[发明专利]一种用于高氮钢激光电弧复合焊接的药芯焊丝

说明书

本发明公开了一种用于高氮钢激光电弧复合焊接的药芯焊丝，涉及激光电弧复合焊接技术领域。本发明的药芯焊丝能够实现对高氮钢的高效、高质量焊接，避免焊接过程出现的氮气逸出导致气孔、氮化物析出形成脆硬相的问题，焊接过程不仅无需弱化激光与电弧的耦合作用，还由于药芯焊丝在电弧作用下发生铝热反应，释放大量热量，使得焊丝的送丝速度得以提高，从而显著提高焊接生产效率，对于高氮钢激光电弧复合焊接技术的发展具有积极的推动意义。

技术领域

本发明涉及激光电弧复合焊接技术领域，特别是涉及一种用于高氮钢激光电弧复合焊接的药芯焊丝。

背景技术

高氮钢作为一种典型的资源节约型高性能钢种，在氮元素的间隙固溶作用和奥氏体稳定化作用下，具有良好的强韧性和耐蚀性。因此高氮钢日益成为石油钻探、生物医疗、海洋工程、空间宇航和军事工业等众多领域最具潜力的新型工程材料之一，具有广阔的应用前景。

但是，在高氮钢焊接过程中，在焊接热源的作用下，高氮钢容易出现氮的逸出、氮化物析出等问题，导致高氮钢功能层性能下降。如何提高高氮钢焊缝的固溶氮含量，保持高氮钢优异的综合性能，是高氮钢在工程实践中广泛应用所必须解决的共性问题。

激光电弧复合焊接综合了激光焊接的高精度、高效率、低热输入和电弧焊接良好的桥连性，具有“1+12”的耦合效应，是一种潜力巨大的焊接方法，成为近年来焊接领域的一个研究热点。但在高氮钢的焊接过程中，电弧耦合导致焊接热源的能量密度和穿透能力的提高不可避免的导致高氮钢中的固溶氮元素以氮气形式逸出，形成气孔，或以氮化物形式析出，形成脆硬相，造成焊接接头性能下降的问题。CN 111515542A提出一种激光电弧弱耦合的焊接方法，该发明通过增加激光与电弧热源之间的距离，弱化激光-电弧的耦合效果，对焊接气孔具有一定的抑制作用，但复合热源耦合效果的削弱势必导致焊接效率的降低。如何实现对高氮钢的高效率、高质量焊接是高氮钢工程化应用中亟需解决的瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于高氮钢激光电弧复合焊接的药芯焊丝，以解决上述现有技术存在的问题，实现对高氮钢高质量、高效率焊接。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种药芯焊丝，所述药芯焊丝由外层钢皮、内层钢皮、外层药芯（高氮气氛药芯层）和内层药芯（高氮钢冶金药芯层/高氮钢冶金粉末层）组成；

所述外层钢皮对所述外层药芯进行包裹，所述外层药芯对所述内层钢皮进行包裹，所述内层钢皮对所述内层药芯进行包裹；

按照质量百分数计，所述外层药芯的成分占比如下：

铝灰25%-35%(单位重量铝灰中含铝 10%-15%，氮化铝20%-30%)、重铬酸铵10%-15%、木质纤维素10%-13%、碳酸钾1-2%、氧化铁粉10%-15%、氮化锰铁10%-15%、氟化锂8%-10%、金红石10%-20%，余量为不可避免的杂质成分，其中，杂质成分中：硫≤0.02%，磷≤0.025%。

按照质量百分数计，所述内层药芯的成分占比如下：

铁粉25%-35%、氮化锰25-30%、氮化铬15%-25%、镍粉7%-10%、金红石15-25%，钼粉1%-2%、稀土0.01%-0.03%，余量为不可避免的杂质成分，其中，杂质成分中：硫≤0.02%，磷≤0.025%。

进一步地，所述药芯焊丝的直径为1.2mm—2.8mm。

内层钢皮和外层钢皮的厚度为0.1-0.15mm。

进一步地，所述外层药芯及内层药芯的原料粒径均为160μm-250μm，松装流动性均小于18s/50g。

进一步地，所述内层钢皮和外层钢皮参与焊接冶金反应；内层钢皮和外层钢皮的牌号为08F，以质量百分比计，成分质量占比为：