本發(fā)明屬于焊接材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種1000mpa級(jí)高強(qiáng)度全位置超低氫藥芯焊絲及其焊接方法，可應(yīng)用1000mpa級(jí)低合金高強(qiáng)鋼焊接。
背景技術(shù)：
：隨著煉鋼技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼鐵公司采用精煉技術(shù)、微合金化技術(shù)，控軋控冷(tmcp)技術(shù)開發(fā)出了超高強(qiáng)度和高塑韌性的鋼種，尤其進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國(guó)低合金高強(qiáng)鋼的研究開發(fā)進(jìn)入快速發(fā)展階段，抗拉強(qiáng)度在400～1000mpa級(jí)的具有世界先進(jìn)水平的鋼種不斷開發(fā)出來，并廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、海洋結(jié)構(gòu)、橋梁建筑等領(lǐng)域。然而，超高強(qiáng)度鋼板的使用則對(duì)焊接技術(shù)提出了更大的挑戰(zhàn)，要求選用強(qiáng)度與之匹配的焊接材料，且具有良好焊接操作工藝性能，抗裂性能、強(qiáng)韌綜合性能以及良好的抗疲勞裂紋擴(kuò)展能力，需進(jìn)一步研發(fā)與之匹配的高效率、高質(zhì)量、低成本的焊接材料。因此，盡快開發(fā)出適合全位置鈦堿型1000mpa級(jí)高強(qiáng)鋼板配套藥芯焊絲具有重要意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種1000mpa級(jí)高強(qiáng)度全位置超低氫藥芯焊絲，其配合富氬混合氣體作保護(hù)氣，抗拉強(qiáng)度等級(jí)滿足1000mpa級(jí)超高強(qiáng)度鋼。本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種1000mpa級(jí)高強(qiáng)度全位置超低氫藥芯焊絲，包括碳鋼外皮和置于碳鋼外皮中的藥芯，所述藥芯成分及其在藥芯中所占的質(zhì)量百分比含量為：srco3：2～4％；caf2：3～6％；tio2：25～35％；長(zhǎng)石：3～10％；si-fe：2～5％；mg：2～5％；c：0.2～0.5％；zr-fe：0.4～1.0％；mn：8～15％；cr：3～6％；ni：18～20％；mo：3～7％；fe3o4：1.5～3％；余量為fe及不可避免的雜質(zhì)。進(jìn)一步的，所述碳鋼外皮包括按質(zhì)量百分比計(jì)的如下化學(xué)成分：c：0.044％；si：0.25％；mn：0.35％；s：0.009％；p：0.008％；n：0.002％。進(jìn)一步的，所述藥芯占藥芯焊絲總質(zhì)量的15～19％。進(jìn)一步的，所述藥芯焊絲熔敷金屬中c含量為0.04～0.07％，且zr/c含量比為0.75～1。進(jìn)一步的，所述藥芯焊絲直徑為1.0～1.4mm。進(jìn)一步的，所述藥芯焊絲采用搭接或?qū)觨型封口方式制造得到。優(yōu)選的，所述藥芯成分及其在藥芯中所占的質(zhì)量百分比含量為：srco3：3％；caf2：5％；tio2：30％；長(zhǎng)石：5％；si-fe：3％；mg：2％；c：0.4％；zr-fe：0.6％；mn：13％；cr：6％；ni：18％；mo：7％；fe3o4：2％；余量為fe及不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選的，所述藥芯成分及其在藥芯中所占的質(zhì)量百分比含量為：srco3：2％；caf2：6％；tio2：28％；長(zhǎng)石：7％；si-fe：4％；mg：4％；c：0.3％；zr-fe：0.5％；mn：15％；cr：4％；ni：18％；mo：3％；fe3o4：1.5％；余量為fe及不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選的，所述藥芯成分及其在藥芯中所占的質(zhì)量百分比含量為：srco3：3％；caf2：5％；tio2：35％；長(zhǎng)石：6％；si-fe：4％；mg：2％；c：0.2％；zr-fe：1.0％；mn：12％；cr：3％；ni：19％；mo：5％；fe3o4：2％；余量為fe及不可避免的雜質(zhì)。另外，本發(fā)明還提供了上述1000mpa級(jí)高強(qiáng)度全位置超低氫藥芯焊絲的焊接方法，焊接條件為：保護(hù)氣體為75～85％ar+15～25％co2的富氬混合氣；焊接電流180～280a；焊接電壓25～32v；焊接速度23～30cm/min，氣流量18～25l/min。