本发明涉及技术领域，尤其涉及一种具有优异润湿铺展性的药芯焊丝及其制备方法。
背景技术：
热锻压模使用几千次之后就要对模具型腔进行修复。修复后的模具可以达到甚至超过修复以前的使用周期。目前国内进行热锻压模具修复主要采用堆焊焊条，效率较低。采用药芯焊丝修复，可以实现连续焊接，提高生产效率。药芯焊丝的焊渣远远少于焊条的焊渣，提高了熔敷率，减少了清渣的工作量。但目前药芯焊丝大多为药芯和焊皮组成的药芯焊丝，其在具有一定硬度、耐磨和韧性的基础上，其润湿铺展性无法满足现有技术中的要求。
技术实现要素：
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种具有优异润湿铺展性的药芯焊丝及其制备方法，制备得到焊丝在运用到实际焊接操作中，所得到的焊接部具有优异的强度、耐磨性和韧性的基础上，还具有优异的润湿铺展性。
本发明提出的一种具有优异润湿铺展性的药芯焊丝，包括焊丝本体，所述焊丝本体包括第一药芯层、第一焊皮层、第二药芯层和第二焊皮层；所述焊丝本体的轴心处设有第一药芯层，所述第一药芯层的外周设置有第一焊皮层，所述第一焊皮层远离第一药芯层的外周设有第二药芯层，所述第二药芯层远离第一焊皮层的外周设有第二焊皮层；
其中：第一药芯层的原料由fesi45和fes混合而成；
第一焊皮层按质量百分比由以下组分组成：镁粉1.0-1.8％、锰粉0.20-0.70％、锌粉4.0-5.0％、铜粉0.05-0.15％、铁粉0.2-0.6％、硅粉0.15-0.55％，余量为铝粉；
第二药芯层的原料按重量份包括：铁粉21-26份、钒粉4-8份、钼粉3-9份、铬粉2-5份、硅粉1-4份、镧锭0.3-0.6份、铌锭0.1-0.3份、锰锭0.5-1.5份、碳粉2-5份、硼粉1-4份、钛粉3-5份、硫粉0.05-0.15份、磷粉0.01-0.03份。
优选地，药芯焊丝的填充量控制在18-20％。
优选地，所述第二焊皮层为紫铜带。
优选地，第一药芯层的原料由fesi45和fes按重量比3-15：0.2-0.8混合而成。
本发明的一种具有优异润湿铺展性的药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
s1、将fesi45和fes放入球磨机中，球磨7-9h后得到混合均匀的第一药芯层，然后于真空加热炉中，升温至180-220℃，保温1-3h，去除药粉中的结晶水；
s2、将镁粉、锰粉、锌粉、铜粉、铁粉、硅粉和铝粉在720-750℃融化成合金液，在740-760℃进行除气精炼，在730-740℃进行保温静置30-50min，浇铸得到铸锭，然后将铸锭水冷后进行热轧后冷却，接着进行人工时效得到片状第一焊皮层；
s3、通过药芯焊丝制丝机把混合均匀的第一药芯层包裹在第一焊皮层内，第一道拉拔模具孔径为1.5mm；
s4、拉拔完毕后，模具孔径依次换至1.4mm、1.32mm、1.25mm、1.15mm、1.05mm、0.95mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为0.9mm，然后将铁粉、钒粉、钼粉、铬粉、硅粉、镧锭、铌锭、锰锭、碳粉、硼粉、钛粉、硫粉和磷粉放入球磨机中，球磨3-5h后得到混合均匀的第二药芯层，然后于真空加热炉中，升温至250-350℃，保温0.5-1.5h，去除药粉中的结晶水，并通过药芯焊丝制丝机把第二药芯层包裹在第一焊皮层和第二焊皮层之间，第二道拉拔模具孔径为1.5mm，拉拔完毕后，模具孔径依次换至1.4mm、1.32mm、1.25mm、1.15mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.1mm。
优选地，s2中，采用水温为30-40℃的冷却水对浇铸形成的铸锭进行水冷。
优选地，s2中，铸锭水冷过程中冷却水的水压大于4pa。
优选地，s2中，热轧过程中，铸锭进轧温度为430-460℃，终轧温度大于380℃，热轧水冷后，杆状铝合金温度小于85℃。
