本发明涉及无缝药芯焊丝领域，尤其涉及一种低松装密度的金属粉芯无缝药芯焊丝。
背景技术：
药芯焊丝也称粉芯焊丝或管状焊丝，是通过把钢带轧制成u形断面形状，再把按剂量配好的焊粉填加到u形钢带中，用压轧机轧紧后经拉拔制成的焊接材料，广泛应用于工程机械、石化压力容器及海洋工程建造等多个领域。相比于实心焊丝,金属粉芯无缝药芯焊丝具有更加优异的操作性，由于焊接过程中电流主要通过焊丝外皮，电流密度高，且其药芯粉主要组成物中金属粉占比高于90%，因此金属粉芯无缝药芯焊丝对比实心焊丝具有高的熔敷效率。
但在实际的使用过程中，金属粉芯无缝药芯焊丝由于其单位长度内所含的药芯粉中不可避免存在部分矿物粉，并且药芯粉的填充率越高，矿物粉所占的比例相应也越高，因而导致相同直径的金属粉芯无缝药芯焊丝与实心焊丝相比虽然熔敷效率较高，但金属粉芯无缝药芯焊丝的熔敷速度较低，即完成相同体积的焊缝填充时金属粉芯药芯焊丝的填充速度比实心焊丝更慢，造成焊接的生产效率较低。该问题从原理上能够通过降低药芯粉的填充率、从而降低矿物粉的含量来克服，但现有药芯粉的松装密度均较高，导致药芯粉的填充率也随之较高，无法避免金属粉芯无缝药芯焊丝熔敷速度较低的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种低松装密度的金属粉芯无缝药芯焊丝，药芯粉的填充率也随之降低，从而提高焊丝的熔敷速度。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种低松装密度的金属粉芯无缝药芯焊丝，包括外皮和药芯粉，所述药芯粉的填充率为8%～10%，药芯粉按质量百分比由如下组分混合而成，泡沫铁粉5%～8%、锰硅合金8%～10%、电解锰3%～6%、碳酸钠0.5%～1%、氟化钠0.5%～1%、余量为还原铁粉；
所述泡沫铁粉的目数为60～120目，泡沫铁粉的松装密度为1.8g/cm3～2.0g/cm3，所述还原铁粉的目数为80～100目，还原铁粉的松装密度为2.3g/cm3～2.5g/cm3。
优选的，所述泡沫铁粉按质量百分比包括以下化学成分：fe≥96.0%，c：0.015%～0.04%。
优选的，所述还原铁粉的目数为80目，还原铁粉按质量百分比包括以下化学成分：fe≥98.0%，s≤0.025%，p≤0.020%，c≤0.03%。
优选的，所述锰硅合金为80目数的锰硅合金粉料，锰硅合金按质量百分比包括以下化学成分：mn：65%～72%，si：14%～17%，c≤2.5%。
优选的，所述电解锰为80目数的电解锰粉料，电解锰按质量百分比包括以下化学成分：mn≥99.8%，c≤0.03%。
优选的，所述碳酸钠为120目数的碳酸钠粉料，碳酸钠粉料中按质量百分比包含na2co3≥98.0%。
优选的，所述氟化钠为120目数的氟化钠粉料，氟化钠粉料中按质量百分比包含naf≥94%。
优选的，所述外皮为低碳钢带，焊丝直径为1.2mm。
本发明中，首次在药芯粉内采用泡沫铁粉与还原铁粉混合，泡沫铁粉的作用是调节并降低混合后药芯粉的松装密度，泡沫铁粉的含量过高会影响焊丝的焊接工艺性，含量过低则难以有效降低松装密度，因此泡沫铁粉的含量控制为5%～8%；还原铁粉的作用是调节药芯粉的填充率以保证药芯粉在低碳钢带内连续的分布，为了使还原铁粉与泡沫铁粉混合后保证药芯粉同时具备较低的松装密度和填充率，本发明对泡沫铁粉和还原铁粉的松装密度和目数均进行了配合控制。
本发明中，锰硅合金的作用是在焊接过程中调节液态熔池的脱氧，保证焊缝金属得到良好的性能，并且锰和硅的脱氧产物能够调节液态熔池的流动性，改善焊丝的焊接工艺性。锰硅合金的含量过高会由于硅元素过量而导致焊丝工艺性恶化，含量过低则无法有效发挥作用，因此锰硅合金的含量控制为8%～10%。
本发明中，电解锰的作用是调节焊缝金属成分，保证焊缝金属得到合适的强度。电解锰的含量过高会导致焊缝金属强度过高，引起焊缝金属韧性下降，因此电解锰的含量控制为3%～6%。
