本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种用于屈服强度550MPa钢的无缝埋弧药芯焊丝。
背景技术：
屈服强度550MPa钢板广泛应用于海洋工程、舰船制造、桥梁、建筑、石油化工等高端技术领域。这些领域的结构钢板一般板厚较厚，服役条件相对比较恶劣，因此对相对应的埋弧焊材提出了较高的要求：（1）具有良好的工艺性能，尤其是铺展性，避免出现咬边、未熔合以及夹渣等缺陷；（2）具有良好的低温韧性，-40℃夏比冲击功大于55J；（3）具有低的扩散氢，由于板厚较厚，焊接时拘束应力较大，冷裂纹敏感性较大，故一般要求扩散氢≤5mL/100g（气相色谱法）。目前，国外埋弧自动埋弧焊焊接这些重要的结构一般都采用无缝埋弧药芯焊丝，而国内由于技术相对落后，一般采用实心焊丝焊接。无缝埋弧药芯焊丝与实心焊丝相比具有以下优点：（1）电弧稳定、铺展性好，与母材熔合性好，不易出现未熔合、咬边以及夹渣等缺陷，特别适合50-100mm大厚板的焊接；（2）成分调整方便，供货周期短，成本相对较低，综合力学性能优良。无缝埋弧药芯焊丝与有缝药芯焊丝相比，药粉不吸潮，扩散氢低，方便储存。目前，没有可用于屈服强度为550MPa钢焊接的无缝埋弧药芯焊丝以及相关内容。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种用于屈服强度550MPa钢的无缝埋弧药芯焊丝，该焊丝工艺性良好，低温韧性优良，扩散氢较低，可用于海洋工程、舰船制造等领域屈服强度550MPa钢板焊接。
本发明所采用的技术方案是：一种用于屈服强度550MPa钢的无缝埋弧药芯焊丝，由外皮和药芯粉组成，外皮为低碳钢带，所述药芯粉按照重量百分比由以下组分组成：镍粉8%-10%、钼铁3%-6%、金属锰10%-14%、稀土硅铁6%-8%、钛铁3%-5%、锆铁1%-2%、硼铁1%-3%、钛酸钾1%-2%、氟化钠1%-3%、余量为铁粉。
作为本发明一种用于屈服强度550MPa钢的无缝埋弧药芯焊丝的进一步优化，所述药芯焊丝中药芯粉的填充率为10%-15%。
作为本发明一种用于屈服强度550MPa钢的无缝埋弧药芯焊丝的进一步优化，所述低碳钢带按照重量百分数由以下成分组成：C 0.035%、Si 0.02%、Mn 0.22%、S 0.005%、P 0.01，余量为Fe。
与现有技术相比，本发明至少具有下述优点及有益效果：
（1）本发明的无缝埋弧药芯焊丝抗吸潮性极强，与氟碱型烧结焊剂SR-SJ613配合，工艺性能优良，扩散氢≤5ml/100g（气相色谱法），-40℃夏比冲击功达到100J以上，可以应用于海洋工程、舰船制造等高端技术领域屈服强度550MPa钢板的焊接。
（2）本发明的焊丝采用无缝的形式，与有药芯焊丝相比药粉不吸潮，有利降低焊缝金属的扩散氢。
（3）本发明药芯粉中含有一定的稳弧剂钛酸钾，与实心焊丝性相比电弧更稳定；配方中含有一定量的氟化物，有利于降低焊缝金属的扩散氢。
（4）本发明采用Si-Mn-Ti联合脱氧，脱氧充分，有利于减少焊缝金属中夹杂物的含量，有利于提高焊缝金属的低温韧性。
（5）本发明药芯粉中含有一定量的Ni，Ni是细化晶粒的重要元素，可增加针状铁素体数量，从而提高焊缝金属的低温韧性。
（6）本发明药芯粉中含有一定量的Ti、B、Zr以及稀土元素，这些元素相互作用，可改变夹杂物的形貌、分布，增加针状铁素体数量，从而提高焊缝金属的低温韧性。