本发明的药芯焊丝通过将焊丝本体设为第一药芯层、第一焊皮层、第二药芯层和第二焊皮层组成，通过设置多层焊芯层，并通过多层焊皮层包裹，得到药芯焊丝在使用时，焊接部的润湿铺展性更佳，其中第一药芯层采用了由fesi45和fes按一定比例混合而成，其中，表面活性元素可以显著降低液态金属的表面张力，从而改性焊接过程中焊滴的过度形式，影响焊接金属的润湿铺展性，最终形成不同几何形态的焊缝。药芯中虽然添加的fesi45和fes，但液态熔滴中所含熔滴中所含的表面活性元素si和s并没有致使熔滴过渡形式由大滴过渡转变为射滴过渡，当金属芯焊丝的熔滴过渡形式为大滴过渡时，熔滴被电弧加热的时间较长，熔滴热焓较大，从而更加有利于形成铺展性较好的焊缝。控制第一焊皮层中镁、锰、锌、铜、铁、硅和铝各元素的配比，得到的第一焊皮层包裹在第一药芯层的外周，能够确保二段焊接工艺过程中，使得焊接部获得更加优异的润湿铺展性能。第二药芯层包裹在第一焊皮和第二焊皮之间，合理控制第二药芯层中铁、钒、钼、铬、硅、镧、铌、锰、碳、硼、钛、硫和磷元素的配比，使得在第一段焊接工艺过程中，使得焊接部获得更加优异的韧性和强度，提高了焊接部基体的强度。通过两段式焊接所获得的两段式焊接部，在保证其具有优异韧性和强度的基础上，具有优异的润湿铺展性。
附图说明
图1为本发明提出的一种具有优异润湿铺展性的药芯焊的结构示意图了；
图中，1、焊丝本体；2、第一药芯层；3、第一焊皮层；4、第二药芯层；5、第二焊皮层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
实施例1
参照图1，本发明的一种具有优异润湿铺展性的药芯焊丝，包括焊丝本体1，所述焊丝本体1包括第一药芯层2、第一焊皮层3、第二药芯层4和第二焊皮层5；所述焊丝本体1的轴心处设有第一药芯层2，所述第一药芯层2的外周设置有第一焊皮层3，所述第一焊皮层3远离第一药芯层2的外周设有第二药芯层4，所述第二药芯层4远离第一焊皮层3的外周设有第二焊皮层5；
其中：第一药芯层2的原料由fesi45和fes按重量比9：0.5混合而成；
第一焊皮层3按质量百分比由以下组分组成：镁粉1.4％、锰粉0.45％、锌粉4.5％、铜粉0.10％、铁粉0.4％、硅粉0.35％，余量为铝粉；
第二药芯层4的原料按重量份包括：铁粉23.5份、钒粉6份、钼粉6份、铬粉3.5份、硅粉2.5份、镧锭0.45份、铌锭0.2份、锰锭1.0份、碳粉3.5份、硼粉2.5份、钛粉4份、硫粉0.10份、磷粉0.02份。
其中，药芯焊丝的填充量控制在19％。
其中，所述第二焊皮层5为紫铜带。
本发明的一种具有优异润湿铺展性的药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
s1、将fesi45和fes放入球磨机中，球磨8h后得到混合均匀的第一药芯层2，然后于真空加热炉中，升温至200℃，保温2h，去除药粉中的结晶水；
s2、将镁粉、锰粉、锌粉、铜粉、铁粉、硅粉和铝粉在735℃融化成合金液，在750℃进行除气精炼，在735℃进行保温静置40min，浇铸得到铸锭，然后将铸锭水冷后进行热轧后冷却，接着进行人工时效得到片状第一焊皮层3；
s3、通过药芯焊丝制丝机把混合均匀的第一药芯层2包裹在第一焊皮层3内，第一道拉拔模具孔径为1.5mm；
s4、拉拔完毕后，模具孔径依次换至1.4mm、1.32mm、1.25mm、1.15mm、1.05mm、0.95mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为0.9mm，然后将铁粉、钒粉、钼粉、铬粉、硅粉、镧锭、铌锭、锰锭、碳粉、硼粉、钛粉、硫粉和磷粉放入球磨机中，球磨4h后得到混合均匀的第二药芯层4，然后于真空加热炉中，升温至300℃，保温1.0h，去除药粉中的结晶水，并通过药芯焊丝制丝机把第二药芯层4包裹在第一焊皮层3和第二焊皮层5之间，第二道拉拔模具孔径为1.5mm，拉拔完毕后，模具孔径依次换至1.4mm、1.32mm、1.25mm、1.15mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.1mm。
