一种极地船舶钢用无缝药芯焊丝及其制备方法与流程

本发明涉及焊接材料，具体涉及一种极地船舶钢用无缝药芯焊丝及其制备方法。

背景技术：

1、极地科考在气候、矿藏、海产、航道等领域都对人类的生活有至关重要的价值。在全球气候变化中的作用极为关键，其丰富的资源和潜在的开发利用前景，也是未来人类经济社会发展的重要依托，加强对极地的科学考察，对我国提高综合国力具有重要战略意义。但极地环境恶劣，其寒冷的环境要求船舶及配套焊接材料必须具有优良的强度、韧性、耐低温和耐腐蚀性能，焊缝质量直接关系到服役船舶的安全和寿命，极地船舶一般选择fh40低温高强钢，但目前配套焊材的研制相对较少。

2、专利公开号为cn115365697a的一种极地低温钢用气体保护实心焊丝及其应用，焊缝屈服强度大于400mpa，抗拉强度大于510mpa，-80℃熔覆金属及对接接头冲击功均达到100j以上。但没有添加耐腐蚀元素，这会影响船舶服役寿命。且相对药芯焊丝，实心焊丝没有渣壳保护，不适合大电流时的全位置焊接，焊接效率较低。没有添加稳弧剂，焊接时电弧稳定性较差，连续焊接时易堵塞导电嘴，造成焊缝成形不良，影响焊缝质量。

3、专利公开号为cn115365697a的一种低温钢用自保护药芯焊丝，焊缝强度高低温-60℃下可达到49j以上。显然其冲击功余量低，难以应对极地最低服役环境温度-70℃时恶劣环境。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足与缺陷，本发明提供一种极地船舶钢用无缝药芯焊丝及其制备方法，以改善焊丝的焊接工艺性、焊缝金属的力学性能及耐腐蚀性能，解决极地船舶焊接时焊接工艺性与焊缝金属力学性能不兼顾的问题。

2、为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种极地船舶钢用无缝药芯焊丝，包括钢带外皮和填充在所述钢带外皮中药芯，以所述药芯的重量份数为100份计，所述药芯包括以下组分及各组分的重量份数分别为：金红石40～50份、长石3～6份、冰晶石1.5～3份、锰硅合金6～10份、低碳锰铁1～3份、镍粉12～18份、金属铬0.5～1.5份、铜硼合金0.5～1.2份、铝镁粉1.5～3份、锆铁1～2份、铝铁1～2份、钛硅铁1～2份，余量为雾化铁粉及不可避免的杂质。

3、在本发明一示例中，所述金红石中二氧化钛的含量≥95wt％，所述金红石粒度大于60目的质量占比≥99％。。

4、在本发明一示例中，所述长石中氧化钾的含量≥8wt％，氧化钾和氧化纳的总含量≥12wt％，所述长石粒度大于60目的质量占比≥99％。

5、在本发明一示例中，所述低碳锰铁中锰含量为80～87wt％，碳含量≤0.04wt％，所述低碳锰铁的粒度大于80目的质量占比≥99％。

6、在本发明一示例中，所述铜硼合金中硼含量为4～6wt％，所述铜硼合金中粒度大于60目的质量占比≥99％。

7、在本发明一示例中，所述锆铁中锆含量为78～82wt％，所述述锆铁的粒度大于80目的质量占比≥99％。

8、在本发明一示例中，所述钢带为低碳钢带，以所述钢带的总质量计，所述钢带中各组分的质量百分比为：碳含量≤0.04wt％、锰含量为0.10～0.25wt％、硅含量≤0.05wt％、硫含量≤0.02wt％、磷含量≤0.02wt％，余量为铁和不可避免的杂质。

9、在本发明一示例中，所述药芯的重量是所述极地船舶钢用无缝药芯焊丝质量的14％～16％。

10、本发明还提供一种极地船舶钢用无缝药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：将药芯的各组分分别进行第一次干燥，并按比例混合均匀后，进行第二次干燥；将钢带轧制成u型槽；将所述第二次干燥后的药芯材料干粉混合物填充至所述u型槽中；将含有所述药芯材料干粉混合物的所述u型槽闭合，轧制成o型后焊合，拉拔至所需尺寸，得到极地船舶钢用无缝药芯焊丝。

