CN105234589B

CN105234589B - 一种Q500qE钢埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法

Info

Publication number: CN105234589B
Application number: CN201410669256.1A
Authority: CN
Inventors: 孟钰竣; 何少卿; 杜文利; 郭伟强
Original assignee: BAOJI YUSHENG WELDING MATERIAL Co Ltd
Current assignee: Baoji Yusheng Welding Material Co., Ltd.
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2017-09-05
Anticipated expiration: 2034-11-21
Also published as: CN105234589A

Abstract

本发明公开了一种Q500qE钢埋弧焊用烧结焊剂，其主要化学成分的重量含量为：CaF₂36％～37.5％、A1₂O₃27.5％～29％、MgO 13％～15％、SiO₂14％～18％、CaO 1％～3％、Na₂O/K₂O 1％～2％、SeO₂0.5％～1.0％和FeSi75‑A 1.0～1.3％；制备方法如下：称取原材料，干搅拌；加水玻璃湿搅拌；造粒；烘干；过筛，筛分出标准粒度的物料；烧结，出炉冷却。本发明的有益效果如下：本发明生产出的烧结焊剂是能够适应Q500qE高强度桥梁钢埋弧焊的高韧性烧结焊剂，在保证焊缝金属具有高强度、优良低温冲击韧性的同时，具有优良的焊接工艺性能。

Description

一种Q500qE钢埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及桥梁钢埋弧焊技术领域，具体涉及一种Q500qE钢埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法。

背景技术

烧结焊剂是一种优质、高效、节能、环保型焊剂。该焊剂在焊接时无烟、无味、无弧、无飞溅。其生产制造过程无环境污染，能耗低，原材料利用充分，符合国家产业发展政策。烧结焊剂的堆积密度小，渣壳较薄，焊剂消耗量少，焊接成本较低。烧结焊剂的碱度值调整范围大，可以适用于可焊性较差材料的焊接，可以满足焊缝超低氢、高强高韧、高洁度的理化性能要求，广泛应用于高强钢、不锈钢等高合金钢结构的焊接。

我国桥梁用钢的发展起步较早，但发展缓慢，20世纪60～80年代开发了16Mnq、15MnVq、15MnVNq等，其中16Mnq应用广泛，但冲击韧性偏低。80年代九江大桥采用了15MnVNq，但由于采用了高强度的V，导致钢板低温冲击韧性和焊接性能差。90年代开发了14MnNbq(Q370q)铁路桥梁用钢，其具有优良的低温冲击韧性，可以满足一般桥梁建设的要求。

目前，我国正在建设的沪通铁路长江大桥为四线铁路六车道公路合建桥梁，主航道桥采用主跨1092m两塔五跨斜拉桥方案，要求采用更高强度的Q500qE桥梁用钢建造关键部位构件。但是现有焊接材料都不能满足这种高强度高韧性的焊接要求。因此研制一种适用Q500qE桥梁钢焊接用的烧结焊剂成为重要课题。

高碱度渣系烧结焊剂容易获得高韧性焊缝，但对于获得高强度高韧性焊缝金属和良好焊接工艺性能仍具有很大技术困难，特别是焊接厚度大于32mm、甚至是60mm的大厚钢板时，由于多层多道焊接，后焊的焊道对前道焊缝起到热处理作用，使焊缝组织发生变化，容易造成焊缝金属低温冲击吸收功下降和大幅度波动。因此，采用原来的焊接材料不能满足Q500qE桥梁钢高强高韧性的焊接要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够同时满足焊缝金属的高强度和高韧性要求的Q500qE钢埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种Q500qE钢埋弧焊用烧结焊剂，其主要化学成分的重量含量为：CaF₂36％～37.5％、Al₂O₃27.5％～29％、MgO13％～15％、SiO₂14％～18％、CaO1％～3％、Na₂O/K₂O1％～2％、SeO₂0.5％～1.0％和FeSi75-A1.0～1.3％。