s2中，采用水温为35℃的冷却水对浇铸形成的铸锭进行水冷。
s2中，铸锭水冷过程中冷却水的水压为5pa。
s2中，热轧过程中，铸锭进轧温度为445℃，终轧温度为390℃，热轧水冷后，杆状铝合金温度为80℃。
实施例2
参照图1，本发明的一种具有优异润湿铺展性的药芯焊丝，包括焊丝本体1，所述焊丝本体1包括第一药芯层2、第一焊皮层3、第二药芯层4和第二焊皮层5；所述焊丝本体1的轴心处设有第一药芯层2，所述第一药芯层2的外周设置有第一焊皮层3，所述第一焊皮层3远离第一药芯层2的外周设有第二药芯层4，所述第二药芯层4远离第一焊皮层3的外周设有第二焊皮层5；
其中：第一药芯层2的原料由fesi45和fes按重量比3：0.8混合而成；
第一焊皮层3按质量百分比由以下组分组成：镁粉1.0％、锰粉0.70％、锌粉4.0％、铜粉0.15％、铁粉0.2％、硅粉0.55％，余量为铝粉；
第二药芯层4的原料按重量份包括：铁粉21份、钒粉8份、钼粉3份、铬粉5份、硅粉1份、镧锭0.6份、铌锭0.1份、锰锭1.5份、碳粉2份、硼粉4份、钛粉3份、硫粉0.15份、磷粉0.01份。
其中，药芯焊丝的填充量控制在18％。
其中，所述第二焊皮层5为紫铜带。
本发明的一种具有优异润湿铺展性的药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
s1、将fesi45和fes放入球磨机中，球磨7h后得到混合均匀的第一药芯层2，然后于真空加热炉中，升温至220℃，保温1h，去除药粉中的结晶水；
s2、将镁粉、锰粉、锌粉、铜粉、铁粉、硅粉和铝粉在750℃融化成合金液，在740℃进行除气精炼，在740℃进行保温静置30min，浇铸得到铸锭，然后将铸锭水冷后进行热轧后冷却，接着进行人工时效得到片状第一焊皮层3；
s3、通过药芯焊丝制丝机把混合均匀的第一药芯层2包裹在第一焊皮层3内，第一道拉拔模具孔径为1.5mm；
s4、拉拔完毕后，模具孔径依次换至1.4mm、1.32mm、1.25mm、1.15mm、1.05mm、0.95mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为0.9mm，然后将铁粉、钒粉、钼粉、铬粉、硅粉、镧锭、铌锭、锰锭、碳粉、硼粉、钛粉、硫粉和磷粉放入球磨机中，球磨3-5h后得到混合均匀的第二药芯层4，然后于真空加热炉中，升温至250℃，保温1.5h，去除药粉中的结晶水，并通过药芯焊丝制丝机把第二药芯层4包裹在第一焊皮层3和第二焊皮层5之间，第二道拉拔模具孔径为1.5mm，拉拔完毕后，模具孔径依次换至1.4mm、1.32mm、1.25mm、1.15mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.1mm。
s2中，采用水温为30℃的冷却水对浇铸形成的铸锭进行水冷。
s2中，铸锭水冷过程中冷却水的水压为6pa。
s2中，热轧过程中，铸锭进轧温度为430℃，终轧温度为390℃，热轧水冷后，杆状铝合金温度为80℃。
实施例3
参照图1，本发明的一种具有优异润湿铺展性的药芯焊丝，包括焊丝本体1，所述焊丝本体1包括第一药芯层2、第一焊皮层3、第二药芯层4和第二焊皮层5；所述焊丝本体1的轴心处设有第一药芯层2，所述第一药芯层2的外周设置有第一焊皮层3，所述第一焊皮层3远离第一药芯层2的外周设有第二药芯层4，所述第二药芯层4远离第一焊皮层3的外周设有第二焊皮层5；
其中：第一药芯层2的原料由fesi45和fes按重量比15：0.2混合而成；
第一焊皮层3按质量百分比由以下组分组成：镁粉1.8％、锰粉0.20％、锌粉5.0％、铜粉0.05％、铁粉0.6％、硅粉0.15％，余量为铝粉；
第二药芯层4的原料按重量份包括：铁粉26份、钒粉4份、钼粉9份、铬粉2份、硅粉4份、镧锭0.3份、铌锭0.3份、锰锭0.5份、碳粉5份、硼粉1份、钛粉5份、硫粉0.05份、磷粉0.03份。
