本發(fā)明屬于焊接材料領域，具體涉及一種用于大線能量焊接的藥芯焊絲及其制備方法和應用。

背景技術：

1、近年，在造船、大型石油儲罐、高層建筑和海洋工程等大型裝備制造領域，隨著鋼鐵構件的大型化和大跨度化，焊接作為二次加工的重要環(huán)節(jié)越來越受到重視。為了減少焊接工時，提高焊接施工效率，降低構件焊接制造成本，氣電立焊、埋弧焊、電渣焊等大熱輸入焊接方法被廣泛應用。但是在大熱輸入焊接過程中，焊接接頭的溫度升高，焊縫金屬在高溫的停留時間增長，冷速變慢，導致焊接熱影響區(qū)(haz)和焊縫金屬晶粒粗化，力學性能嚴重惡化，給構件的安全使用帶來了強烈的負面影響。特別是隨著建筑、船舶等行業(yè)向大型化、高效化方向發(fā)展，亟需更高的線能量焊接技術，并要求鋼體結構在500kj/cm以上的超大線能量焊接條件下仍具有較高的力學性能，以保證工程結構的安全可靠性。

2、正是在此應用需求背景下，日本學者于20世紀90年代提出了利用鋼中細小彌散分布的夾雜物粒子，作為阻礙γ晶粒長大和誘導晶內(nèi)針狀鐵素體(acicular?ferrite，af)形核的質點，一方面釘扎原γ晶界，另一方面誘導af生成來分割細化原γ晶粒，從而細化組織。過去的幾十年里，提高焊接接頭韌性的傳統(tǒng)方法是通過細小的tin顆粒彌散分布，釘扎γ邊界，以阻止γ晶粒的長大。然而，由于高溫下tin在鋼中的溶解度較高，極易在焊接熱循環(huán)期間發(fā)生溶解，特別是超大線能量焊接條件下，焊接熱循環(huán)峰值溫度更高，這些氮化物更易溶解，從而大幅度降低其對γ晶界的釘扎效果。在此背景下，眾多學者不斷探尋在鋼中引入新的非金屬夾雜物以此改善焊接接頭的力學性能。

技術實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種藥芯焊絲。

2、本發(fā)明的目的之二在于提供一種藥芯焊絲的制備方法。

3、本發(fā)明的目的之三在于提供一種藥芯焊絲在焊接領域中的應用。

4、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術方案是：

5、本發(fā)明的第一個方面提供了一種藥芯焊絲，包括外皮和藥芯，所述藥芯填充在所述外皮內(nèi)部；所述藥芯是由以下質量百分數(shù)的成分組成：c?0.48～0.78％，al?0.72～0.84％，si?1.50～1.62％，mn?10.20～11.40％，ni?2.10～2.46％，ti?1.14～1.26％，mo1.08～1.14％，ta?0.06～1.48％，caf2-tio2熔煉焊劑5～7％，fe為余量。

6、優(yōu)選地，所述藥芯中的caf2-tio2熔煉焊劑采用包括以下步驟的制備方法制得：

7、將caf2和tio2混合后在溫度不低于1550℃下熔煉，得到熔煉產(chǎn)物；將所述熔煉產(chǎn)物水淬后在700～900℃煅燒3～5h，破碎、過篩，得到所述caf2-tio2熔煉焊劑。煅燒步驟的作用是使熔煉焊劑中的碳元素充分消耗，避免碳元素對藥芯焊絲的影響。

8、優(yōu)選地，所述熔煉步驟為在石墨坩堝中進行熔煉。

9、優(yōu)選地，所述熔煉保溫時間為8～12min。

10、優(yōu)選地，所述caf2-tio2熔煉焊劑的粒徑為10～40目。

11、優(yōu)選地，所述藥芯中的caf2-tio2熔煉焊劑采用包括以下步驟的制備方法制得：

12、將caf2和tio2放入混料設備中混合均勻，隨后將其放置于石墨坩堝中，在不低于1550℃溫度下進行熔煉，保溫10min后再經(jīng)過水淬獲得半成品，將所得半成品置于700～900℃下焙燒3-5h，使焊劑中的碳元素充分消耗后進行破碎和過篩處理，獲得粒度為10-40目的顆粒即為caf2-tio2型熔煉焊劑。

13、優(yōu)選地，所述藥芯焊絲中藥芯的填充率為20～30％。填充率為藥芯質量與藥芯和外皮的質量之和的比值。

14、優(yōu)選地，所述外皮為h08a鋼。h08a鋼為低碳低合金鋼。

15、優(yōu)選地，所述藥芯的粒徑≤80目。

16、優(yōu)選地，所述caf2-tio2熔煉焊劑中，caf2的質量百分數(shù)為25～60％，tio2的質量百分數(shù)為40～75％。在本發(fā)明中，caf2-tio2熔煉焊劑可作為造渣劑在焊接過程中起到保護熔池、穩(wěn)定電弧的作用。

17、優(yōu)選地，所述藥芯焊絲適用于400-800kj/cm的超大線能量焊接；進一步優(yōu)選地，優(yōu)選地，所述藥芯焊絲適用于600-800kj/cm的超大線能量焊接。