作为优选，所述FeSi75-A的主要化学成分的重量含量为：Si72％～80％、C≤0.1％、Mn≤0.5％、Cr≤0.5％、S≤0.02％、P≤0.035％，余量为铁。

一种Q500qE钢埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，其方法步骤如下：

(1)按照化学成分重量配比称取原材料，将称好的原材料放进干搅拌器中进行干搅拌；

(2)将干搅拌均匀的原材料放入湿搅拌器中，然后加入一定量的水玻璃，进行湿搅拌；

(3)将湿搅拌均匀的物料送入造粒机进行造粒；

(4)将造出的粒状物料经热风干燥后，送入烘干炉中进行烘干；

(5)将烘干后的粒状物料过筛，筛分出标准粒度的物料；

(6)将筛分出的标准粒度物料送入烧结炉中进行烧结，烧结一段时间后，出炉冷却；

(7)将出炉冷却后的物料依次进行检验、过筛、包装、入库，完成烧结焊剂的制备过程。

作为优选，所述步骤(2)中加入的水玻璃重量为原材料总重量的20％。

作为优选，所述步骤(4)中烘干炉内的温度为180℃～230℃。

作为优选，所述步骤(6)中烧结炉内的温度为800℃～850℃。

作为优选，所述步骤(6)中的烧结时间为1小时。

本发明所述Q500qE钢埋弧焊用烧结焊剂的碱度为1.68～1.80，能减少焊接过程中焊丝合金元素烧损，确保焊缝金属的强度，从而提高焊缝金属低温冲击韧性。

增加烧结焊剂中分解压相对较小的碱性氧化物如Al2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O等的含量，由于碱性氧化物稳定性比FeO大很多，一般不表现出氧化性，所以焊缝中氧含量也较低。同时降低分解压相对较大的酸性氧化物如SiO2、TiO2等的含量，设计成“无氧”或低氧焊剂，减少焊剂组分对焊缝金属的氧化，控制焊缝金属中氧含量在162ppm～200ppm范围。

保证焊缝金属的纯净度，由于锰矿S、P含量高，本发明避免了直接采用锰矿获取MnO；加入适量CaO，控制原材料中S、P杂质含量，进一步增加焊缝脱S、P的效果。

通过调整焊剂的粘度、表面张力和熔点等，从而改善焊缝的成型性能和熔渣的脱渣性能，改善焊接工艺性能，保证焊缝表面质量。

焊剂原材料中的CaF2是不可缺少的造渣成分，其具有提高焊剂碱度、稀释熔渣、降低熔渣熔点的作用，同时能显著降低熔敷金属中的氧含量。焊剂中的CaF2含量小于36％时，由于形成焊接熔渣量不足，熔渣的熔点过高，熔渣的流动性差，焊道的外观形状恶化，同时得不到降低焊缝金属中氧含量的效果；另一方面，焊剂中CaF2含量大于37.5％时，电弧不稳定，容易产生断弧现象，熔渣的流动性大，容易造成焊缝金属成型不整齐。因此，焊剂中CaF2含量控制在36％～37.5％范围内为最佳效果。CaF2以萤石或者冰晶石等形式添加。

焊剂原材料中的MgO是不可缺少的造渣成分，其具有提高焊剂碱度、显著降低熔敷金属中氧含量的作用。MgO的熔点高达2700℃，给予焊剂很大的耐高温性，是大线能量焊剂保证焊缝成型的重要成分。较大线能量焊接时，焊缝形状稳定。焊剂中的MgO含量小于13％时，由于形成焊接熔渣量不足，焊道的外观形状恶化；焊剂中MgO含量大于15％时，熔渣的表面张力增大，熔渣的黏度提高，焊道根部的熔渣挤压熔融金属，焊道呈蛇形。因此，焊剂中MgO含量控制在13％～15％范围内为最佳效果。MgO的原料以重烧镁砂形式添加。

