本發(fā)明屬于焊接材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種深水環(huán)境的全位置水下濕法焊接用自保護(hù)藥芯焊絲。
背景技術(shù)：
：隨著海洋工程建設(shè)規(guī)模的加大，水下焊接的應(yīng)用也日益頻繁。出于開發(fā)深海資源的需求，水下焊接的施工深度不斷增加，因此對提高深水環(huán)境下的焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率提出了迫切的需求。水下濕法焊接用自保護(hù)藥芯焊絲是可以在無排水裝置和無保護(hù)氣氛下直接在水中進(jìn)行施焊的焊接材料，水下焊接時具有操作簡單、高效率、高質(zhì)量和可自動化焊接的特點(diǎn)，能夠滿足深水環(huán)境下的焊接需求。但與淺水環(huán)境下的焊接相比，深水環(huán)境下焊接還存在如下問題：(1)在水壓作用下，焊接電弧收縮嚴(yán)重，電弧不穩(wěn)，易出現(xiàn)頻繁熄弧現(xiàn)象；(2)合金元素?zé)龘p嚴(yán)重，外加水的急冷作用，焊接接頭脆性很大。因此，針對深水環(huán)境下的焊接特點(diǎn)，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的深水環(huán)境焊接專用藥芯焊絲，對提高深水環(huán)境下的焊接質(zhì)量至關(guān)重要。水下濕法焊接時焊接過程穩(wěn)定性至關(guān)重要。cn104874939a介紹了一種高穩(wěn)定性水下濕法焊條用藥皮，能夠在水深不超過20米，水流速度不高于1.2米/秒的條件下，保持順暢引弧，持續(xù)穩(wěn)定燃燒，無電弧熄滅現(xiàn)象，熔敷金屬抗拉強(qiáng)度rm≥400mpa。但該類焊條的焊接水深不超過20米，在深水環(huán)境下的焊接受到限制。采用水下濕法自保護(hù)藥芯焊絲能夠?qū)崿F(xiàn)水下半自動和全自動焊接，因此可以適用于深水環(huán)境下焊接。cn103084761b和cn104057214b分別介紹了一種水下濕法焊接用自保護(hù)藥芯焊絲，所采用護(hù)皮分別由低碳鋼鋼帶和n6鎳帶卷成，水下焊接時均存在起弧容易，電弧燃燒穩(wěn)定，再引弧性好，焊縫成形性好，力學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)。但由于受水壓的影響，深水環(huán)境和淺水環(huán)境下焊接會存在很大差異，而這兩種藥芯焊絲均沒有針對深水環(huán)境焊接特點(diǎn)對藥芯成分進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，也沒有對深水環(huán)境下的焊接性和接頭的力學(xué)性能等方面進(jìn)行綜合評價，因此不能確定這兩種藥芯焊絲是否適應(yīng)深水環(huán)境下的焊接。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提供一種燃弧穩(wěn)定、工作效率高，適用于100-200米深水環(huán)境的全位置水下濕法焊接用自保護(hù)藥芯焊絲。焊后熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度大于500mpa，且具有良好的沖擊韌性，能夠基本滿足中低碳鋼及低合金高強(qiáng)鋼在深水環(huán)境下的全位置焊接要求。在藥芯中添加多種穩(wěn)弧劑來保證深水環(huán)境下焊接電弧的穩(wěn)定燃燒，并通過藥芯向熔敷金屬中過渡合金元素的方式，提高熔敷金屬的力學(xué)性能。除此之外，通過調(diào)整熔渣的粘度，使其滿足深水環(huán)境下的全位置焊接要求。一種深水環(huán)境的全位置水下濕法焊接用自保護(hù)藥芯焊絲，包括金屬外皮和藥芯，金屬外皮由n6鎳帶卷成，藥芯的基礎(chǔ)渣系為堿性氟化鈣-鋁-鎂渣系，n6鎳帶的化學(xué)成分(wt.