其中，药芯焊丝的填充量控制在20％。
其中，所述第二焊皮层5为紫铜带。
本发明的一种具有优异润湿铺展性的药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
s1、将fesi45和fes放入球磨机中，球磨9h后得到混合均匀的第一药芯层2，然后于真空加热炉中，升温至180℃，保温3h，去除药粉中的结晶水；
s2、将镁粉、锰粉、锌粉、铜粉、铁粉、硅粉和铝粉在720℃融化成合金液，在760℃进行除气精炼，在730℃进行保温静置50min，浇铸得到铸锭，然后将铸锭水冷后进行热轧后冷却，接着进行人工时效得到片状第一焊皮层3；
s3、通过药芯焊丝制丝机把混合均匀的第一药芯层2包裹在第一焊皮层3内，第一道拉拔模具孔径为1.5mm；
s4、拉拔完毕后，模具孔径依次换至1.4mm、1.32mm、1.25mm、1.15mm、1.05mm、0.95mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为0.9mm，然后将铁粉、钒粉、钼粉、铬粉、硅粉、镧锭、铌锭、锰锭、碳粉、硼粉、钛粉、硫粉和磷粉放入球磨机中，球磨5h后得到混合均匀的第二药芯层4，然后于真空加热炉中，升温至250℃，保温1.5h，去除药粉中的结晶水，并通过药芯焊丝制丝机把第二药芯层4包裹在第一焊皮层3和第二焊皮层5之间，第二道拉拔模具孔径为1.5mm，拉拔完毕后，模具孔径依次换至1.4mm、1.32mm、1.25mm、1.15mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.1mm。
s2中，采用水温为30℃的冷却水对浇铸形成的铸锭进行水冷。
s2中，铸锭水冷过程中冷却水的水压为4.6pa。
s2中，热轧过程中，铸锭进轧温度为460℃，终轧温度为385℃，热轧水冷后，杆状铝合金温度为84℃。
实施例4
参照图1，本发明的一种具有优异润湿铺展性的药芯焊丝，包括焊丝本体1，所述焊丝本体1包括第一药芯层2、第一焊皮层3、第二药芯层4和第二焊皮层5；所述焊丝本体1的轴心处设有第一药芯层2，所述第一药芯层2的外周设置有第一焊皮层3，所述第一焊皮层3远离第一药芯层2的外周设有第二药芯层4，所述第二药芯层4远离第一焊皮层3的外周设有第二焊皮层5；
其中：第一药芯层2的原料由fesi45和fes按重量比4：0.7混合而成；
第一焊皮层3按质量百分比由以下组分组成：镁粉1.1-1.7％、锰粉0.25-0.65％、锌粉4.2-4.8％、铜粉0.08-0.12％、铁粉0.3-0.5％、硅粉0.18-0.52％，余量为铝粉；
第二药芯层4的原料按重量份包括：铁粉22份、钒粉7份、钼粉4份、铬粉4份、硅粉2份、镧锭0.5份、铌锭0.15份、锰锭1.2份、碳粉3份、硼粉3份、钛粉3.5份、硫粉0.12份、磷粉0.015份。
其中，药芯焊丝的填充量控制在18.5％。
其中，所述第二焊皮层5为紫铜带。
本发明的一种具有优异润湿铺展性的药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
s1、将fesi45和fes放入球磨机中，球磨7.5h后得到混合均匀的第一药芯层2，然后于真空加热炉中，升温至215℃，保温1.5h，去除药粉中的结晶水；
s2、将镁粉、锰粉、锌粉、铜粉、铁粉、硅粉和铝粉在745℃融化成合金液，在745℃进行除气精炼，在738℃进行保温静置35min，浇铸得到铸锭，然后将铸锭水冷后进行热轧后冷却，接着进行人工时效得到片状第一焊皮层3；
s3、通过药芯焊丝制丝机把混合均匀的第一药芯层2包裹在第一焊皮层3内，第一道拉拔模具孔径为1.5mm；
