本發明屬于焊接材料
技術領域：
，具體涉及一種1000mpa級高強度全位置超低氫藥芯焊絲及其焊接方法，可應用1000mpa級低合金高強鋼焊接。
背景技術：
：隨著煉鋼技術的不斷發展，鋼鐵公司采用精煉技術、微合金化技術，控軋控冷(tmcp)技術開發出了超高強度和高塑韌性的鋼種，尤其進入21世紀以來，我國低合金高強鋼的研究開發進入快速發展階段，抗拉強度在400～1000mpa級的具有世界先進水平的鋼種不斷開發出來，并廣泛應用于工程機械、海洋結構、橋梁建筑等領域。然而，超高強度鋼板的使用則對焊接技術提出了更大的挑戰，要求選用強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、強韌綜合性能以及良好的抗疲勞裂紋擴展能力，需進一步研發與之匹配的高效率、高質量、低成本的焊接材料。因此，盡快開發出適合全位置鈦堿型1000mpa級高強鋼板配套藥芯焊絲具有重要意義。技術實現要素：本發明的目的是提供一種1000mpa級高強度全位置超低氫藥芯焊絲，其配合富氬混合氣體作保護氣，抗拉強度等級滿足1000mpa級超高強度鋼。本發明的技術方案是提供了一種1000mpa級高強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量百分比含量為：srco3：2～4％；caf2：3～6％；tio2：25～35％；長石：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。進一步的，所述碳鋼外皮包括按質量百分比計的如下化學成分：c：0.044％；si：0.25％；mn：0.35％；s：0.009％；p：0.008％；n：0.002％。進一步的，所述藥芯占藥芯焊絲總質量的15～19％。進一步的，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。進一步的，所述藥芯焊絲直徑為1.0～1.4mm。進一步的，所述藥芯焊絲采用搭接或對接o型封口方式制造得到。優選的，所述藥芯成分及其在藥芯中所占的質量百分比含量為：srco3：3％；caf2：5％；tio2：30％；長石：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。優選的，所述藥芯成分及其在藥芯中所占的質量百分比含量為：srco3：2％；caf2：6％；tio2：28％；長石：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。優選的，所述藥芯成分及其在藥芯中所占的質量百分比含量為：srco3：3％；caf2：5％；tio2：35％；長石：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。另外，本發明還提供了上述1000mpa級高強度全位置超低氫藥芯焊絲的焊接方法，焊接條件為：保護氣體為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。本發明1000mpa級高強度全位置超低氫藥芯焊絲的設計原理如下：本發明采用鈦堿型渣系，配合富氬混合氣體保護，藥芯焊絲焊接時呈射流過度，在藥芯中加入造渣劑和穩弧物質，使得熔渣可完全覆蓋焊縫金屬，形成渣-氣聯合保護，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性；采用低碳加多種元素微合金化，控制合金配比，實現焊縫金屬的微合金化，保證該藥芯焊絲具有優良的綜合性能，并滿足焊絲設計要求；同時，藥芯中加入srco3與caf2能夠起到很好的脫s和去[h]效果，分解產生的sro適當提高渣的堿度，提高力學性能的同時保持了鈦型優異的工藝性能，并對粉料進行預處理，減少焊絲水分含量，有效降低熔敷金屬擴散氫含量，提高抗裂性能。srco3的作用是造氣、造渣，同時還能去除s、p；srco3高溫分解產生的sro能適當提高渣的堿度，有利于去除非金屬夾雜物，提高力學性能的同時保持了鈦型優異的工藝性能；srco3加入量過多時，焊絲過渡顆粒增大，產生co2增多導致飛濺大，破壞工藝性能，srco3加入量過少時，分解產物sro較少，導致脫硫、脫磷不充分，對堿度影響不大；因此，藥芯中控制srco3加入量為2～4％。caf2為去氫劑，降低熔敷金屬擴散氫含量，同時可以提高熔渣的堿度，抗氣孔能力強，焊縫抗裂性極好；caf2加入量太少時，去氫能力不足，電弧穩定性不好，易產生氣孔和壓坑；caf2加入量太多時，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的熔點和粘度，調節焊縫金屬與熔渣之間的線膨脹系數，改善脫渣性；此外，tio2作為穩弧劑，可明顯降低飛濺，有利于全位置焊接；但tio2加入量過多時，焊縫金屬氧含量增加的同時，在高溫下促進γ→α轉變，易得到先共析鐵素體，焊縫變脆，降低了韌性，嚴重影響力學性能，因此，tio2含量控制在25～35％范圍為宜。