CN103624414A - 一种用于低温钢焊接的焊条及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于低温钢焊接的焊条及其制备方法。该焊条包括焊芯和药皮,所述焊条的药皮含有如下重量份数的组分:大理石:30~40,萤石:18~25,长石:1~2,金红石:6~8,硅铁:4~6,电解锰:2~4,稀土硅铁:0.5,纯碱:1,镍粉:6~8,锆英砂:1~3,铁粉:13.5~16.5。为了提高焊缝熔敷金属的低温冲击韧性,本发明严格控制熔敷金属中硫、磷、氧、氮等杂质元素;同时,在药皮中加入稀土元素,进一步达到除硫、磷和细化晶粒的作用,从而进一步提高熔敷金属低温冲击韧性。
Description
技术领域
本发明属于焊接领域,具体涉及一种用于低温钢焊接的焊条及其制备和应用。
背景技术
根据我国现行标准,通常将船板钢分为一般强度船体用钢板和高强度船体用钢板。高强度船体用钢板,可按屈服点分为32Kg、36Kg、40Kg三个强度级别,和AH、DH、EH和FH四个质量级别,其中常用的主要是AH、DH、EH三个级别。
随着造船业的迅速发展,对船板等级的要求越来越高,FH级别高强度船体用钢板的需求量也越来越大。该级别高强度船体用钢板在要求高强度的同时,还要求具有良好的低温冲击韧性。
目前,国内有许多钢厂生产FH36钢板,该船板通常采用TMCP生产工艺,在钢板中添加Nb、Ti等微合金元素控制钢的化学成分,使其达到一定的强化效果且不对钢的组织产生不良影响,并且使钢板具有较低的脆性转变温度以及具有良好的焊接性能。因此,该钢板对焊接材料的要求也极为严格,不仅要求焊缝金属具有良好的强韧性匹配,同时要求有一定的低温冲击韧性,要求KV2(-60℃)≥27J。在焊接材料的开发过程中,在满足最低要求的基础上,更要留有一定的低温冲击韧性裕量。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种用于低温钢焊接的焊条及其制备方法,该低温钢优选为FH36钢板。
本发明提供的用于低温钢焊接的焊条,包括焊芯和药皮,所述焊条的药皮含有如下重量份数的组分:
大理石:30~40,萤石:18~25,长石:1~2,金红石:6~8,硅铁:4~6,电解锰:2~4,稀土硅铁:0.5,纯碱:1,镍粉:6~8,锆英砂:1~3,铁粉:13.5~16.5。
优选地,所述焊条的药皮含有如下重量份数的组分:
大理石:30,萤石:25,长石:2,金红石: 8,硅铁: 5,电解锰:3,稀土硅铁:0.5,纯碱:1,镍粉:7,锆英砂:3,铁粉:15.5。
优选地,所述焊条的药皮含有如下重量份数的组分:
大理石:35,萤石:23,长石:1,金红石:7,硅铁:5,电解锰:4,稀土硅铁:0.5,纯碱:1,镍粉:8,锆英砂:2,铁粉:13.5。
优选地,所述低温钢为FH36钢板。
优选地,所述焊条的焊芯为焊接用钢条。
本发明还提供上述焊条的制备方法,包括如下步骤:
1)按照所述量称取药皮各组分,混合均匀;
2)将步骤1)所得的混合物以钾钠水玻璃粘合;
3)将步骤2)所得的粘合物包覆在焊芯外,制成焊条。
优选地,步骤2)中所述钾钠水玻璃的分子式为2K2O·Na2O·mSiO2,其用量为:每100kg 步骤1)所得的混合物中加入16~18L钾钠水玻璃。
优选地,所述焊芯为焊接用钢条,焊芯直径与焊条外径之比为0.55~0.65:1。
优选地,所述焊芯为焊接用钢条H08GX。
本发明所提供的技术方案能够达到以下的技术效果:
1、本发明焊条的熔敷金属含有如下重量百分比的化学成分:C ≤0.12%、Si ≤0.80%、Mn≤1.25%、Ni 2.00~2.75%、S≤0.030%、P≤0.030%,其余为Fe,其具有高韧性KV2(-60℃)≥27J。为了提高焊缝熔敷金属的低温冲击韧性,本发明严格控制熔敷金属中硫、磷、氧、氮等杂质元素;同时,在药皮中加入稀土元素,进一步达到除硫、磷和细化晶粒的作用,从而进一步提高熔敷金属低温冲击韧性。
2、本发明的焊条为超低氢焊条,对熔敷金属扩散氢测定:[H]=2.1ml/100g(水银法)。