％)為：ni+co≥99.5％，cu≤0.06％，fe≤0.10％，mn≤0.05％，c≤0.10％，si≤0.10％，s≤0.005％，藥芯的基礎(chǔ)渣系為堿性氟化鈣-鋁-鎂渣系?？紤]到深水環(huán)境下的焊接特點(diǎn)，為了保證深水環(huán)境下焊接電弧的穩(wěn)定燃燒和獲得性能優(yōu)良的焊接接頭，本發(fā)明對內(nèi)部藥芯配方進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，通過在藥芯中添加多種穩(wěn)弧劑來保證深水環(huán)境下焊接電弧的穩(wěn)定燃燒，并通過藥芯向熔敷金屬中過渡合金元素的方式，提高熔敷金屬的力學(xué)性能。除此之外，通過調(diào)整熔渣的粘度，使其滿足深水環(huán)境下的全位置焊接要求。所設(shè)計(jì)藥芯的組分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：氟化物52％-67％，鋁鎂合金粉14％-20％，碳酸鈣5％-10％，錳鐵5％-15％，鉻3％-10％，鈦4％-10％，稀土1.5％-5％。藥芯焊絲中藥芯的填充率為24％-32％。碳酸鈣，主要起到造氣作用，但碳酸鈣加入量不能太大，加入量一般不能超過10％，否則焊接時易產(chǎn)生較大的飛濺，所以本發(fā)明中碳酸鈣的加入量為5％-10％；錳鐵起到焊縫脫氧、脫硫作用，并能向焊縫中過渡合金元素，改善焊縫冶金性能，確保焊縫金屬的強(qiáng)度。本發(fā)明中錳鐵加入的質(zhì)量百分比為5％-15％；鉻作為合金元素加入到焊縫中，與鎳形成ni-cr固溶體，作為焊縫金屬的基體組成部分，此外，鉻也是鎳基合金中的主要組成合金元素，具有抗氧化和抗腐蝕的作用，還能提高焊縫的強(qiáng)度和沖擊性能。本發(fā)明中鉻加入的質(zhì)量百分比為3％-10％；鈦的加入起到脫氧、脫氮和去氫作用，鈦是強(qiáng)碳化物形成元素，且生成的tic具有很強(qiáng)的捕氫能力，降低焊縫中的擴(kuò)散氫含量。此外，鈦還易與焊接熔池中的c、n和o反應(yīng)生成細(xì)小的tic、tio和tin顆粒，還可作為異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)，起到細(xì)化晶粒，改善焊縫組織，提高接頭韌性的作用。本發(fā)明中鈦加入的質(zhì)量百分比為4％-10％；稀土金屬可以顯著提高電弧穩(wěn)定性，減少斷弧時間和短路次數(shù)，保證在深水環(huán)境下的順利焊接。另外，稀土金屬還具有強(qiáng)烈的脫氧、脫氮和脫硫作用，凈化焊縫，改善焊縫韌性。本發(fā)明中稀土金屬加入的質(zhì)量百分比為1.5％-5％。氟化物以caf2為主，再加入lif、k2zrf6和na2zrf6，四者的質(zhì)量百分比分別為caf260％-80％，lif10％-30％，k2zrf65％-15％，na2zrf65％-15％。氟化物主要起到造渣、造氣和稀渣作用。焊接過程中氟化物在焊接電弧的高溫作用下發(fā)生電離，生成的氟離子與氫離子結(jié)合，生成不溶于熔敷金屬的hf氣體，從而降低焊縫金屬的擴(kuò)散氫含量。另外，在焊接過程中氟化物部分氣化，形成氣囊，保護(hù)焊接電弧，降低水對電弧的影響。lif、k2zrf6和na2zrf6的分解能力比caf2強(qiáng)，在焊接電弧作用下更容易氣化，因此也更容易降低熔敷金屬中的氫含量，且分解出來的li，k，na為堿金屬有穩(wěn)弧作用，能提高深水環(huán)境下焊接的電弧穩(wěn)定性，zr還起到細(xì)化晶粒的作用。除此之外，氟化物還起到造渣、稀渣作用，調(diào)整熔渣的粘度。當(dāng)氟化物含量過多時，熔渣粘度變低，焊接時熔渣流淌嚴(yán)重，不利于全位置焊接，平焊時，也會導(dǎo)致焊縫表面金屬裸露，不能起到很好的保護(hù)作用。此外，氟化物加入量過多，還會導(dǎo)致焊接電弧燃燒不穩(wěn)定，飛濺增多，焊接工藝性變差。但氟化物加入量過少時，造氣造渣不足，會存在焊縫中易產(chǎn)生氣孔及焊縫表面熔渣覆蓋不全等問題。所以本發(fā)明中氟化物的總加入量為52％-67％。鋁鎂合金粉中鋁的質(zhì)量百分比為50％-70％，鎂的質(zhì)量百分比為30％-50％。