CN105290635A - 一种用于双相不锈钢焊接的酸性焊条药皮及其制备方法 - Google Patents

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余晗
张锦刚
张晓锋
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张国超
李鸿斌
汪海涛
王维亮
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Abstract

本发明公开了一种高强度双相不锈钢酸性焊条药皮配方，按质量百分比该材料由以下组分组成：7％-26％的白云石，3％-8％的萤石，35％-45％的金红石，5％-9％的锰铁，3％-10％的钛铁，1％-4％的钛白粉，6％-22％的长石，3％-15％的白泥，1.2％-1.8％的云母，1.5％-5.2％的白土子，各组分的质量百分比之和为100％。药粉粘结剂为钾钠混合水玻璃，每100g粉料加入28g-35g。采用本发明药皮制作的焊条，引弧和稳弧的性能良好，焊接中的烟尘和飞溅比较小，脱渣性优良，焊道成型均匀美观，无气孔。

Description

一种用于双相不锈钢焊接的酸性焊条药皮及其制备方法
技术领域：
本发明属于材料加工技术领域，本发明涉及一种酸性焊条材料，特别涉及一种酸性焊条药皮，本发明还涉及该焊条的制备方法。
背景技术：
随着现代工业技术的发展，不锈钢以其优良的机械性能、耐蚀性，得到广泛的应用，然而其焊接问题也愈显突出。在实际焊接过程中，焊接接头的强韧性与母材的强韧化水平存在较大差异，尤其是焊接接头HAZ的综合机械性能较差，这就使得产品的生产成本增加，容易引发安全事故。
文献表明，不锈钢焊条常常采用酸性药皮，主要原因是酸性焊条具有十分良好的焊接工艺性能，在焊接过程中能有效降低含碳量，减少熔敷金属中C与Cr结合偏析，减小贫铬区，从而增强焊缝抗晶间腐蚀的能力。所以综合以上分析，并结合不锈钢焊条实际生产经验，确定出焊条药皮的渣系为TiO2-CaO-SiO2，设计的这种焊条药皮按定义为氧化钛钙型。
发明内容：
本发明的目的是提供一种酸性焊条，为双相不锈钢提供焊接材料，提高焊缝强度及冲击韧性。
本发明所采用的技术方案是，一种高强度双相不锈钢焊条药皮，按质量百分比该材料由以下组分组成：7％-26％的白云石，3％-8％的萤石，35％-45％的金红石，5％-9％的锰铁，3％-10％的钛铁，1％-4％的钛白粉，6％-22％的长石，3％-15％的白泥，1.2％-1.8％的云母，1.5％-5.2％的白土子，各组分的质量百分比之和为100％。药粉粘结剂为钾钠混合水玻璃，每100g料粉加入30g-33g。
本发明的特点还在于:
通过控制脱氧剂(钛铁、锰铁)的加入比例，使得焊缝取得良好力学性能。
本发明的有益效果是，焊条药皮与ER2209焊芯(d＝4.0mm)相匹配，制作出的焊条，稳弧性能良好，熔池流动性好，飞溅颗粒细小，焊后脱渣容易，熔渣覆盖均匀，焊缝成型细致美观。研制的焊条冲击韧性有较为明显的提高。
附图说明：
图1是使用本发明实施例1制作出的焊条焊接后焊缝中心的金相组织照片；
图2是使用本发明实施例2制作出的焊条焊接后焊缝中心的金相组织照片。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1、2，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种高强度双相不锈钢酸性焊条药皮，按照质量百分比该材料由以下组分组成：7％-26％的白云石，3％-8％的萤石，35％-45％的金红石，5％-9％的锰铁，3％-10％的钛铁，1％-4％的钛白粉，6％-22％的长石，3％-15％的白泥，1.2％-1.8％的云母，1.5％-5.2％的白土子，各组分的质量百分比之和为100％。药粉粘结剂为钾钠混合水玻璃，每100g料粉加入28g-35g。
药皮中各个组分的作用：
白云石的主要成分为CaMg(CO3)2，在焊条药皮中，主要作用是造气和造渣，同时其对电弧的稳定也起到一定的作用。在焊接过程中，其主要的氧化产物CaO、MgO，可在焊缝金属中起到有效的脱硫、磷的作用。氧化产物MgO，可以提高熔渣透气性，使熔池中的气体在其凝固的过程中更容易溢出，减少气孔形成的倾向，降低扩散氢的含量，还可以增加熔渣表面张力，有利于焊条脱渣性。本发明中白云石的含量控制在7％-26％。
萤石的主要化学成分是CaF2，其主要作用造渣和降氢。其熔点较低，能够稀释熔渣，降低熔渣的熔点，从而提高熔渣的导电性和流动性。CaF2可以与氢结合，生成HF，起到去氢的作用。改善焊缝的塑性和韧性以及焊接工艺性能，在本发明中CaF2的含量控制在3％-8％之间。