具体实施方式
为使本发明的内容更明显易懂，以下结合具体实施例，对本发明进行详细描述。
一种用于屈服强度550MPa钢的无缝埋弧药芯焊丝，由外皮和药芯粉组成，外皮为低碳钢带，药芯粉的填充率为10%-15%，所述药芯粉按照重量百分比由以下组分组成：镍粉8%-10%、钼铁3%-6%、金属锰10%-14%、稀土硅铁6%-8%、钛铁3%-5%、锆铁1%-2%、硼铁1%-3%、钛酸钾1%-2%、氟化钠1%-3%、余量为铁粉。
本发明中，镍粉的主要作用是过渡合金。镍是提高低温韧性的重要元素，具有细化晶粒、减少偏析、促进针状铁素体形成的作用，从而可提高焊缝金属的低温韧性。
钼铁主要作用是过渡合金。适量的钼能保证焊缝金属具有合适强度的同时，保持较高的低温韧性。
金属锰主要目的在于脱氧的同时提高焊缝金属的抗拉强度和韧性。含量过低，焊缝金属强度过低，含量过高导致焊缝金属强度过、高韧性下降。
稀土硅铁中硅的主要作用是脱氧，稀土元素的主要作用为细化焊缝金属组织，提高其低温韧性。加入量过低时脱氧不足，造成焊缝金属塑性、韧性下降。但加入量过大，焊缝金属中硅含量过高，同样导致焊缝金属的塑性和韧性下降。
钛铁主要作用是脱氧。另外，钛的氧化物可作为较强的氢陷阱，能固化大量的氢，从而有效降低熔敷金属扩散氢的含量。钛铁的加入量过低，导致脱氧不足，加入量过大，会导致焊缝金属强度升高、韧性下降。
硼铁主要是和钛铁配合，起到Ti-B联合韧化的作用。加入微量的Ti、B，可以细化晶粒，提高焊缝金属的低温韧性。
锆铁的主要作用是细化晶粒，提高焊缝金属的强度和韧性。
氟化钠主要作用是降低焊缝金属的扩散氢。
钛酸钾主要作用是稳定电弧。
本发明中所述的金属粉芯型无缝埋弧药芯焊丝，采用在线同步添加药芯粉，添加药芯粉后的外皮钢带，经轧辊成型和焊合后，再经退火、减径和镀铜，制备出金属粉芯型无缝埋弧药芯焊丝。本发明中所述的金属粉芯型无缝埋弧药芯焊丝的直径为3.2 mm、4.0mm和5.0 mm，药芯粉的填充率为10%-15%。
以下为具体实施例1-3，实施例中药芯粉的组成如表1所示，外皮用低碳钢带的组成如表2所示。
表1本发明实施例无缝埋弧药芯焊丝的药芯粉的组成（重量%）
表2无缝埋弧药芯焊丝选用钢带的化学成分（重量%）
将上述3个实施例制得的焊丝与SR-SJ613焊剂配合，按照国标GB/T 5118-2012标准规定，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试和熔敷金属扩散氢含量测定。以Φ4.0mm焊丝为例，焊接工艺参数为：焊接电源直流反接，焊接电流550~600A，焊接电压28~32V，道间温度100~180℃，测试结果如表3-5所示。
表3 本发明实施例无缝埋弧药芯焊丝熔敷金属的化学成分（重量%）
表4 本发明实施例无缝埋弧药芯焊丝熔敷金属的力学性能
表5本发明实施例无缝埋弧药芯焊丝熔敷金属的扩散氢含量（气相色谱法）
由以上结果可知，本发明的无缝埋弧药芯焊丝抗吸潮性极强，与氟碱型烧结焊剂SR-SJ613配合，焊接电弧稳定，成型美观，扩散氢低，力学性能优异、-40℃夏比冲击功可达到100J以上，可满足AWS A23F62A4-EC-G的要求，可以应用于海洋工程、舰船制造等高端技术领域屈服强度550MPa钢板的焊接。