【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【】本專利技術涉及金屬焊接用焊接材料，尤其涉及一種具有高強度、高韌性的大線能量鋼用藥芯焊絲及制備方法。
技術介紹
0、
技術介紹
1、為了有效提高船舶及海洋工程裝備的焊接效率，降低生產(chǎn)成本，大線能量焊接技術如氣電立焊(electrogas?welding,egw)、多電極埋弧焊(submerged?arc?welding,saw)、電渣焊(electroslag?welding,esw)等因其焊接效率高、施工道次少等優(yōu)點獲得了廣泛應用。然而，高效率的大線能量焊接技術會采用較大的熱輸入量，如egw的實際焊接能量已經(jīng)可以超過600kj/cm，在如此高的焊接熱輸入下，焊接接頭中的奧氏體晶粒將顯著粗化。此外，在隨后的固態(tài)相變過程中非常容易形成上貝氏體、魏氏組織、多邊形鐵素體等脆性組織，造成焊接接頭的韌性嚴重惡化，同時，產(chǎn)生焊接裂紋的幾率也會增加，嚴重影響船舶及海洋工程結構件的安全使用。
2、大線能量焊接材料設計的關鍵是如何解決在大線能量焊接條件下，焊縫金屬因晶粒組織粗化而導致的力學性能，尤其是塑性、韌性變差的問題。目前低合金鋼大線能量焊接材料成分設計多采用"氧化物冶金"技術，即通過在焊縫金屬中引入彌散分布的高熔點金屬氧化物。通過其釘扎效應抑制奧氏體晶粒長大，或在奧氏體晶粒內(nèi)作為形核核心誘導形成針狀鐵素體，該技術能提升焊縫金屬強度和韌性。由于大熱輸入焊接的特殊應用和接頭安全要求，為了獲得較好的低溫沖擊韌性，在常規(guī)的c、mn、si、ni、mo等合金設計的基礎上常采用添加有效微合金元素的方式進行韌化，阻止組織粗化。其
3、現(xiàn)有技術中的大線能量藥芯焊絲多集中在線能量范圍為60～450kj/cm，在強度和韌性上無法滿足船舶及海洋工程裝備厚板結構的大線能量氣電立焊的要求。
4、因此，有必要研究一種具有高強度、高韌性的大線能量鋼用藥芯焊絲及制備方法來應對現(xiàn)有技術的不足，以解決或減輕上述一個或多個問題。
技術實現(xiàn)思路
0、
技術實現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術提供了一種具有高強度、高韌性的大線能量鋼用藥芯焊絲及制備方法，該藥芯焊絲主要用于船舶及海洋工程裝備厚板結構的大線能量氣電立焊。
2、一方面，本專利技術提供一種具有高強度、高韌性的大線能量鋼用藥芯焊絲，所述藥芯焊絲包括外皮鋼帶和填充于所述外皮鋼帶的藥芯粉末，所述藥芯粉末的填充率為14.0％～16.0％，所述藥芯粉末的成分及質(zhì)量百分含量如下：
3、部分合金粉末：ni:0.5-1.0％,mn:1.0-1.5％,mo:0.05-0.10％,cr:0.10-0.20％；
4、負載有納米tin的al復合粉末：1.0～3.0％；
5、其他粉末：c：0.03～0.05％,si：0.30～0.50％,s：0.001～0.005％，p：0.005～0.015％；余量為fe粉。
6、如上所述的方面和任一可能的實現(xiàn)方式，進一步提供一種實現(xiàn)方式，所述負載有納米tin的al復合粉末中，納米tin粒徑為100～200nm，純度為99.99％，鋁粉的粒徑為20～50μm，純度為99.99％，納米tin與鋁粉的質(zhì)量比為1:100，所述負載有納米tin的al復合粉末采用靜電自組裝工藝制備。
7、如上所述的方面和任一可能的實現(xiàn)方式，進一步提供一種實現(xiàn)方式，所述部分合金粉末和其他粉末的粒徑均為120～150μm。
8、如上所述的方面和任一可能的實現(xiàn)方式，進一步提供一種實現(xiàn)方式，所述外皮鋼帶的化學成分滿足：c≤0.05％、mn：0.15～0.40％、p≤0.02、al：0.03～0.05％、s≤0.02，wt.％,質(zhì)量百分含量。
9、如上所述的方面和任一可能的實現(xiàn)方式，進一步提供一種實現(xiàn)方式，所述外皮鋼帶為滿足din?1544標準中st4質(zhì)量級別的鋼帶。
10、如上所述的方面和任一可能的實現(xiàn)方式，進一步提供一種實現(xiàn)方式，所述外皮鋼帶尺寸為14mm寬，0.9mm厚，藥芯焊絲的直徑為1.6mm。
11、如上所述的方面和任一可能的實現(xiàn)方式，進一步提供一種具有高強度、高韌性的大線能量鋼用藥芯焊絲的制備方法，用于制備所述的藥芯焊絲，所述制備方法包括以下步驟：
12、s1：按照納米tin：al復合粉末＝1:100稱取所需的添加的粉末，其中納米tin分散在1:1000的去離子水中，al粉分散在1:1000的無水乙醇中；
13、s2：向去離子水中加入質(zhì)量百分比為1.0％的陰離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚(3)磺基琥珀酸單酯二鈉，使納米tin表面帶上負電，制備納米tin顆粒懸浮水溶液；
14、s3：向無水乙醇中加入質(zhì)量百分比為1.0％的聚季銨鹽-16，使鋁合金基體粉末表面帶上正電，制備分散均勻的鋁粉乙醇溶液；
15、s4：將納米tin顆粒懸浮水溶液和分散均勻的鋁粉乙醇溶液混合后，進行攪拌、過濾、清洗和冷凍干燥，獲得表面均勻分布有納米tin的復合鋁合金粉體；
16、s5：將復合鋁合金粉體、部分合金粉末和其他粉末按預設比例加入到混粉機中，混合后得到不同粒徑粉體混合均勻的藥芯粉末；
17、s6：按照所需制備藥芯焊絲的填充率，將s5制備的藥芯粉末加入到外皮鋼帶中，經(jīng)過焊絲成型機制備u型封口的粗焊絲，再經(jīng)過拉絲機多道拉拔后，制備得到藥芯焊絲。