18、優(yōu)選地，所述藥芯焊絲的直徑為1.6mm。

19、本發(fā)明的第二個方面提供了本發(fā)明第一個方面提供的藥芯焊絲的制備方法，包括以下步驟：

20、將所述藥芯的各原料混合后填充入所述外皮中，然后冷彎成型、封口、拉拔減徑，制得所述藥芯焊絲。

21、優(yōu)選地，所述藥芯焊絲的制備方法包括以下步驟：

22、將藥芯的各原料干燥后混合，得到藥芯混合粉；

23、將所述外皮軋成u形，將所述藥芯混合粉填充入所述外皮中，然后冷彎成型、封口、拉拔減徑，制得所述藥芯焊絲。

24、優(yōu)選地，所述干燥溫度為90～130℃。

25、優(yōu)選地，所述干燥時間為4～24h。

26、優(yōu)選地，所述混合采用y型混粉機進行混合。

27、優(yōu)選地，所述混合時間為30～40min。

28、優(yōu)選地，所述外皮在使用前需要先洗滌干燥。

29、本發(fā)明的第三個方面提供了本發(fā)明第一個方面提供的藥芯焊絲在焊接領域中的應用。

30、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明中的藥芯焊絲在egw超大線能量熱輸入下(例如：大于600kj/cm)仍保持與母材相匹配的強度和較高的低溫沖擊韌性，力學性能遠高于要求值，具體為：抗拉強度大于560mpa，屈服強度大于440mpa，斷后伸長率大于20％，硬度大于180hv。

31、本發(fā)明中的藥芯焊絲中加入了caf2-tio2熔煉焊劑，可使焊縫具有良好的成型性，而且還具有優(yōu)異的穩(wěn)弧性，同時高溫下tio2可能發(fā)生分解，增加焊縫金屬中的ti和o含量，促進了含ti夾雜物的生成，這種夾雜物可有效誘發(fā)針狀鐵素體形核。此外，ta的引入使mx型碳化物析出量增加起到了明顯的彌散強化效果，大幅提升了焊縫金屬的強度，同時，ta與o的親和度較高，極易在焊接過程中形成ta2o5，這種氧化物具有高熔點和高硬度的特性，可作為針狀鐵素體的有效形核質點。ta為鐵素體穩(wěn)定元素，ta的加入提高了焊縫中奧氏體向鐵素體轉變的溫度，有利于提升鐵素體轉變的相變驅動力，促進針狀鐵素體在ta2o5表面形核，使得焊縫金屬在egw超大線能量熱輸入下(大于600kj/cm)仍保持與母材相匹配的強度和較高的低溫沖擊韌性，力學性能遠高于要求值。

技術特征：

1.一種藥芯焊絲，其特征在于：包括外皮和藥芯，所述藥芯填充在所述外皮內(nèi)部；所述藥芯是由以下質量百分數(shù)的成分組成：c?0.48～0.78％，al?0.72～0.84％，si?1.50～1.62％，mn10.20～11.40％，ni?2.10～2.46％，ti?1.14～1.26％，mo?1.08～1.14％，ta0.06～1.48％，caf2-tio2熔煉焊劑5～7％，fe為余量。

2.根據(jù)權利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于：所述藥芯中的caf2-tio2熔煉焊劑采用包括以下步驟的制備方法制得：

3.根據(jù)權利要求2所述的藥芯焊絲，其特征在于：所述caf2-tio2熔煉焊劑的粒徑為10～40目。

4.根據(jù)權利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于：所述藥芯焊絲中藥芯的填充率為20～30％。

5.根據(jù)權利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于：所述外皮為h08a鋼。

6.根據(jù)權利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于：所述藥芯的粒徑≤80目。

7.根據(jù)權利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于：所述caf2-tio2熔煉焊劑中，caf2的質量百分數(shù)為25～60％，tio2的質量百分數(shù)為40～75％。

8.根據(jù)權利要求1～7任一項所述的藥芯焊絲，其特征在于：所述藥芯焊絲在焊接時的線能量400～800kj/cm。

9.權利要求1～8任一項所述的藥芯焊絲的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

10.權利要求1～8任一項所述的藥芯焊絲在焊接領域中的應用。

技術總結
本發(fā)明屬于焊接材料領域，具體公開了一種用于大線能量焊接的藥芯焊絲及其制備方法和應用；所述藥芯焊絲包括外皮和藥芯，所述藥芯填充在所述外皮內(nèi)部；所述藥芯是由以下質量百分數(shù)的成分組成：C?0.48～0.78％，Al?0.72～0.84％，Si?1.50～1.62％，Mn?10.20～11.40％，Ni?2.10～2.46％，Ti?1.14～1.26％，Mo?1.08～1.14％，Ta?0.06～1.48％，CaF2?TiO2熔煉焊劑5～7％，F(xiàn)e為余量。本發(fā)明中的藥芯焊絲在EGW超大線能量熱輸入下仍保持與母材相匹配的強度和較高的低溫沖擊韌性，力學性能遠高于要求值。

技術研發(fā)人員：潘琳琳,吳仁杰,鄒曉東,李科,謝旭,蔡志紅
受保護的技術使用者：廣東省科學院中烏焊接研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/10