3、本发明的焊条采用钾钠2:1的水玻璃进行粘合,能采用交直流焊接设备进行焊接。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
本研究渣系为CaCO3-CaF2-SiO2-TiO2渣系,并通过大量的试验确定了各成分含量对工艺性能的影响。
大理石:主要作用是造渣和造气,分解产物是CaO,可以提高渣的碱度,对焊缝金属低温冲击韧性有益。含量太少,造渣和造气功能不足,对电弧保护不周,使空气中得N进入焊缝,降低焊缝金属低温冲击韧性;含量太多,增加药皮的熔点,减少焊条的熔化速度,同时焊缝成形***糙,所以本发明中大理石的含量在30~40之间。
萤石:主要作用是造渣、改善渣的流动性及去氢。含量太少,去氢效果不明显,渣流动性变差;含量太多,焊条药皮熔点太低,在焊接时容易出现断弧现象。所以本发明中萤石含量在18~25之间。
长石:主要作用是造渣、稳弧。含量太少上述功能不明显;含量太多,会减慢焊接速度,增加渣的粘度。本发明长石含量在1~2之间。
金红石:主要作用造渣、稳弧,可以提高熔渣熔点,可改善焊条立向上焊接操作工艺。含量太少,上述功能表现不明显;含量太多,熔渣熔点太高,焊缝成形***糙同时降低焊缝金属低温冲击韧性。本发明金红石含量在6~8之间。
硅铁:主要作用是脱氧和合金化。含量太少,焊缝金属脱氧不足;含量太多,焊缝金属强度太高,同时降低焊缝金属低温冲击韧性。本发明中可采用45#雾化硅铁(符合GB/T2272-2009),本发明硅铁含量在4~6之间。
电解锰:主要作用是脱氧和合金化。含量太少,脱氧和合金化作用不明显;含量太多,焊接过程中易出现飞溅,焊缝金属脆、硬。本发明电解锰含量在2~4之间。
稀土硅铁:主要作用是合金化,向焊缝金属中过渡稀土元素。含量太少,稀土元素的作用发挥不出来;含量太多,向焊缝金属中过渡太多的硅,使焊缝金属强度升高,低温韧性下降。本发明中所用稀土硅铁符合GB/T4137-2004,稀土硅铁含量为0.5。
纯碱:主要作用是改善焊条的压涂性能。含量太少,不能改善压涂性能;含量太多,焊条容易出现返潮现象。本发明纯碱的含量为1。
镍粉:主要作用是合金化,能提高焊缝金属的低温韧性,降低韧脆转变温度。含量太少,上述性能表现不明显;含量太多,增大热裂敏感性,同时镍粉比较贵重,不宜多加。本发明镍粉的含量在6~8之间。
锆英砂:主要作用是改善脱渣性能。含量太少,上述功能表现不明显;含量太多,低温韧性下降。本发明锆英砂的含量在1~3之间。
铁粉:主要作用是改善电弧状态,调节铁水熔点和粘度,余量加入。
本发明的特点是:所采用的焊条药皮成分配比,可最大限度的发挥各组份的优势,能使焊缝金属化学成分及力学性能满足FH36钢板的焊接要求,是一种与FH36钢板相配套的焊条。
通过在FH36钢上施焊,本发明的焊条焊接工艺性能良好,电弧稳定、脱渣容易、成型美观。
熔敷金属化学成分及力学性能符合GB/T5117-2012《非合金钢及细晶粒钢焊条》中E5518-N5的相关技术要求。C ≤0.12%、Si ≤0.80%、Mn≤1.25%、Ni 2.00~2.75%、S≤0.030%、P≤0.030%,其余为Fe
本发明提供4个实施例,其中实施例1~4的配方列在表一中。
下面通过具体实施例作进一步详细说明:
实施例:
本实施例的焊条,焊条药皮的成分及其占质量的百分比含量如下大理石、萤石、金红石、硅铁、电解锰、稀土硅铁、纯碱、镍粉、锆英砂和铁粉。
本实施例按照下述步骤制备焊条:
1)按照所述量称取药皮各组分,混合;
2)将步骤1)所得的混合物以钾钠2:1水玻璃(2K2O·Na2O·mSiO2)粘合,其用量为每100kg步骤1)所得的混合物加入16~18L钾钠2:1水玻璃;
3)将步骤2)所得的粘合物涂覆在Φ4.0mm H08GX焊芯上,制成外径为Φ6.8 mm的焊条。
采用本实施例的焊条
表一中列举实施例No.1~ No.4的焊条药皮及重量份数。
表一 实施例焊条配方
实施例 | No.1 | No.2 | No.3 | No.4 |