本發(fā)明1000mpa級(jí)高強(qiáng)度全位置超低氫藥芯焊絲的設(shè)計(jì)原理如下：本發(fā)明采用鈦堿型渣系，配合富氬混合氣體保護(hù)，藥芯焊絲焊接時(shí)呈射流過度，在藥芯中加入造渣劑和穩(wěn)弧物質(zhì)，使得熔渣可完全覆蓋焊縫金屬，形成渣-氣聯(lián)合保護(hù)，并滿足焊接操作工藝性能要求，適用于全位置焊接，具有良好的全位置適應(yīng)性；采用低碳加多種元素微合金化，控制合金配比，實(shí)現(xiàn)焊縫金屬的微合金化，保證該藥芯焊絲具有優(yōu)良的綜合性能，并滿足焊絲設(shè)計(jì)要求；同時(shí)，藥芯中加入srco3與caf2能夠起到很好的脫s和去[h]效果，分解產(chǎn)生的sro適當(dāng)提高渣的堿度，提高力學(xué)性能的同時(shí)保持了鈦型優(yōu)異的工藝性能，并對(duì)粉料進(jìn)行預(yù)處理，減少焊絲水分含量，有效降低熔敷金屬擴(kuò)散氫含量，提高抗裂性能。srco3的作用是造氣、造渣，同時(shí)還能去除s、p；srco3高溫分解產(chǎn)生的sro能適當(dāng)提高渣的堿度，有利于去除非金屬夾雜物，提高力學(xué)性能的同時(shí)保持了鈦型優(yōu)異的工藝性能；srco3加入量過多時(shí)，焊絲過渡顆粒增大，產(chǎn)生co2增多導(dǎo)致飛濺大，破壞工藝性能，srco3加入量過少時(shí)，分解產(chǎn)物sro較少，導(dǎo)致脫硫、脫磷不充分，對(duì)堿度影響不大；因此，藥芯中控制srco3加入量為2～4％。caf2為去氫劑，降低熔敷金屬擴(kuò)散氫含量，同時(shí)可以提高熔渣的堿度，抗氣孔能力強(qiáng)，焊縫抗裂性極好；caf2加入量太少時(shí)，去氫能力不足，電弧穩(wěn)定性不好，易產(chǎn)生氣孔和壓坑；caf2加入量太多時(shí)，則焊接飛濺和煙塵增大，毒性增加；因此，控制caf2的加入量為3～6％。tio2的作用是使熔渣具有適當(dāng)?shù)娜埸c(diǎn)和粘度，調(diào)節(jié)焊縫金屬與熔渣之間的線膨脹系數(shù)，改善脫渣性；此外，tio2作為穩(wěn)弧劑，可明顯降低飛濺，有利于全位置焊接；但tio2加入量過多時(shí)，焊縫金屬氧含量增加的同時(shí)，在高溫下促進(jìn)γ→α轉(zhuǎn)變，易得到先共析鐵素體，焊縫變脆，降低了韌性，嚴(yán)重影響力學(xué)性能，因此，tio2含量控制在25～35％范圍為宜。長(zhǎng)石主要成分是na2o+k2o+al2o3，其中，na2o+k2o≥11.0％，k2o≥8.0％，al2o3為14.0～25％；na、k是主要穩(wěn)弧劑，含量適當(dāng)可提高電弧穩(wěn)定性，減少飛濺，調(diào)解熔渣粘度及熔點(diǎn)，其含量過高則惡化工藝，控制長(zhǎng)石的加入量為3～10％。si-fe主要是作脫氧劑，其中，si含量40.0～47.0％,硅鐵的加入可使焊縫成型美觀，波紋細(xì)致，部分作為合金元素過渡到焊縫中，但si含量增加，溶渣中酸性氧化物sio2增多，降低了渣的堿度，不利于提高熔敷金屬塑性和韌性，因此si-fe含量控制在2～5％范圍。mg是強(qiáng)脫氧劑，采用mg脫氧效果極佳，且用mg作脫氧劑，其脫氧產(chǎn)物mgo為堿性氧化物，亦可提高熔渣的堿度，顯著提高強(qiáng)度和沖擊韌性，mg的加入量為2～5％。c是熔敷金屬中不可或缺的元素，對(duì)熔敷金屬性能和組織有著巨大的影響，應(yīng)控制在0.04～0.07％以內(nèi)；為了使熔敷金屬?gòu)?qiáng)度達(dá)到1000mpa以上，同時(shí)又具有良好的延伸率和低溫沖擊韌性，應(yīng)合理控制c和zr的加入比例，zr以zr-fe形式加入，zr在焊縫中主要以zrc存在，可以使奧氏體晶粒細(xì)化，其細(xì)化作用比ti還強(qiáng)，zrc作為晶核，彌散分布于基體中，細(xì)化了晶粒，但隨zr含量增加，c含量減少，反而使晶粒變粗，韌性下降，zr含量為0.04％時(shí)，細(xì)化作用達(dá)到最佳，因此需要將熔敷金屬中zr/c控制在0.75～1為宜，因此藥芯中加入c:0.2～0.5％；zr-fe：0.4～1.0％。mn是微合金化元素，參與脫s反應(yīng)，起固溶強(qiáng)化作用，增加焊縫中針狀鐵素體含量，起到增強(qiáng)增韌的作用，mn加入量為8～15％。加入適量的cr可提高焊縫耐大氣和海水腐蝕的能力。但cr含量過高，焊縫低溫韌性和延伸率急劇降低，因此必須控制其加入量，按照合金要求，其加入量范圍為3～6％。mo的作用合金化，可提高焊縫金屬?gòu)?qiáng)度和韌性，按照合金要求，其加入范圍為3～7％。