金红石的主要化学成分是TiO2，其对焊条脱渣性的提高有着至关重要的作用。可以使焊条药皮在焊接熔化的过程中实现“短渣”的特性。TiO2在高温下的粘度低，有利于熔敷金属的铺展，而且金红石还可以起到稳定电弧的作用。在焊条药皮中合理的TiO2的含量，不但可以稳弧而且减小飞溅，促使熔敷金属的铺展，减少气孔的形成，在本发明中金红石的含量控制在35％-45％之间。
钛白粉的主要化学成分是TiO2，主要作用改善焊条的压涂工艺性能，使焊条药皮具有较好的塑性。在本发明中钛白粉的含量控制在1％-4％之间。
锰铁和钛铁是常用的脱氧剂，并且也起到合金化的作用。
长石的主要成分是SiO2，其中还含有Al2O3、K2O、Na2O等物质，主要作用是提高焊条的引燃性，使其能够稳定燃烧，同时可适量减低焊条药皮的熔化温度，减小焊条燃烧时药皮套筒过长的倾向。在本发明中长石的含量控制在6％-22％之间。
白泥的主要成分是SiO2，其中含有Al2O3，Al2O3提高电弧的集中性，增加电弧吹力，使熔渣表面张力提高，使得脱渣容易。在本发明中白泥的含量控制在3％-15％之间。
云母的加入具有稳定电弧、造渣并改善焊条压涂工艺性能的特性，但是含量不宜太多。在在本发明中云母的含量控制在1.2％-1.8％之间。
白土子的主要化学成分是MgO、CaO，其主要作用造渣，改善压涂性能，可提高电弧电压，细化熔滴，稳定电弧，提高焊条熔化系数。在在本发明中白土子的含量控制在1.5％-5.2％之间。
实施例1
按照质量百分比用电子秤分别称取13.8％的白云石，3.4％的萤石，3.4％的钛白粉，45％的金红石，3.6％的钛铁，3.8％的锰铁，16.5％的长石，8.5％的白泥，2％的白土子。将上述药粉材料和31克钾钠混合水玻璃一起放入混料机中混合15-20分钟，混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团，钾钠混合水玻璃为粘结剂。
焊条生产主要在焊条压涂机中进行，首先加入前期制得的圆柱形药团，并将药团压涂在ER2209焊芯上，将制作好的焊条放入箱式炉中以低温60℃×8h，高温120℃×1h、180℃×1h、250℃×1h、350℃×1h四个温度段进行逐级升温烘干，就制成了一种高强度双相不锈钢酸性焊条。
切取规格为170mm×100mm×15mm的钢板1副(焊接用的钢板为双相不锈钢)，单边双面开30°坡口。焊接工艺参数为如表1所示。层间温度控制在200℃±15℃，焊前将焊条加热至300℃，保温1小时，焊件无需预热；对钢板进行对接堆焊，焊到双面坡口填满为止。
表1焊接工艺参数
焊接接头力学性能如表2所示，对焊接接头进行金相实验，焊缝中心金相组织如图1所示。
表2焊条熔敷金属的力学性能和工艺性能
实施例2
按照质量百分比用电子秤分别称取25％的白云石，4.5％的萤石，8.5％的钛白粉，35％的金红石，5％的钛铁，4.5％的锰铁，6.5％的长石，5.5％的白泥，5.5％的白土子。将上述药粉材料和33克钾钠混合水玻璃一起放入混料机中混合15-20分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团，钾钠混合水玻璃为粘结剂。
焊条生产主要在焊条压涂机中进行，首先加入前期制得的圆柱形药团，并将药团压涂在ER2209焊芯上，将制作好的焊条放入箱式炉中以低温60℃×8h，高温120℃×1h、180℃×1h、250℃×1h、350℃×1h四个温度段进行逐级升温烘干，就制成了一种高强度双相不锈钢酸性焊条。
切取规格为170mm×100mm×15mm的钢板1副(焊接用的钢板为双相不锈钢)，单边双面开30°坡口。焊接工艺参数为如表2所示。层间温度控制在200℃±15℃，焊前将焊条加热至300℃，保温1小时，焊件无需预热；对钢板进行对接堆焊，焊到双面坡口填满为止。
表3焊接工艺参数
焊接接头力学性能如表4所示，对焊接接头进行金相实验，焊缝中心金相组织如图2所示。
表4焊条熔敷金属的力学性能和工艺性能
本发明具有以下特点：
1.本发明的原料易于获得，所需原料都是国内储备较丰富的原料；
2.本发明与ER2209焊丝匹配，用于双相不锈钢焊接得到的焊缝性能如下：
1)焊缝的抗拉强度σb≥655Mpa，屈服强度σs≥450Mpa，冲击韧性平均值≥77J，延伸率平均值≥25％，断面收缩率≥39％。
2)焊缝的组织主要为板条马氏体和回火索氏体混合组织，还有部分残余奥氏体和二次析出相。
3.本发明与ER2209焊丝匹配，具有良好的工艺性能：引弧及稳弧性能良好，焊接过程中烟尘和飞溅较小，脱渣性能优良，焊道成型均匀美观，无气孔。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (6)