鋁-鎂合金粉是強(qiáng)脫氧劑，在焊接過程中與氧發(fā)生反應(yīng)，防止氣孔生成，同時降低藥芯中si、mn及其他合金元素的燒損，有利于合金元素的過渡，改善焊縫成形，提高焊縫質(zhì)量。鋁在焊接過程中氧化生成氧化鋁進(jìn)入熔渣，與氟化鈣混合，調(diào)整熔渣的熔點(diǎn)和粘度，保證熔渣在焊縫表面的保護(hù)作用，并滿足全位置焊接特點(diǎn)。但當(dāng)鋁含量過多時，生成過多的氧化鋁，使得熔渣熔點(diǎn)顯著升高，使得相比于外部金屬帶內(nèi)部藥芯熔化滯后，不能起到保護(hù)熔滴的作用，另外，熔渣熔點(diǎn)過高，凝固時易造成焊縫金屬夾渣缺陷。除此之外，如果鋁加入量過多有殘余時，進(jìn)入焊縫，導(dǎo)致焊縫的韌性降低。鎂在高溫作用下反應(yīng)產(chǎn)生mgo進(jìn)人熔渣，有利于改善熔渣的堿度，提高焊縫金屬的低溫韌性。mgo還能提高熔渣的導(dǎo)電能力，提高電弧穩(wěn)定性，還可改善藥芯焊絲的起弧和再引弧功能。但是生成的氧化鎂在熔渣中的含量應(yīng)控制在5％以下。所以本發(fā)明中鋁鎂合金粉的總加入量為14％-20％。優(yōu)選的，藥芯焊絲中藥芯的填充率為24％-32％。藥芯焊絲采用常規(guī)藥芯焊絲制備技術(shù)制得。本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行水下焊接時，易起弧，電弧燃燒穩(wěn)定，再引弧性能良好，無熄弧斷弧現(xiàn)象，可以用于100-200米水深的全位置水下濕法焊接，且焊后所得焊縫成形美觀，焊后熔敷金屬抗拉強(qiáng)度不低于500mpa，且具有良好的沖擊韌性，可滿足中低碳鋼及低合金高強(qiáng)鋼在深水環(huán)境下的全位置焊接。具體實(shí)施方式下面通過具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但并不是對本發(fā)明的限制。按上述比例配制藥芯粉，調(diào)整藥芯粉的組成含量，如表1所示，制備6種不同成分含量的藥芯焊絲，藥芯粉的粒度為80目。首先將各藥芯成分按比例精確稱量，然后放入混粉機(jī)內(nèi)混合5小時后取出備用。制備藥芯焊絲選擇n6鎳帶作為藥芯焊絲金屬外皮，化學(xué)成分如表2所示，鎳帶規(guī)格為：0.3mm×8mm，按照普通的藥芯焊絲制備工藝進(jìn)行生產(chǎn)，將上述混合均勻的藥芯粉添加到金屬外皮中，制備出截面為“o”型的藥芯焊絲，焊絲直徑為φ1.6mm，藥芯的填充率為24％-32％。實(shí)施例所用的母材為e40鋼板，板厚為14mm，焊接試驗(yàn)在能模擬不同焊接水深的壓力罐中進(jìn)行，焊接水深為200米，所采用的焊接工藝參數(shù)如表3所示，本發(fā)明實(shí)施例焊接后熔敷金屬的力學(xué)性能如表4所示。序號caf2lifk2zrf6na2zrf6al-mg合金粉caco3mn-fecrti稀土13884516796522427441566664346634145748343810541566555542106518553426458441575453表1本發(fā)明自保護(hù)藥芯焊絲用藥芯化學(xué)成分(wt.％)成分ni+cocufemncsis含量≥99.5≤0.06≤0.10≤0.05≤0.10≤0.10≤0.005表2本發(fā)明用n6鎳帶化學(xué)成分(wt.％)表3本發(fā)明實(shí)施例所用焊接工藝參數(shù)表4本發(fā)明實(shí)施例焊后熔敷金屬力學(xué)性能實(shí)施例僅說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其進(jìn)行任何限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，依然可以對前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明所要求保護(hù)的技術(shù)方案的精神和范圍。當(dāng)前第1頁12