本發(fā)明屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于屈服強度550MPa鋼的無縫埋弧藥芯焊絲。

背景技術(shù)：

屈服強度550MPa鋼板廣泛應(yīng)用于海洋工程、艦船制造、橋梁、建筑、石油化工等高端技術(shù)領(lǐng)域。這些領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)鋼板一般板厚較厚，服役條件相對比較惡劣，因此對相對應(yīng)的埋弧焊材提出了較高的要求：（1）具有良好的工藝性能，尤其是鋪展性，避免出現(xiàn)咬邊、未熔合以及夾渣等缺陷；（2）具有良好的低溫韌性，-40℃夏比沖擊功大于55J；（3）具有低的擴散氫，由于板厚較厚，焊接時拘束應(yīng)力較大，冷裂紋敏感性較大，故一般要求擴散氫≤5mL/100g（氣相色譜法）。目前，國外埋弧自動埋弧焊焊接這些重要的結(jié)構(gòu)一般都采用無縫埋弧藥芯焊絲，而國內(nèi)由于技術(shù)相對落后，一般采用實心焊絲焊接。無縫埋弧藥芯焊絲與實心焊絲相比具有以下優(yōu)點：（1）電弧穩(wěn)定、鋪展性好，與母材熔合性好，不易出現(xiàn)未熔合、咬邊以及夾渣等缺陷，特別適合50-100mm大厚板的焊接；（2）成分調(diào)整方便，供貨周期短，成本相對較低，綜合力學性能優(yōu)良。無縫埋弧藥芯焊絲與有縫藥芯焊絲相比，藥粉不吸潮，擴散氫低，方便儲存。目前，沒有可用于屈服強度為550MPa鋼焊接的無縫埋弧藥芯焊絲以及相關(guān)內(nèi)容。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于屈服強度550MPa鋼的無縫埋弧藥芯焊絲，該焊絲工藝性良好，低溫韌性優(yōu)良，擴散氫較低，可用于海洋工程、艦船制造等領(lǐng)域屈服強度550MPa鋼板焊接。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種用于屈服強度550MPa鋼的無縫埋弧藥芯焊絲，由外皮和藥芯粉組成，外皮為低碳鋼帶，所述藥芯粉按照重量百分比由以下組分組成：鎳粉8%-10%、鉬鐵3%-6%、金屬錳10%-14%、稀土硅鐵6%-8%、鈦鐵3%-5%、鋯鐵1%-2%、硼鐵1%-3%、鈦酸鉀1%-2%、氟化鈉1%-3%、余量為鐵粉。

作為本發(fā)明一種用于屈服強度550MPa鋼的無縫埋弧藥芯焊絲的進一步優(yōu)化，所述藥芯焊絲中藥芯粉的填充率為10%-15%。

作為本發(fā)明一種用于屈服強度550MPa鋼的無縫埋弧藥芯焊絲的進一步優(yōu)化，所述低碳鋼帶按照重量百分數(shù)由以下成分組成：C 0.035%、Si 0.02%、Mn 0.22%、S 0.005%、P 0.01，余量為Fe。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有下述優(yōu)點及有益效果：

（1）本發(fā)明的無縫埋弧藥芯焊絲抗吸潮性極強，與氟堿型燒結(jié)焊劑SR-SJ613配合，工藝性能優(yōu)良，擴散氫≤5ml/100g（氣相色譜法），-40℃夏比沖擊功達到100J以上，可以應(yīng)用于海洋工程、艦船制造等高端技術(shù)領(lǐng)域屈服強度550MPa鋼板的焊接。

（2）本發(fā)明的焊絲采用無縫的形式，與有藥芯焊絲相比藥粉不吸潮，有利降低焊縫金屬的擴散氫。

（3）本發(fā)明藥芯粉中含有一定的穩(wěn)弧劑鈦酸鉀，與實心焊絲性相比電弧更穩(wěn)定；配方中含有一定量的氟化物，有利于降低焊縫金屬的擴散氫。

（4）本發(fā)明采用Si-Mn-Ti聯(lián)合脫氧，脫氧充分，有利于減少焊縫金屬中夾雜物的含量，有利于提高焊縫金屬的低溫韌性。

（5）本發(fā)明藥芯粉中含有一定量的Ni，Ni是細化晶粒的重要元素，可增加針狀鐵素體數(shù)量，從而提高焊縫金屬的低溫韌性。

（6）本發(fā)明藥芯粉中含有一定量的Ti、B、Zr以及稀土元素，這些元素相互作用，可改變夾雜物的形貌、分布，增加針狀鐵素體數(shù)量，從而提高焊縫金屬的低溫韌性。