長石主要成分是na2o+k2o+al2o3，其中，na2o+k2o≥11.0％，k2o≥8.0％，al2o3為14.0～25％；na、k是主要穩弧劑，含量適當可提高電弧穩定性，減少飛濺，調解熔渣粘度及熔點，其含量過高則惡化工藝，控制長石的加入量為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是強脫氧劑，采用mg脫氧效果極佳，且用mg作脫氧劑，其脫氧產物mgo為堿性氧化物，亦可提高熔渣的堿度，顯著提高強度和沖擊韌性，mg的加入量為2～5％。c是熔敷金屬中不可或缺的元素，對熔敷金屬性能和組織有著巨大的影響，應控制在0.04～0.07％以內；為了使熔敷金屬強度達到1000mpa以上，同時又具有良好的延伸率和低溫沖擊韌性，應合理控制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化，其細化作用比ti還強，zrc作為晶核，彌散分布于基體中，細化了晶粒，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，細化作用達到最佳，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，起固溶強化作用，增加焊縫中針狀鐵素體含量，起到增強增韌的作用，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，可提高焊縫金屬強度和韌性，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，降低韌脆轉變溫度，焊縫中ni含量較高時，易產生應力腐蝕裂紋，熱裂傾向增加，為了獲得優良的低溫韌性，ni加入量為18～20％。加入fe3o4的作用是增加焊接熔池的氧化性，降低氫在液態金屬中的溶解度，有利于降低熔敷金屬擴散氫含量，fe3o4加入1.5～3％為宜。本發明的有益效果：(1)本發明提供的這種1000mpa級高強度全位置超低氫藥芯焊絲熔敷金屬的抗拉強度rm≥980mpa，延伸率a≥13％，熔敷金屬夏比沖擊kv2(-60℃)≥34j。(2)本發明提供的這種1000mpa級高強度全位置超低氫藥芯焊絲的焊縫熔敷金屬屈強比低于0.9，接頭安全性高，力學性能穩定，熔敷金屬擴散氫含量≤5ml/100g，達到超低氫水平，且抗冷裂性能較好。(3)本發明提供的這種1000mpa級高強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，焊絲焊接時呈射流過渡，在藥芯中加入造渣劑和穩弧物質，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。具體實施方式下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。實施例1000mpa級高強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，其化學成分及含量占鋼帶質量百分比如表1所示；在該碳鋼外皮內填充藥芯粉料，其填充率為15～19％，經拉拔成型減徑，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量百分比含量如表2所示。采用上述對應實施例藥芯焊絲配合富氬混合氣體(75～85％ar+15～25％co2)保護進行焊接，焊接條件如表3所示；表4所示為對應實施例藥芯焊絲熔敷金屬的化學成分；表5所示為對應實施例藥芯焊絲熔敷金屬力學性能；表6所示為對應實施例藥芯焊絲的對接接頭力學性能；表7所示為對應實施例藥芯焊絲熔敷金屬擴散氫含量；表8所示為對應實施例藥芯焊絲的ctod(裂紋尖端張開位移)試驗結果；表9所示為對應實施例藥芯焊絲斜y試驗結果。表1：碳鋼外皮化學成分(％)規格(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成分表5：藥芯焊絲熔敷金屬力學性能表6：藥芯焊絲的對接接頭力學性能表7：藥芯焊絲的熔敷金屬擴散氫含量(水銀法)表8：藥芯焊絲的ctod試驗厚度/mm寬度/mmδm/mm缺口位置實施例115.7631.720.360焊縫中心實施例215.5631.660.465焊縫中心實施例315.8632.100.313焊縫中心實施例415.7231.350.357焊縫中心實施例515.6931.090.304焊縫中心實施例615.8830.990.345焊縫中心表9：藥芯焊絲斜y試驗綜上所述，本發明提供的這種1000mpa級高強度全位置超低氫藥芯焊絲的熔敷金屬的化學成分、力學性能、擴氫含量，以及對接接頭力學性能，ctod試驗數據，斜y試驗數據均滿足設計要求。以上例舉僅僅是對本發明的舉例說明，并不構成對本發明的保護范圍的限制，凡是與本發明相同或相似的設計均屬于本發明的保護范圍之內。當前第1頁12