ni是焊縫金屬中重要的合金元素，提高鐵素體基體韌性，降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度，焊縫中ni含量較高時(shí)，易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，熱裂傾向增加，為了獲得優(yōu)良的低溫韌性，ni加入量為18～20％。加入fe3o4的作用是增加焊接熔池的氧化性，降低氫在液態(tài)金屬中的溶解度，有利于降低熔敷金屬擴(kuò)散氫含量，fe3o4加入1.5～3％為宜。本發(fā)明的有益效果：(1)本發(fā)明提供的這種1000mpa級(jí)高強(qiáng)度全位置超低氫藥芯焊絲熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度rm≥980mpa，延伸率a≥13％，熔敷金屬夏比沖擊kv2(-60℃)≥34j。(2)本發(fā)明提供的這種1000mpa級(jí)高強(qiáng)度全位置超低氫藥芯焊絲的焊縫熔敷金屬屈強(qiáng)比低于0.9，接頭安全性高，力學(xué)性能穩(wěn)定，熔敷金屬擴(kuò)散氫含量≤5ml/100g，達(dá)到超低氫水平，且抗冷裂性能較好。(3)本發(fā)明提供的這種1000mpa級(jí)高強(qiáng)度全位置超低氫藥芯焊絲采用鈦堿型渣系，配合富氬混合氣體(75～85％ar+15～25％co2)保護(hù)，焊絲焊接時(shí)呈射流過渡，在藥芯中加入造渣劑和穩(wěn)弧物質(zhì)，使得熔渣可完全覆蓋焊縫金屬，并滿足焊接操作工藝性能要求，適用于全位置焊接。具體實(shí)施方式下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例1000mpa級(jí)高強(qiáng)度全位置超低氫藥芯焊絲中碳鋼外皮采用低s、p的碳鋼鋼帶，其化學(xué)成分及含量占鋼帶質(zhì)量百分比如表1所示；在該碳鋼外皮內(nèi)填充藥芯粉料，其填充率為15～19％，經(jīng)拉拔成型減徑，制成直徑1.0～1.4mm的成品焊絲，藥芯成分及其在藥芯中所占的質(zhì)量百分比含量如表2所示。采用上述對(duì)應(yīng)實(shí)施例藥芯焊絲配合富氬混合氣體(75～85％ar+15～25％co2)保護(hù)進(jìn)行焊接，焊接條件如表3所示；表4所示為對(duì)應(yīng)實(shí)施例藥芯焊絲熔敷金屬的化學(xué)成分；表5所示為對(duì)應(yīng)實(shí)施例藥芯焊絲熔敷金屬力學(xué)性能；表6所示為對(duì)應(yīng)實(shí)施例藥芯焊絲的對(duì)接接頭力學(xué)性能；表7所示為對(duì)應(yīng)實(shí)施例藥芯焊絲熔敷金屬擴(kuò)散氫含量；表8所示為對(duì)應(yīng)實(shí)施例藥芯焊絲的ctod(裂紋尖端張開位移)試驗(yàn)結(jié)果；表9所示為對(duì)應(yīng)實(shí)施例藥芯焊絲斜y試驗(yàn)結(jié)果。表1：碳鋼外皮化學(xué)成分(％)規(guī)格(mm)csimnspn0.9×140.0440.250.350.0090.0080.002表2：藥芯焊絲配方表3：焊接條件表4：藥芯焊絲熔敷金屬的化學(xué)成分表5：藥芯焊絲熔敷金屬力學(xué)性能表6：藥芯焊絲的對(duì)接接頭力學(xué)性能表7：藥芯焊絲的熔敷金屬擴(kuò)散氫含量(水銀法)表8：藥芯焊絲的ctod試驗(yàn)厚度/mm寬度/mmδm/mm缺口位置實(shí)施例115.7631.720.360焊縫中心實(shí)施例215.5631.660.465焊縫中心實(shí)施例315.8632.100.313焊縫中心實(shí)施例415.7231.350.357焊縫中心實(shí)施例515.6931.090.304焊縫中心實(shí)施例615.8830.990.345焊縫中心表9：藥芯焊絲斜y試驗(yàn)綜上所述，本發(fā)明提供的這種1000mpa級(jí)高強(qiáng)度全位置超低氫藥芯焊絲的熔敷金屬的化學(xué)成分、力學(xué)性能、擴(kuò)氫含量，以及對(duì)接接頭力學(xué)性能，ctod試驗(yàn)數(shù)據(jù)，斜y試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿足設(shè)計(jì)要求。以上例舉僅僅是對(duì)本發(fā)明的舉例說明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計(jì)均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12