具體實施方式

為使本發(fā)明的內(nèi)容更明顯易懂，以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。

一種用于屈服強度550MPa鋼的無縫埋弧藥芯焊絲，由外皮和藥芯粉組成，外皮為低碳鋼帶，藥芯粉的填充率為10%-15%，所述藥芯粉按照重量百分比由以下組分組成：鎳粉8%-10%、鉬鐵3%-6%、金屬錳10%-14%、稀土硅鐵6%-8%、鈦鐵3%-5%、鋯鐵1%-2%、硼鐵1%-3%、鈦酸鉀1%-2%、氟化鈉1%-3%、余量為鐵粉。

本發(fā)明中，鎳粉的主要作用是過渡合金。鎳是提高低溫韌性的重要元素，具有細化晶粒、減少偏析、促進針狀鐵素體形成的作用，從而可提高焊縫金屬的低溫韌性。

鉬鐵主要作用是過渡合金。適量的鉬能保證焊縫金屬具有合適強度的同時，保持較高的低溫韌性。

金屬錳主要目的在于脫氧的同時提高焊縫金屬的抗拉強度和韌性。含量過低，焊縫金屬強度過低，含量過高導致焊縫金屬強度過、高韌性下降。

稀土硅鐵中硅的主要作用是脫氧，稀土元素的主要作用為細化焊縫金屬組織，提高其低溫韌性。加入量過低時脫氧不足，造成焊縫金屬塑性、韌性下降。但加入量過大，焊縫金屬中硅含量過高，同樣導致焊縫金屬的塑性和韌性下降。

鈦鐵主要作用是脫氧。另外，鈦的氧化物可作為較強的氫陷阱，能固化大量的氫，從而有效降低熔敷金屬擴散氫的含量。鈦鐵的加入量過低，導致脫氧不足，加入量過大，會導致焊縫金屬強度升高、韌性下降。

硼鐵主要是和鈦鐵配合，起到Ti-B聯(lián)合韌化的作用。加入微量的Ti、B，可以細化晶粒，提高焊縫金屬的低溫韌性。

鋯鐵的主要作用是細化晶粒，提高焊縫金屬的強度和韌性。

氟化鈉主要作用是降低焊縫金屬的擴散氫。

鈦酸鉀主要作用是穩(wěn)定電弧。

本發(fā)明中所述的金屬粉芯型無縫埋弧藥芯焊絲，采用在線同步添加藥芯粉，添加藥芯粉后的外皮鋼帶，經(jīng)軋輥成型和焊合后，再經(jīng)退火、減徑和鍍銅，制備出金屬粉芯型無縫埋弧藥芯焊絲。本發(fā)明中所述的金屬粉芯型無縫埋弧藥芯焊絲的直徑為3.2 mm、4.0mm和5.0 mm，藥芯粉的填充率為10%-15%。

以下為具體實施例1-3，實施例中藥芯粉的組成如表1所示，外皮用低碳鋼帶的組成如表2所示。

表1本發(fā)明實施例無縫埋弧藥芯焊絲的藥芯粉的組成（重量%）

表2無縫埋弧藥芯焊絲選用鋼帶的化學成分（重量%）

將上述3個實施例制得的焊絲與SR-SJ613焊劑配合，按照國標GB/T 5118-2012標準規(guī)定，進行熔敷金屬化學成分分析、熔敷金屬力學性能測試和熔敷金屬擴散氫含量測定。以Φ4.0mm焊絲為例，焊接工藝參數(shù)為：焊接電源直流反接，焊接電流550~600A，焊接電壓28~32V，道間溫度100~180℃，測試結(jié)果如表3-5所示。

表3 本發(fā)明實施例無縫埋弧藥芯焊絲熔敷金屬的化學成分（重量%）

表4 本發(fā)明實施例無縫埋弧藥芯焊絲熔敷金屬的力學性能

表5本發(fā)明實施例無縫埋弧藥芯焊絲熔敷金屬的擴散氫含量（氣相色譜法）

由以上結(jié)果可知，本發(fā)明的無縫埋弧藥芯焊絲抗吸潮性極強，與氟堿型燒結(jié)焊劑SR-SJ613配合，焊接電弧穩(wěn)定，成型美觀，擴散氫低，力學性能優(yōu)異、-40℃夏比沖擊功可達到100J以上，可滿足AWS A23F62A4-EC-G的要求，可以應(yīng)用于海洋工程、艦船制造等高端技術(shù)領(lǐng)域屈服強度550MPa鋼板的焊接。