焊剂原材料中的CaO是提高焊缝金属韧性的碱性造渣成分，其具有提高焊剂碱度、显著降低熔敷金属中氧含量的作用。焊剂中CaO含量小于3％时，碱性熔渣量不足，焊道的外观形状恶化，同时得不到降低熔敷金属中氧含量的效果；另一方面，焊剂中CaO含量大于3％时，熔渣的密度和表面张力增大，熔渣流动性差，焊道形状不好，脱渣性能下降。因此，焊剂中CaO含量控制在1％～3％范围内为最佳效果。CaO的原料使用大理石、硅灰石等。

焊剂原材料中选择少量(合计为1％～2％)的Na₂O/K₂O，Na₂O或K₂O具有稳定电弧的作用。焊剂中的Na₂O或K₂O的合计小于1％时，电弧不稳定，焊道凸凹不平；焊剂中的Na₂O或K₂O的合计大于2％时，焊剂耐吸潮性下降，容易产生麻坑和压痕。因此，Na₂O或K₂O的合计含量为1％～2％为最佳效果。Na₂O或K₂O的主要来源是钾长石以及黏结剂的钠水玻璃、钾钠水玻璃。

焊剂原材料中的Al₂O₃是改善粘渣的必要成分。Al₂O₃的分解压比FeO小，属于相对稳定的氧化物，不提高熔敷金属的氧含量。Al₂O₃是熔点为2050℃的高温耐火材料，是大线能量焊剂中保证焊缝成型的重要成分。焊剂中Al₂O₃含量小于27.5％时，大线能量焊接时，焊后焊道粘渣，焊道成型不好；焊剂中Al₂O₃含量大于29％时，焊缝窄，呈凸状焊缝，与母材熔合不好，产生夹渣。因此，焊剂中的Al₂O₃含量控制在27.5％～29％范围内为最佳效果。Al₂O₃主要以氧化铝、铝矾土、焦宝石等形式添加。

焊剂原材料中的SiO₂是获得良好工艺性能的必要成分。但SiO₂是具有降低熔渣碱度、提高熔敷金属氧含量作用的成分。焊剂中SiO₂含量小于14％时，焊道成型不好，焊接工艺性能不理想；焊剂中SiO₂含量大于18％时，降低焊剂的碱度，提高熔敷金属中的氧含量，降低熔敷金属的韧性。因此，焊剂中的SiO₂含量控制在14％～18％范围内为最佳效果。SiO₂以硅灰石、焦宝石等形式添加以及粘结剂带入。

焊剂原材料中的SeO₂是表面活性元素，改变液态金属的表面性质，使氢难以进入液态金属，从而降低了熔敷金属的扩散氢含量。SeO₂的添加量在0.5％～1.0％为宜，低于0.5％时，效果不明显，超过1.0％时，造成成焊缝成形不好。

采用上述技术方案所产生的有益效果如下：

本发明生产出的烧结焊剂是能够适应Q500qE高强度桥梁钢埋弧焊的高韧性烧结焊剂，在保证焊缝金属具有高强度、优良低温冲击韧性的同时，具有优良的焊接工艺性能。

发明生产出的烧结焊剂在大跨度高强度桥梁钢厚板埋弧对接焊时，焊前不预热、焊后不进行热处理，同时满足焊缝金属的高强度和高韧性要求。

利用本发明所述烧结焊剂的焊缝金属低温冲击韧性，夏比冲击吸收功Akv(-40℃)：193J～213J，冲击吸收功的离散度很小。本发明的烧结焊剂在焊接过程中，熔渣的熔点、熔渣粘度适中，当熔池凝固时，焊缝表面不产生气体压痕，具有良好的焊缝成型。熔渣表面张力较低，焊后脱渣容易，且焊缝边缘过渡平稳，表面光滑，焊缝外观成形质量好，具有良好的焊接工艺性能。本发明的烧结焊剂还可与多种焊丝匹配，可焊接多种低合金钢和桥梁钢。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种Q500qE钢埋弧焊用烧结焊剂，其主要化学成分的重量含量为：CaF₂37.2％、Al₂O₃28％、MgO14％、SiO₂16％、CaO1％、Na₂O/K₂O2％、SeO₂0.5％和FeSi75-A1.3％。

