笼状碳微球的外径为300-360nm，内径220-280nm，介孔直径30-40nm。
纳米铋粉的粒径为60nm-90nm。
纳米铍粉的粒径为60nm-90nm。
氟化锰粉、钼粉、铬粉、铌粉、钒粉、钛粉、fht100·25还原铁粉的100目通过率为100％。
药芯的填充率为25％-30％。
外皮采用低碳冷轧钢带制备，钢带的厚度为1.0mm。
按发明内容所述方法制备药芯焊丝，焊丝直径为5.0mm。
对比例1：
与实施例3基本相同，其区别在于药芯化学成分中的中空笼状碳微球的含量为0.5％。
对比例2：
与实施例3基本相同，其区别在于将药芯化学成分中的中空笼状碳微球换成石墨。
对比例3：
与实施例3基本相同，其区别在于药芯化学成分中无纳米铋粉。
对比例4：
与实施例3基本相同，其区别在于药芯化学成分中无纳米铍粉。
对比例5：
与实施例3基本相同，其区别在于将药芯化学成分中纳米铋粉、纳米铍粉换成普通粒径铋粉、铍粉。
将实施例1、2、3和对比例1、2、3、4、5制备的药芯焊丝对l415j钢板进行对接焊接，按gb/t25776―2010《焊接材料焊接工艺性能评定方法》进行工艺性能评定，按gb/t2652－2008《焊缝及熔敷金属拉伸试验方法》、gb/t2650－2008《焊接接头冲击试验方法》、gb/t27552－2011《焊接接头显微硬度试验》进行力学性能测试，结果如表1所示。
表1
注：断后伸长率a50mm是否符合要求，应按公式a50mm＝1940s00.2/rm0.9计算，其中：s0是拉伸试样横截面积(mm2)，本发明中取485mm2，试验中需保证所采用试样的横截面积大于485mm2，rm是规定最小抗拉强度(mpa)，本发明中取520mpa，则该计算值为1940×4850.2/5200.9＝24，则规定断后伸长率a50mm的最小值为24％；试验结果的a50mm值不小于24％为符合要求，小于24％则不符合要求。
实施例1、2、3可以看出：采用本发明的技术方案制备的药芯焊丝，熔敷金属的力学性能符合要求，焊接工艺性。
②从对比例1可以看出：碳源含量较高时，焊接工艺性差；熔敷金属的强度高，但屈强比不符合要求，硬度大，但断后伸长率和冲击吸收能量值不符合要求。
③从对比例2可以看出：碳源不采用本发明的中空笼状碳微球，而是采用石墨，则碳元素分布不均匀，造成熔敷金属的屈强比高，硬度、断后伸长率和冲击吸收能量值不符合要求。
④从对比例3可以看出：药芯中不填加纳米铍粉，虽然熔敷金属的屈服强度、抗拉强度、硬度符合要求，但屈强比高，断后伸长率和冲击吸收能量值不符合要求。
⑤从对比例4可以看出：药芯中不填加纳米铋粉，虽然熔敷金属的屈服强度、抗拉强度、硬度符合要求，但屈强比高，断后伸长率和冲击吸收能量值不符合要求。
⑥从对比例5可以看出：药芯中普通粒径铍粉、铋粉，虽然熔敷金属的屈服强度、抗拉强度、硬度符合要求，但屈强比高，断后伸长率和冲击吸收能量值不符合要求。
需要指出的是，本发明的创新核心在于给出了药芯的组合物成分及用量，并优化各组分用量的合理范围，并非其中一种物质的加入起到了关键作用，组合物的综合作用才是本发明的核心创造。
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。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。