[发明专利]一种适用于低碳钢的水下埋弧焊接药芯焊丝及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种适用于低碳钢的水下埋弧焊接药芯焊丝及其制备方法与应用。本发明药芯焊丝包括外皮材料和药芯；所述外皮材料为低碳钢，含碳量为0.01‑0.1wt％；所述药芯包括如下质量份数的原料组成：金红石30～50份，氧化铁15～22份，铝1～3份，硅铁1～4份，锰8～12份，镍1～3份，氟化锂1～4份，铁2～28份，纳米氧化铝颗粒0.5～15份。发明药芯焊丝中加入纳米氧化铝颗粒，可以细化晶粒，结合其它原料的协同作用提高了焊缝的力学性能。

技术领域

本发明涉及一种适用于低碳钢的水下埋弧焊接药芯焊丝及其制备方法与应用，属于焊接材料领域。

背景技术

水下焊接分为干法，局部干法和湿法。水下湿法由于其操作简单，可达性强，适应性广，经济实用，在三种方法中应用最为广泛，研究更深入。

水下湿法焊接按照焊接材料的不同可以分为焊条电弧焊和药芯焊丝电弧焊。焊条电弧焊与水下焊条的研究与应用较早，早在20世纪末，名为Hydroweld的英国公司就已经研制出适用于低碳钢的性能优异焊条，其抗拉强度可以达到520Mpa，完全符合美国水下焊接标准AWSD3.6的要求。但是焊条电弧焊在焊接过程中需要经常更换焊条，并且难以实现自动化，所以需要焊工潜入水中操作；这就要求焊工同时需要具备潜水员的能力，并且水下焊接时气泡及烟尘会干扰视线，导致焊接难度进一步加大，所以培养一名专业的水下焊工较为困难。并且，目前超过50米水深条件下的焊接作业尚无法实现。药芯焊丝电弧焊由于其具有无需频繁更换焊丝，焊接效率高，易于实现自动化的优点，得到了越来越多的重视，近年来发展较快。尤其是为深水条件的焊接提供了无人化自动化的解决方案，为深水探测的发展提供基础。

水下湿法焊接过程中，水会给焊接过程带来很多负面影响。在水下湿法焊接过程中，电弧燃烧会使水变为气泡，气泡来维持电弧燃烧。但是气泡无法稳定存在，存在周期性的长大，破裂或上浮，使电弧稳定性变差。并且水的比热容比空气大很多，这会使熔池快速冷却，导致焊缝塑性韧性下降。水大量分解也会导致氢元素进入焊缝，使扩散氢含量增高，增大氢致裂纹的可能性。中国专利文献CN104057214A公开了一种用于水下湿法焊接的自保护药芯焊丝，以N6镍带作为焊丝的金属外皮，以碱性氟化钙-氧化铝型渣系为药芯基础渣系，内部药芯具体成分由氟化钙、铝粉、铁粉、氧化镁、硅铁、氟化锂、锰粉、金属铬组成，各组成成份的重量百分比为：氟化钙40％～55％，铝粉8％～13％，铁粉5％～9％，氧化镁0.5％～5％，硅铁3％～7％，氟化锂3％～9％，锰粉6％～11％，金属铬4％～10％。采用该药芯焊丝在水下进行湿法焊接时，容易起弧，电弧燃烧稳定，再引弧性能良好，焊缝成形性好，焊接后熔敷金属抗拉强度不低于460MPa，可满足一般强度要求的中低碳钢及低合金高强钢结；但由于其焊接过程仍暴露在水环境中，焊接过程不稳定，焊缝冷却速度快，导致其焊缝力学性能欠佳。

而水下埋弧焊接能完全隔离水的影响。水下埋弧焊接与陆地埋弧焊接过程相似，需要在待焊区域放置焊料，但不同的是，焊料由陆地埋弧焊剂和环氧树脂按一定比例混合而成。而环氧树脂不溶于水，能使水下埋弧焊接过程中焊缝不与水接触。同时，电弧燃烧产生的空腔会在焊料中稳定存在，使得焊接过程的稳定性大大提高。所以水下埋弧焊接的焊缝力学性能得到了极大改善。但是环氧的燃烧带来了更多的热量，导致其热输入变大，促进焊缝晶粒长大，阻碍其焊缝性能的进一步提高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种适用于低碳钢的水下埋弧焊接药芯焊丝及其制备方法与应用。本发明药芯焊丝中加入纳米氧化铝颗粒，可以细化晶粒，结合其它原料的协同作用提高了焊缝的力学性能。

本发明的技术方案如下：

一种适用于低碳钢的水下埋弧焊接药芯焊丝，包括外皮材料和药芯；所述外皮材料为低碳钢，含碳量为0.01-0.1wt％；所述药芯包括如下质量份数的原料组成：金红石30～50份，氧化铁15～22份，铝1～3份，硅铁1～4份，锰8～12份，镍1～3份，氟化锂1～4份，铁2～28份，纳米氧化铝颗粒0.5～15份。