本發(fā)明涉及一種埋弧焊使用的藥芯焊絲，特別涉及一種適用于厚度＞100mm的高強鋼窄間隙埋弧焊的藥芯焊絲。

背景技術：

我國在海洋工程制造方面大部分厚板焊接方法仍為手工電弧焊或半自動化焊接方法為主，自動化程度不高。其中厚板的焊接采用開v型等坡口，焊縫填充量大，焊接熱輸入高，焊接變形大。而國外已將窄間隙焊接（ng）廣泛應用于厚板焊接，在日本甚至將窄間隙焊接和激光焊并稱為21世紀最適合厚板焊接的兩種方法。窄間隙具有獨特的優(yōu)點，表現在焊縫截面積減少50~80%，焊接效率得到明顯提升，節(jié)省了焊接材料；焊接熱輸入相對較小，冷卻速度快，接頭的殘余應力、殘余變形、熱影響區(qū)小，接頭性能得到提高。根據弧焊方法不同，目前對窄間隙分為八大類，但大量應用于工業(yè)生產的主要有窄間隙氣護焊ng-mig/mag、窄間隙埋弧焊ng-saw、窄間隙鎢極氬弧焊ng-tig三類。其中基于窄間隙埋弧焊ng-saw高質高效的特性，一直是各國研究的重點，國內主要海工平臺制造商也都以ng-saw為重點突破方向。

國外在壓力容器、核電設備、海洋工程的建造中使用窄間隙焊接已成為發(fā)展趨勢，國內也有少數企業(yè)采用，但真正對鋼材焊接接頭性能要求高的海洋工程，至今國內尚無制造商采用窄間隙自動化焊接技術及相應的焊材。國內現有埋弧焊藥芯焊絲都是針對耐磨材料的應用，適用于大型耐磨工件及蒸氣輪機部件和離心泵葉片等的堆焊，其焊絲直徑都在3.0mm以上，焊接熱輸入大。國內尚未有關于高強鋼窄間隙埋弧焊用的藥芯焊絲相關研究，實現細絲徑的埋弧堆焊藥芯焊絲，有助于實現高強鋼的高質高效焊接，從而提升我國海工裝備制造水平。

cn101913038a公開了一種適用于鋼軌窄間隙電弧焊接的自保護藥芯焊絲，其以冷軋低碳鋼鋼帶為原材料，采用常規(guī)藥芯過渡合金方式和通用的藥芯焊絲生產工藝制造，焊絲藥芯的配方由碳酸鈣、氟化鈣、氟化鋇、三氧化二鋁、鋁鎂合金、鐵粉、高碳錳鐵、金屬鎳、金屬鉻、金屬鉬構成，該焊絲可連續(xù)送絲、不用氣體保護、成本低、焊接質量好、易于操作，具有優(yōu)良的工藝和力學性能，電弧穩(wěn)定、飛濺小且成形美觀，可縮短焊接時間至30分鐘之內。其主要應用于鋼軌的窄間隙自保護焊接，并未涉及到用于高強鋼的窄間隙埋弧焊。

cn106141500a公開了一種適用于屈服強度690mpa鋼用超低氫無縫埋弧焊藥芯焊絲，主要由外皮和藥芯粉組成，外皮采用低碳鋼帶制成，所述藥芯粉按照質量百分比由以下原料組成：大理石8~12%、螢石4~8%、金屬鎳25~30%、金屬鉻2~4%、鉬鐵7~9%、電解錳12~16%、硅鐵1~3%、鈦鐵3~5%、硼鐵2~4%、鈦酸鉀2~3%、氟化鉀1~3%、氟化鈉1~3%，余量為鐵粉。其抗吸潮性極強，與氟堿型燒結焊劑sr-sj613配合工藝性能優(yōu)良，擴散氫極低(≤4ml/100g)，-40℃夏比沖擊功達到100j以上，其應用于海洋工程領域屈服強度690mpa級鋼板的焊接，未涉及到使用于厚板的窄間隙埋弧焊。

cn102848103a公開了一種超低氫高韌性埋弧焊藥芯及埋弧藥芯焊絲，其藥芯成分為:caf2、na2sif6、ref、baco3、caco3、mgo、tio2、sio2、zro2、硼化物、na2o、k2o、mn、al-mg、ni、ti、si和re，余量為fe。與高堿度燒結焊劑配合，焊縫金屬在-60℃下沖擊吸收功高于80j。與低吸潮性熔煉焊劑配合，焊縫金屬在-40℃下沖擊吸收功高于90j。與兩種焊劑中的任何一種配合，焊縫擴散氫含量均低于5ml/100g。達到了標準規(guī)定的超低氫范圍。焊絲抗冷裂紋能力強，具有高的斷裂韌性值，焊絲適用于低合金高強鋼，可用于重要結構的焊接。

cn103056558a公開了一種用于鉻鉬耐熱鋼低溫沖擊及窄間隙埋弧焊用埋弧焊焊劑及制法。所述焊劑組分質量百分比為：sio28~20%；mgo20~40%；al2o315~30%；cao15~28%；mno0.5~5%；na2o0.5~2%；k2o0.5~2%；tio20.5~3%；fe2o3≤3.0%；s≤0.030%；p≤0.030%。此焊條焊劑專門用于焊接窄間隙及鉻鉬耐熱鋼低溫沖擊下的埋弧焊焊劑。