s4、拉拔完毕后，模具孔径依次换至1.4mm、1.32mm、1.25mm、1.15mm、1.05mm、0.95mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为0.9mm，然后将铁粉、钒粉、钼粉、铬粉、硅粉、镧锭、铌锭、锰锭、碳粉、硼粉、钛粉、硫粉和磷粉放入球磨机中，球磨3.5h后得到混合均匀的第二药芯层4，然后于真空加热炉中，升温至345℃，保温0.8h，去除药粉中的结晶水，并通过药芯焊丝制丝机把第二药芯层4包裹在第一焊皮层3和第二焊皮层5之间，第二道拉拔模具孔径为1.5mm，拉拔完毕后，模具孔径依次换至1.4mm、1.32mm、1.25mm、1.15mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.1mm。
s2中，采用水温为32℃的冷却水对浇铸形成的铸锭进行水冷。
s2中，铸锭水冷过程中冷却水的水压为6pa。
s2中，热轧过程中，铸锭进轧温度为435℃，终轧温度为392℃，热轧水冷后，杆状铝合金温度为73℃。
实施例5
参照图1，本发明的一种具有优异润湿铺展性的药芯焊丝，包括焊丝本体1，所述焊丝本体1包括第一药芯层2、第一焊皮层3、第二药芯层4和第二焊皮层5；所述焊丝本体1的轴心处设有第一药芯层2，所述第一药芯层2的外周设置有第一焊皮层3，所述第一焊皮层3远离第一药芯层2的外周设有第二药芯层4，所述第二药芯层4远离第一焊皮层3的外周设有第二焊皮层5；
其中：第一药芯层2的原料由fesi45和fes按重量比14：0.3混合而成；
第一焊皮层3按质量百分比由以下组分组成：镁粉1.7％、锰粉0.25％、锌粉4.8％、铜粉0.08％、铁粉0.5％、硅粉0.18％，余量为铝粉；
第二药芯层4的原料按重量份包括：铁粉25份、钒粉5份、钼粉8份、铬粉3份、硅粉3份、镧锭0.4份、铌锭0.25份、锰锭0.8份、碳粉4份、硼粉2份、钛粉4.5份、硫粉0.08份、磷粉0.025份。
其中，药芯焊丝的填充量控制在19.5％。
其中，所述第二焊皮层5为紫铜带。
本发明的一种具有优异润湿铺展性的药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
s1、将fesi45和fes放入球磨机中，球磨8.5h后得到混合均匀的第一药芯层2，然后于真空加热炉中，升温至185℃，保温2.5h，去除药粉中的结晶水；
s2、将镁粉、锰粉、锌粉、铜粉、铁粉、硅粉和铝粉在725℃融化成合金液，在755℃进行除气精炼，在732℃进行保温静置45min，浇铸得到铸锭，然后将铸锭水冷后进行热轧后冷却，接着进行人工时效得到片状第一焊皮层3；
s3、通过药芯焊丝制丝机把混合均匀的第一药芯层2包裹在第一焊皮层3内，第一道拉拔模具孔径为1.5mm；
s4、拉拔完毕后，模具孔径依次换至1.4mm、1.32mm、1.25mm、1.15mm、1.05mm、0.95mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为0.9mm，然后将铁粉、钒粉、钼粉、铬粉、硅粉、镧锭、铌锭、锰锭、碳粉、硼粉、钛粉、硫粉和磷粉放入球磨机中，球磨3.5h后得到混合均匀的第二药芯层4，然后于真空加热炉中，升温至345℃，保温0.8h，去除药粉中的结晶水，并通过药芯焊丝制丝机把第二药芯层4包裹在第一焊皮层3和第二焊皮层5之间，第二道拉拔模具孔径为1.5mm，拉拔完毕后，模具孔径依次换至1.4mm、1.32mm、1.25mm、1.15mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.1mm。
s2中，采用水温为38℃的冷却水对浇铸形成的铸锭进行水冷。
s2中，铸锭水冷过程中冷却水的水压为7pa。
s2中，热轧过程中，铸锭进轧温度为455℃，终轧温度为391℃，热轧水冷后，杆状铝合金温度为74℃。
将本发明实施例1-实施例5中制备得到的具有优异润湿铺展性的药芯焊丝进行实际的焊接工序中，并对焊接部进行性能检测，得到的检测数据如表1所示。
表1：
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。