具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明所述的一种低氢抗裂型药芯焊丝的组分及其制备方法作进一步的详细描述。

一种低氢抗裂型药芯焊丝的组分，包括低碳钢钢带和药粉，其中药粉包括：硅锰合金、电解锰、镍粉、镁砂、铁合金、钛铁、还原铁粉、高品位97度金红石、钛酸钾、石英砂、氟化钠；药粉中各组分占全部药粉的质量百分比如下：高品位97度金红石：33-40%，硅锰合金：15-20%，铁合金：1.5-5.0%，钛酸钾：3.8-6.0%，电解锰：5.5-10.0%，石英砂：3.1-6.0%，镁砂：4.0-7.5%，氟化钠：6.64-8.85%，钛铁：2.0-3.0%，镍粉：2.0-5.5%，还原铁粉：1.5-15.0%。

实施例1

一种低氢抗裂型药芯焊丝的组分，包括金属及氧化物和非金属及氧化物，其中金属及氧化物包括：硅锰合金、电解锰、镍粉、镁砂、铁合金、钛铁、还原铁粉；非金属及氧化物包括：高品位97度金红石、钛酸钾、石英砂、氟化钠；各组分的质量百分比如下：高品位97度金红石：33%，硅锰合金：20%，铁合金：4.0%，钛酸钾：4.0%，电解锰：6.0%，石英砂：6.0%，镁砂：4.0%，氟化钠：7.5%，钛铁：2.0%，镍粉：2.0%，还原铁粉：11.5%。

经焊接试验，熔敷金属抗拉强度：585MPa，下屈服强度：463MPa，伸长率：25%，-40度冲击平均值：122J，熔敷金属主要化学成分：C：0.04，Mn:1.56,Ni:0.35,S:0.012,Si:0.47,P:0.018,Mn/S=130，扩散氢含量(水银法)=3.8mL/100g；

对接焊接抗拉强度：590MPa,-40度冲击平均值：128J，冷弯中面弯和背弯均无裂纹；

斜 y 坡口焊接裂纹试验：裂纹率3%，厚板角焊缝裂纹试验：裂纹率2%。

以上实验都满足设计要求。

实施例2

一种低氢抗裂型药芯焊丝的组分，包括金属及氧化物和非金属及氧化物，其中金属及氧化物包括：硅锰合金、电解锰、镍粉、镁砂、铁合金、钛铁、还原铁粉；非金属及氧化物包括：高品位97度金红石、钛酸钾、石英砂、氟化钠；各组分的质量百分比如下：高品位97度金红石： 40%，硅锰合金：15%，铁合金：2.0%，钛酸钾： 6.0%，电解锰： 10.0%，石英砂： 3.1%，镁砂：4.0%，氟化钠：7.6%，钛铁： 3.0%，镍粉：4.8%，还原铁粉：4.5%。

经焊接试验，熔敷金属抗拉强度：596MPa，下屈服强度：472MPa，伸长率：24%，-40度冲击平均值：146J，熔敷金属主要化学成分：C：0.04，Mn:1.58,Ni:0.78,S:0.010,Si:0.25,P:0.013,Mn/S=158，扩散氢含量(水银法)=3.6mL/100g;

对接焊接抗拉强度：592MPa,-40度冲击平均值：138J，冷弯中面弯和背弯均无裂纹；

斜 y 坡口焊接裂纹试验：裂纹率1%，厚板角焊缝裂纹试验：裂纹率1%。

以上实验都满足设计要求。

实施例3

一种低氢抗裂型药芯焊丝的组分，包括金属及氧化物和非金属及氧化物，其中金属及氧化物包括：硅锰合金、电解锰、镍粉、镁砂、铁合金、钛铁、还原铁粉；非金属及氧化物包括：高品位97度金红石、钛酸钾、石英砂、氟化钠；各组分的质量百分比如下：高品位97度金红石：37%，硅锰合金：17%，铁合金：3.5%，钛酸钾：4.5%，电解锰：7.5%，石英砂：4.5%，镁砂：5.5%，氟化钠：7.5%，钛铁：2.5%，镍粉：3.5%，还原铁粉：7.0%。

经焊接试验，熔敷金属抗拉强度：575MPa，下屈服强度：461MPa，伸长率：25%，-40度冲击平均值：135J，熔敷金属主要化学成分：C：0.03，Mn:1.55,Ni:0.66,S:0.012,Si:0.35,P:0.015,Mn/S=129，扩散氢含量(水银法)=4.0mL/100g;

对接焊接抗拉强度：563MPa,-40度冲击平均值：126J，冷弯中面弯和背弯均无裂纹；

斜 y 坡口焊接裂纹试验：裂纹率2%，厚板角焊缝裂纹试验：裂纹率1%。

以上实验都满足设计要求。

一种低氢抗裂型药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：

对焊丝药粉组分中的硅锰合金、电解锰、镍粉、镁砂、铁合金、钛铁、还原铁粉进行低温烘干，低温烘干温度为150-200℃，烘干时间为4-5小时；对焊丝药粉组分中的高品位97度金红石、钛酸钾、石英砂、氟化钠进行高温烘干，高温烘干温度为850-900℃，烘干时间为9-10小时；

以上药粉烘干后混合均匀，经过人工筛选，取80目以上的细粉，由钢带包裹，药粉填充比在12-18%，再经过多次拉拔，制成成品焊丝。所述拉拔时，依次为6道粗拉和12道细拉。