綜合來看，目前公布的專利申請均未有提及適合于厚度＞100mm的高強鋼窄間隙埋弧焊用藥芯焊絲。研究開發(fā)適合細絲徑的窄間隙埋弧堆焊藥芯焊絲，能降低接頭熔敷金屬的填充總量，減少焊接道次，提高整體焊接效率。此外，引入細絲徑藥芯焊絲，以相對較小的焊接熱輸入，同時又可以獲得合理的熔覆效率，從根本上解決窄間隙埋弧焊無法應用在高強鋼焊接上的難題，有助于實現厚板高強鋼的高質高效焊接，從而提升我國海工裝備制造水平。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種針對厚板高強鋼窄間隙埋弧焊藥芯焊絲。本發(fā)明能解決窄間隙埋弧焊無法在厚板高強鋼應用的難題，適合厚度超過100mm的窄間隙埋弧焊。

本發(fā)明所提供的厚板高強鋼窄間隙埋弧焊的藥芯焊絲由鋼帶和藥芯組成，焊絲直徑為1.2mm，藥芯化學成分及質量百分含量為:造渣劑6.0~10.0%；除氫劑1.6~3.6%；硅鐵0.2~0.6%；錳鐵0.1~0.3%；鎳粉1.0~3.0%；鉻鐵0.5~1.6%；其余為鐵粉，藥芯填充率為12~14%。

其中所述的造渣劑為菱鋅礦，與普通埋弧焊藥芯焊絲相比，厚板窄間隙埋弧焊對脫渣性要求很高，特別是在超過200mm的深窄坡口焊接時，若無優(yōu)異的脫渣性，即會產生微小的夾渣，引起焊縫金屬韌性的急劇下降。本發(fā)明中加入主要成分為碳酸鋅的菱鋅礦作為造渣劑，其在電弧作用下會發(fā)生分解生成氧化鋅，基于氧化鋅具有的較高能帶隙和激子束縛能，極易與菱鋅礦中少量存在的fe2o3、sio2反應形成具有薄膜層狀結構的zno-fe3o4-sio2熔渣，進一步與埋弧焊劑反應生成極易脫落的大塊狀熔渣。

所述的除氫劑為氟化鍶與氟化鈣的混合物，質量比為3:1，基于高強鋼對氫致冷裂紋敏感性及厚板窄間隙坡口的焊縫金屬較大的拘束應力，需要除氫能力更強的srf2為添加劑，其在窄間隙埋弧焊過程中極易電離出f^—離子與焊縫金屬中的氫反應，形成hf逸離出焊縫金屬，進而降低焊縫金屬中的擴散氫含量。

其中錳鐵、硅鐵為脫氧劑，鎳粉與鉻鐵配合使用能顯著增強焊縫金屬強度和韌性，鐵粉的加入主要用于提高焊接效率及穩(wěn)定電弧。

本發(fā)明提供的窄間隙埋弧焊藥芯焊絲具有以下有益效果：1）在滿足窄間隙坡口焊接效率的前提下，焊絲為細直徑的1.2mm，能降低接頭熔敷金屬的填充總量，減少焊接道次，降低厚板焊接時的整體熱輸入量及焊縫金屬拘束應力；2）通過添加菱鋅礦為造渣劑，可在窄間隙埋弧焊過程中形成極易脫離的薄膜層狀熔渣，解決厚板高強鋼窄間隙焊接時熔渣難以去除的問題；3）氟化鍶與氟化鈣除氫劑的加入，能顯著降低焊縫金屬擴散氫含量，減少氫致冷裂紋的生成。綜合以上優(yōu)點，本發(fā)明提供的窄間隙埋弧焊藥芯焊絲非常適用于厚度＞100mm的高強鋼焊接，尤其適用于對擴散氫敏感的海洋工程高強鋼的焊接應用。

具體實施方法

根據具體高強鋼母材強度的不同，分別按照表1中成分制備藥芯粉末，各組分粒度范圍控制在150~200目，經120℃烘干處理后，混合均勻并按照12~14%的填充率加至以冷軋鋼帶為外皮的焊絲中。表1是實施例的藥芯焊絲組分及質量百分含量，表2為藥芯粉末的牌號或規(guī)格。

表1藥芯焊絲組分及質量百分含量（%）

表2藥芯粉末的牌號或規(guī)格

試驗中所用焊接設備為雙絲窄間隙埋弧焊焊接平臺，包括擺槍雙絲窄間隙埋弧焊機，重型十字操作架。實驗采用試板尺寸為300×150×180mm，試件墊板厚為10mm。坡口采用i形坡口，坡口間隙為20mm，坡口兩個側面和底面均銑平。采用燒結型堿性焊劑okflux10.62，焊接前的準備工作包括以下幾點：1）焊前用手動砂輪機將坡口及坡口兩側各30mm范圍內的鐵銹、氧化皮等雜質進行清理，使其露出金屬光澤，并用丙酮溶液清洗坡口去除油污，防止氣孔產生；2）焊件裝配應保證間隙均勻，高低一致。為了避免引弧和收尾處出現缺陷，在焊縫兩端加裝引弧板和引出板，待焊后再將其去除；3）焊劑在烘烤爐中以300~350℃烘烤2小時，使用時保持干燥無雜物。

焊前對母材進行預熱，并控制層間溫度，焊后進行消氫處理后進行各項性能檢測。依次截取沖擊試樣、拉伸及擴散氫含量測試試樣。低溫沖擊試樣尺寸為20×20×30mm，擴散氫試樣尺寸為5×10×20mm，要求無夾渣、氣孔等缺陷。表3是焊接后的測試結果。

表3力學性能及擴散氫測試結果