上述Q500qE钢埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，其具体步骤如下：

(2)将干搅拌均匀的原材料放入湿搅拌器中，然后加入占原材料总重量的20％的水玻璃，进行湿搅拌；

(3)将湿搅拌均匀的物料送入造粒机进行造粒；

(4)将造出的粒状物料经热风干燥后，送入温度为180℃～230℃的烘干炉中进行烘干；

(5)将烘干后的粒状物料过筛，筛分出标准粒度的物料；

(6)将筛分出的标准粒度物料送入温度为800℃～850℃的烧结炉中进行烧结，烧结1小时后，出炉冷却；

上述生产出的烧结焊剂的碱度为1.80，焊缝金属氧含量为162ppm。

实施例2

一种Q500qE钢埋弧焊用烧结焊剂，其主要化学成分的重量含量为：CaF₂36％、Al₂O₃29％、MgO13％、SiO₂16.3％、CaO3％、Na₂O/K₂O1％、SeO₂0.7％和FeSi75-A1.0％。

(3)将湿搅拌均匀的物料送入造粒机进行造粒；

(5)将烘干后的粒状物料过筛，筛分出标准粒度的物料；

上述生产出的烧结焊剂的碱度为1.70，焊缝金属氧含量为167ppm。

实施例3

一种Q500qE钢埋弧焊用烧结焊剂，其主要化学成分的重量含量为：CaF₂36.8％、Al₂O₃27.5％、MgO14％、SiO₂17％、CaO1％、Na₂O/K₂O1.5％、SeO₂1.0％和FeSi75-A1.2％。

(3)将湿搅拌均匀的物料送入造粒机进行造粒；

(5)将烘干后的粒状物料过筛，筛分出标准粒度的物料；

上述生产出的烧结焊剂的碱度为1.68，焊缝金属氧含量为200ppm。

经试验得出，当烧结焊剂化学成分含量不在本发明所约束范围内时，焊剂碱度将低于1.68，焊缝金属氧含量将高于200ppm，不符合最佳的性能要求。

综上所述，本发明生产出的烧结焊剂是能够适应Q500qE高强度桥梁钢埋弧焊的高韧性烧结焊剂，在保证焊缝金属具有高强度、优良低温冲击韧性的同时，具有优良的焊接工艺性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种Q500qE钢埋弧焊用烧结焊剂，其特征在于，其主要化学成分的重量含量为：CaF₂36％～37.5％、Al₂O₃27.5％～29％、MgO13％～15％、SiO₂14％～18％、CaO1％～3％、Na₂O/K₂O1％～2％、SeO₂0.5％～1.0％和FeSi75-A1.0～1.3％；

所述FeSi75-A的主要化学成分的重量含量为：Si72％～80％、C≤0.1％、Mn≤0.5％、Cr≤0.5％、S≤0.02％、P≤0.035％，余量为铁。

2.一种如权利要求1所述的Q500qE钢埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，其特征在于，其方法步骤如下：

(3)将湿搅拌均匀的物料送入造粒机进行造粒；

(5)将烘干后的粒状物料过筛，筛分出标准粒度的物料；

(7)将出炉冷却后的物料依次进行检验、过筛、包装、入库，完成烧结焊剂的制备过程；

所述步骤(2)中加入的水玻璃重量为原材料总重量的20％；

所述步骤(4)中烘干炉内的温度为180℃～230℃；

所述步骤(6)中烧结炉内的温度为800℃～850℃；

所述步骤(6)中的烧结时间为1小时。