焊丝拉拔都需要载体润滑，采用的是干式拉丝粉，最终成品焊丝表面覆着大量拉丝粉颗粒，大量实践已表明拉丝粉本身含有含氢物质，如附着在焊丝表面，一起焊接进入熔池反应，会大大提高熔敷金属扩散氢含量。因此细拉后收线前，加装箱式盒子，里面有大量立体布置的百洁布，焊丝穿过这些百洁布，对焊丝表面拉丝粉进行360度物理擦拭，降低焊丝表面拉丝粉含量，进而降低焊接后的焊缝扩散氢含量和焊接冷裂纹概率。

气体保护焊用药芯焊丝按药粉中是否含有造渣成分可分为熔渣型药芯焊丝（含有造渣成分）和金属粉型药芯焊丝（无造渣成分）。熔渣型药芯焊丝，按熔渣碱度区分，可大致分为钛型酸性渣系、钙型碱性渣系药芯焊丝两类。常用合金系有Mn-Si-Ni系、Mn-Si-Mo-V系和Mn-Si-Ti-B等合金系。试验焊丝的研究目标是一种超低氢、高韧性、高抗裂的药芯焊丝。

金属粉型药芯焊丝价格较高，且为新产品，目前市场中还是以熔渣型药芯焊丝为主。钙型碱性渣系药芯焊丝低温韧性较高，扩散氢含量低，但是因其焊接时飞溅大，成型较差，电弧不稳，熔滴颗粒大，且不能全位置焊接，总体焊接工艺差，所以实际客户使用不多。市场上流通较多的是钛型酸性渣系药芯焊丝，本发明也是在该渣系基础上，再设计其合金系统，确认相应的各种药粉种类及含量，预期能达到设计的要求。

Ni是一种常用的稳定焊缝强度且能改善韧性的奥氏体元素，其相比于Mn、Si 元素来说，能够在焊缝强度变化不大的情况下，明显改善焊缝韧性，同时降低韧脆转变温度，提高焊缝低温性能。焊缝微观组织中铁素体主要由针状铁素体和晶界铁素体为主，针状铁素体对提高焊缝的强度和韧性有利，而晶界铁素体的周围却常常存在冷裂纹，研究表明晶界铁素体对冷裂纹扩展起了重要作用，而提高合金系中Ni的含量，可提高焊缝组织针状铁素体含量，降低晶界铁素体含量，从而阻止冷裂纹的扩散。由于Ni有稳定强度提高韧性，降低晶界铁素体含量阻止冷裂纹的扩散的作用，采用Mn-Si-Ni 合金系，作为焊丝的合金系。

焊接冶金反应中，Fe和S能形成低熔点共晶物FeS，低熔点共晶物如大量偏析在焊缝中心，进而晶粒粗化，焊缝中心易产生纵向热裂纹，而Mn比Fe更易与S结合生成MnS，从而减少了低熔点共晶物和焊接热裂纹的产生，研究表面Mn和S大于一定比例时，会显著降低焊缝中产生热裂纹概率。Mn也是奥氏体元素和合金元素，起固溶强化作用，可以增加焊缝强度和韧性，成分主要来自药粉电解锰和硅锰合金。

经分析认为，氟化物对熔敷金属中扩散氢含量的影响主要有三个方面的作用。一是通过氟化物在焊接过程中电离分解后形成的[F^-]离子与[H⁺]离子反应生成稳定的HF逸出，进而降低熔敷金属中扩散氢含量，且可提高焊缝金属韧性；二是通过氟化物在焊接过程中电离分解后形成的气体压力降低氢在电弧中的分压而减少熔敷金属中扩散氢含量；三是通过熔渣的碱度影响熔敷金属中的扩散氢含量。试验表明，熔敷金属扩散氢含量，在焊缝F含量0%到5%时，与F含量成反比关系，但是过量的F会增加焊接飞溅，增加焊接时缺陷，不利于焊接的工艺性。当F含量在3%至4%之间，即NaF含量在6.64%至8.85%之间，焊缝扩散氢较低且焊接工艺性优良。

镁砂的主要成分为MgO，MgO为碱性氧化物，该药芯焊丝为氧化钛性酸性焊丝，但可通过添加一定量的镁砂，提高熔渣的碱度，增加碱度有利于降低扩散氢含量，降低焊接时预热温度，也减少冷裂纹发生概率。

钛铁是钛和铁的合金，焊接时向焊缝过度微量Ti元素，改变组织形态，细化组织晶粒，同时起到脱硫的作用，降低熔敷金属低熔点元素，进而减少热裂纹概率。

Si元素作为主要的脱氧剂，在焊缝中起脱氧的作用，降低熔敷金属氧含量，影响焊缝组织针状铁素体数量，提高焊缝低温韧性，焊缝中Si含量一般以不超过0.6%为宜，Si元素来源主要来自药粉中的硅锰合金。

经测试，低氢抗裂型药芯焊丝的化学及力学性能符合公司内部标准，具体指标如下：

1、熔敷金属

主要化学成分:C≤ 0.10,Mn≤ 1.75,Si≤ 0.60,P≤0.025,S≤0.015,Ni≤1.10，Mn/S≥100

抗拉强度：490-660MPa

下屈服强度≥375MPa

伸长率≥22%

-40度冲击值≥47J

扩散氢含量(水银法)≤5.0mL/100g

2、抗拉强度：≥490MPa

冷弯中面弯和背弯（3T，120度）不能有大于3mm的裂纹

-40度冲击值≥47J

2、3、斜 y 坡口焊接裂纹试验和厚板角焊缝裂纹试验

裂纹率均≤10%

上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。