11、在本发明一实施例中，所述第一次干燥时，所述药芯组分中的金红石和长石的干燥温度为900～950℃，干燥时间为10～11h；冰晶石的干燥温度为500～550℃，干燥时间为3～4h；锰硅合金、低碳锰铁、镍粉、金属铬、铜硼合金、铝镁粉、锆铁、铝铁、钛硅铁和雾化铁粉的干燥温度为180～200℃，干燥时间为100～120min；所述第二次干燥时，干燥温度为150～180℃，干燥时间为60～80min。

12、本发明药芯材料中各组分的作用如下：

13、金红石：主要的造渣剂。适量加入可以稳定焊接电弧，减少飞溅，改善熔渣流动性，利于实现全位置焊接操作；加入量过少时，上述特征不明显；加入量过多时，熔渣太多、不易脱渣，且会增加焊缝含氧量，不利于熔敷金属力学性能。

14、长石：造渣剂之一，主要成分为sio2、al2o3、k2o、na2o，适量加入能够能调节熔渣粘度，改善焊缝成形，利于实现全位置焊接。加入量过高会使焊缝中氧含量升高，降低低温冲击韧性。

15、锰硅合金：mn、si作为主要的脱氧元素和合金过渡元素，可以降低焊缝含氧量，减少气孔，保持熔敷金属具有一定的强度和韧性。加入量过少达不到脱氧效果，加入量过多造成强度过高、低温冲击韧性降低。

16、低碳锰铁：加入1％～3％的低碳锰铁，利于控制焊缝中的c、mn含量，c具有脱氧和固溶强化作用，mn可以脱氧、脱硫。加入量过高会造成焊缝强度过高、冲击性能降低。

17、冰晶石：主要成分为氟铝酸钠，焊接时能够脱氢。加入量过少，作用不明显；加入量过多，电弧稳定性变差。

18、镍粉、金属铬、铜硼合金：向焊缝中过渡ni、cr、cu元素，保证焊缝具有足够的耐腐蚀性能。ni能够降低脆性转变温度，细化晶粒，有效提高焊缝的低温冲击韧性和耐腐蚀性能。b与zr、ti按照一定比例共同作用，抑止先共析铁素体产生，促进针状铁素体形成，进一步改善低温冲击韧性。

19、铝镁粉：其中的al、mg作为强脱氧剂，降低焊缝氧气含量，减少气孔，适量加入能够改善焊接工艺性，提高冲击韧性。

20、铝铁：脱氧剂之一，适量加入可以改善焊缝成形，提高焊缝表面光亮度。

21、锆铁：zr在脱氧脱氮的同时，能够向焊缝过渡微量的zr元素，zr的细晶强化作用利于针状铁素体的形成，提高低温冲击韧性。

22、钛硅铁：脱氧剂之一，相比钛铁、硅铁单独加入，能够减少有害杂质带入。向焊缝中过渡微量的ti，与zr、b按照一定比例共同作用，改善低温冲击韧性。

23、雾化铁粉：作为余量添加，改善电弧状态，调节铁水流动性。

24、综上所述，本发明提供一种极地船舶钢用无缝药芯焊丝及其制备方法。其中，药芯采用气渣联合保护，钛型酸性渣系能够满足大电流焊接时的全位置焊接，焊接电弧稳定、飞溅小；焊缝进行ni-cr-cu-zr-ti-b微合金化设计，通过多种mn、si、al、mg、ti、zr等元素降低焊缝的o、n含量，使焊缝具有优异的低温韧性和耐腐蚀性能，抗拉强度510～690mpa，屈服强度≥400mpa，-80℃冲击功在80j以上；搭配无缝药芯焊丝制造技术解决了药粉吸潮问题，实现超低扩散氢，抗冷裂性优良。