大理石 | 30 | 35 | 38 | 40 |
萤 石 | 25 | 23 | 18 | 21 |
长石 | 2 | 1 | 2 | 2 |
金红石 | 8 | 7 | 8 | 6 |
硅 铁 | 5 | 5 | 4 | 6 |
电解锰 | 3 | 4 | 3 | 2 |
稀土硅铁 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
纯 碱 | 1 | 1 | 1 | 1 |
镍 粉 | 7 | 8 | 6 | 7 |
锆英砂 | 3 | 2 | 3 | 1 |
铁 粉 | 15.5 | 13.5 | 16.5 | 13.5 |
a.焊条形成的熔敷金属的热敷金属化学成分如表二:
表二 实施例熔敷金属化学成分 (%)
实施例 | No.1 | No.2 | No.3 | No.4 |
C | 0.040 | 0.045 | 0.048 | 0.046 |
Si | 0.49 | 0.46 | 0.40 | 0.39 |
Mn | 0.94 | 1.02 | 0.92 | 0.88 |
Ni | 2.38 | 2.42 | 2.24 | 2.36 |
S | 0.0052 | 0.0050 | 0.0061 | 0.0058 |
P | 0.014 | 0.012 | 0.015 | 0.013 |
Fe | 余量 | 余量 | 余量 | 余量 |
b.焊条形成的熔敷金属的力学性能如下表三:
表三 熔敷金属力学性能
b. 以水银法对熔敷金属扩散氢测定,其扩散氢可到达超低氢(水银法超低氢标准为[H]≤5.0ml/100g),具体含量参见表四。
表四 熔敷金属扩散氢含量
c. 在FH36钢板上施焊,焊接过程中,全位置焊接操作工艺性能好、电弧稳定、脱渣容易、成型美观。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (9)
1.一种用于低温钢焊接的焊条,其特征在于,所述焊条包括焊芯和药皮,所述焊条的药皮含有如下重量份数的组分:
大理石:30~40,萤石:18~25,长石:1~2,金红石:6~8,硅铁:4~6,电解锰:2~4,稀土硅铁:0.5,纯碱:1,镍粉:6~8,锆英砂:1~3,铁粉:13.5~16.5。
2.根据权利要求1所述的焊条,其特征在于,所述焊条的药皮含有如下重量份数的组分:
大理石:30,萤石:25,长石:2,金红石: 8,硅铁: 5,电解锰:3,稀土硅铁:0.5,纯碱:1,镍粉:7,锆英砂:3,铁粉:15.5。
3.根据权利要求1所述的焊条,其特征在于,所述焊条的药皮含有如下重量份数的组分:
大理石:35,萤石:23,长石:1,金红石:7,硅铁:5,电解锰:4,稀土硅铁:0.5,纯碱:1,镍粉:8,锆英砂:2,铁粉:13.5。
4.根据权利要求1所述的焊条,其特征在于,所述低温钢为FH36钢板。
5.根据权利要求1所述的焊条,其特征在于,所述焊条的焊芯为焊接用钢条。
6.权利要求1所述焊条的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)按照所述量称取药皮各组分,混合均匀;
2)将步骤1)所得的混合物以钾钠水玻璃粘合;
3)将步骤2)所得的粘合物包覆在焊芯外,制成焊条。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述钾钠水玻璃的分子式为2K2O·Na2O·mSiO2,其用量为:每100kg 步骤1)所得的混合物中加入16~18L钾钠水玻璃。
8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述焊芯为焊接用钢条,焊芯直径与焊条外径之比为0.55~0.65:1。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述焊芯为焊接用钢条H08GX。
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