1.一种高强度双相不锈钢焊条药皮，其特征在于，按质量百分比该材料由以下组分组成：7％-26％的白云石，3％-8％的萤石，35％-45％的金红石，5％-9％的锰铁，3％-10％的钛铁，1％-4％的钛白粉，6％-22％的长石，3％-15％的白泥，1.2％-1.8％的云母，1.5％-5.2％的白土子，各组分的质量百分比之和为100％。药粉粘结剂为钾钠混合水玻璃，每100g料粉加入28g-35g。
2.根据权利要求1所述的焊条，其特征在于，所述钛铁和锰铁构成脱氧剂，脱氧剂的总含量为8％-19％。
3.根据权利要求2所述的焊条，其特征在于，所述钛铁3.6％、锰铁3.8％；或者所述钛铁5％、锰铁4.5％。
4.如权利要求1、2或3所述焊条的制备方法，其特征在于，按照以下步骤实施：
步骤1：制作药皮
按照质量百分比称取7％-26％的白云石，3％-8％的萤石，35％-45％的金红石，5％-9％的锰铁，3％-10％的钛铁，1％-4％的钛白粉，6％-22％的长石，3％-15％的白泥，1.2％-1.8％的云母，1.5％-5.2％的白土子，各组分的质量百分比之和为100％；药粉粘结剂为钾钠混合水玻璃，每100g料粉加入28g-35g；
将上述称取的材料跟粘结剂一起混合，并放入混料机中混合15-20分钟，将混合后的药粉在压团机中压成圆柱形药团；
步骤2：制作焊条
在焊条压涂机中加入步骤1所得到圆柱形药团，把药团压涂在ER2209焊芯上，然后放入箱式炉中逐级升温烘干，就制成了一种高强度双相不锈钢酸性焊条。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，粘结剂为模数为3.5的钾钠混合水玻璃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述逐级升温烘干步骤具体为：先以60℃进行低温烘干8h，然后逐步以120℃、180℃、250℃、350℃四个温度段进行升温烘干，每个温度段的烘干时间均为1h。
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