18、如上所述的方面和任一可能的實現(xiàn)方式，進一步提供一種實現(xiàn)方式，所述s4中攪拌、過濾、清洗和冷凍干燥具體為：室溫下攪拌1～1.5h，過濾后使用無水乙醇進行清洗，抽濾后將復合粉末進行冷凍干燥11～13h。
19、如上所述的方面和任一可能的實現(xiàn)方式，進一步提供一種實現(xiàn)方式，所述s5中混粉機包括但不限于雙運動型混粉機，混合時間為1～2h。
20、如上所述的方面和任一可能的實現(xiàn)方式，進一步提供一種實現(xiàn)方式，所述粗焊絲直徑為5.0mm，藥芯焊絲直徑為1.6mm。
21、與現(xiàn)有技術相比，本專利技術可以獲得包括以下技術效果：
22、1)采用靜電自組裝制備的均勻負載有納米tin的復合鋁粉，由于其納米tin顆粒所帶的負電荷而產(chǎn)生的靜電排斥力，使得納米tin不會發(fā)生團聚，可在藥芯焊絲粉末中保持長時間穩(wěn)定的納米顆粒狀態(tài)；
23、2)在大線能量焊接過程中，基于鋁的親氧活性，易與熔池中的氧發(fā)生氧化反應，生成球形的氧化鋁夾雜物內(nèi)核，氧化鋁夾雜物表面負載的納米tin與熔池中的氧，亦會發(fā)生部分脫氧反應生成ti2o3，原位生成具有核-殼結構的復合夾雜物；
24、3)根據(jù)異質(zhì)形核理論，由于tin與鐵素體具有半共格的晶格匹配度，在凝固過程中可作為針狀鐵素體的異質(zhì)形核劑，相比本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種具有高強度、高韌性的大線能量鋼用藥芯焊絲，所述藥芯焊絲包括外皮鋼帶和填充于所述外皮鋼帶的藥芯粉末，其特征在于，所述藥芯粉末的填充率為14.0％～16.0％，所述藥芯粉末的成分及質(zhì)量百分含量如下：
2.根據(jù)權利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述負載有納米TiN的Al復合粉末中，納米TiN粒徑為100～200nm，純度為99.99％，鋁粉的粒徑為20～50μm，純度為99.99％，納米TiN與鋁粉的質(zhì)量比為1:100，所述負載有納米TiN的Al復合粉末采用靜電自組裝工藝制備。
3.根據(jù)權利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述部分合金粉末和其他粉末的粒徑均為120～150μm。
4.根據(jù)權利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述外皮鋼帶的化學成分滿足：C≤0.05％、Mn：0.15～0.40％、P≤0.02、Al：0.03～0.05％、S≤0.02，wt.％,質(zhì)量百分含量。
5.根據(jù)權利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述外皮鋼帶為滿足DIN?1544標準中ST4質(zhì)量級別的鋼帶。
6.根據(jù)權利要求1所述的藥芯焊
7.一種具有高強度、高韌性的大線能量鋼用藥芯焊絲的制備方法，用于制備上述權利要求1-6之一所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
8.根據(jù)權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述S4中攪拌、過濾、清洗和冷凍干燥具體為：室溫下攪拌1～1.5h，過濾后使用無水乙醇進行清洗，抽濾后將復合粉末進行冷凍干燥11～13h。
9.根據(jù)權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述S5中混粉機包括但不限于雙運動型混粉機，混合時間為1～2h。
10.根據(jù)權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述粗焊絲直徑為5.0mm，藥芯焊絲直徑為1.6mm。
...【技術特征摘要】
1.一種具有高強度、高韌性的大線能量鋼用藥芯焊絲，所述藥芯焊絲包括外皮鋼帶和填充于所述外皮鋼帶的藥芯粉末，其特征在于，所述藥芯粉末的填充率為14.0％～16.0％，所述藥芯粉末的成分及質(zhì)量百分含量如下：
2.根據(jù)權利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述負載有納米tin的al復合粉末中，納米tin粒徑為100～200nm，純度為99.99％，鋁粉的粒徑為20～50μm，純度為99.99％，納米tin與鋁粉的質(zhì)量比為1:100，所述負載有納米tin的al復合粉末采用靜電自組裝工藝制備。
3.根據(jù)權利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述部分合金粉末和其他粉末的粒徑均為120～150μm。
4.根據(jù)權利要求1所述的藥芯焊絲，其特征在于，所述外皮鋼帶的化學成分滿足：c≤0.05％、mn：0.15～0.40％、p≤0.02、al：0.03～0.05％、s≤0.02，wt.％,質(zhì)量百分含量。
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：梁盛隆，易江龍，羅興，殷福星，郭福建，王學林，尚成嘉，
申請(專利權)人：陽江合金材料實驗室，
類型：發(fā)明
國別省市：
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