本发明中，碳酸钠的作用是在焊接过程中提高电弧稳定性，此外，由于碳酸钠本身具备一定润滑性，在药芯粉中加入可起到改善药芯粉流动性的作用，保证焊丝制造时拉丝过程的顺利进行。由于金属粉芯无缝药芯焊丝进行焊接时通常采用富氩气体，电弧稳定性相对较好，因此碳酸钠的含量不需太高，但若含量过低则会影响焊丝在低电流工况下的电弧稳定性，因此碳酸钠的含量控制为0.5%～1%。
本发明中，氟化钠的作用是提高电弧挺直度，提高电弧吹力，以保证焊丝有足够的熔深，但氟化钠的含量过多会导致焊接电弧稳定性下降，导致熔池反应剧烈并增加飞溅，因此氟化钠的含量控制为0.5%～1%。
本发明中，焊丝的外皮采用低碳钢带，焊丝采用在线同步添加药芯粉的制作方式，添加药芯粉后的外皮钢带经轧辊成型和焊合，再经过退火、减径和镀铜处理，制备出直径为1.2mm的金属粉芯无缝药芯焊丝。
根据上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中，首次在药芯粉内采用泡沫铁粉，通过对各组分的含量以及两种铁粉的特性参数进行合理控制，能够保证药芯粉的松装密度在2.3g/cm3～2.6g/cm3，使药芯粉的松装密度大大低于现有的药芯粉，从而使本发明最终制得的金属粉芯无缝药芯焊丝中药芯粉的填充率能够降低到8%～10%，并保证药芯粉填充率的稳定性，8%～10%的药芯粉填充率与现有无缝药芯焊丝能够实现的最低药芯粉填充率相比进一步显著降低，从而使本发明的焊丝中矿物粉的含量减少，就能够提升焊丝的熔敷速度，从而提高金属粉芯无缝药芯焊丝的焊接生产效率，并保证焊丝熔敷金属力学性能良好，可适用于460mpa级别钢的焊接。
具体实施方式
一种低松装密度的金属粉芯无缝药芯焊丝，包括外皮和药芯粉，焊丝直径为1.2mm，外皮为低碳钢带，药芯粉的填充率为8%～10%，药芯粉按质量百分比由如下组分混合而成，泡沫铁粉5%～8%、锰硅合金8%～10%、电解锰3%～6%、碳酸钠0.5%～1%、氟化钠0.5%～1%、余量为还原铁粉。
泡沫铁粉的目数为60～120目，泡沫铁粉的松装密度为1.8g/cm3～2.0g/cm3。泡沫铁粉按质量百分比包括以下化学成分：fe≥96.0%，c：0.015%～0.04%。
还原铁粉的目数为80目，还原铁粉的松装密度为2.3g/cm3～2.5g/cm3。还原铁粉按质量百分比包括以下化学成分：fe≥98.0%，s≤0.025%，p≤0.020%，c≤0.03%。还原铁粉的牌号优选为fhy-80-240。
锰硅合金为80目数的锰硅合金粉料，锰硅合金按质量百分比包括以下化学成分：mn：65%～72%，si：14%～17%，c≤2.5%。
电解锰为80目数的电解锰粉料，电解锰按质量百分比包括以下化学成分：mn≥99.8%，c≤0.03%。
碳酸钠为120目数的碳酸钠粉料，碳酸钠粉料中按质量百分比包含na2co3≥98.0%。
氟化钠为120目数的氟化钠粉料，氟化钠粉料中按质量百分比包含naf≥94%。
实施例：共设计3个实施例t1、t2、t3，以及两个对比例b1和b2，实施例和对比例均采用低碳钢带作为焊丝外皮制作金属粉芯无缝药芯焊丝，实施例和对比例中药芯粉的成分质量配比见表1。
表1实施例和对比例的药芯粉成分组成（wt%）
实施例和对比例均制作直径1.2mm的金属粉芯无缝药芯焊丝，所得焊丝的药芯粉填充率见表2。
表2药芯粉填充率（%）
其中，对比例b1由于药芯粉的松装密度过大，导致在10%的药芯粉填充率下外皮盘条未能轧实，出现粉料流动，焊丝质量不合格，作报废处理。
采用实施例t1、t2、t3和对比例b1进行焊接实验，所采用的保护气均为混合气（80%ar+20%co2），焊接电压均为30v，焊接电流均为280a。其中，对比例b1在焊接过程中不稳定，无法正常完成焊接过程。根据实验结果，实施例t1、t2、t3熔敷金属的力学性能见表3，焊丝熔敷速度见表4。
表3实施例熔敷金属的力学性能
表4实施例焊丝熔敷速度
由表3和表4可知，实施例t1、t2、t3的焊丝熔敷金属力学性能均良好，满足4y46要求，焊丝熔敷速度与现有无缝药芯焊丝相比均有明显提升，提高了金属粉芯无缝药芯焊丝的焊接速度和焊接生产效率。