CN1077673A - 钛钙型碳钢电焊条药皮 - Google Patents

Abstract

一种钛钙型碳钢电焊条药皮，以还原钛铁矿为 主，填加金红石、钛白粉、中碳锰铁、白泥、大理石、海 泡石、长石、云母、淀粉和木粉。该药皮在焊接过程电 弧中各物质可最大限度形成离子、电子形式；在高温 区产生低粘度热态熔渣；在极短时间内金属极快熔化 而又重新结晶，起到净化金属作用，故本发明可获得 好的焊接电弧、热态熔渣和焊接冶金。使熔敷金属塑 性、韧性和抗热裂性良好，提高焊接质量，扩大其在焊 接工程应用范围。

Description

本发明涉及一种钛钙型碳钢电焊条药皮，特别涉及一种以还原钛钙铁矿为主要成分的钛钙型碳钢电焊条药皮。

钛钙型药皮碳钢电焊条，从60年代初就已广泛用于结构钢的焊接。而生产这种电焊条的厂家仅国内就达数百家之多，其配方也各异。但较多采用的是以含TiO₂98%的金红石为主要成份的配方，其成份和配比为（以重量百分比计算）：金红石10～30%、钛白粉10～20%、钛铁矿8～16%、中碳锰铁12～15%、长石6～11%、大理石4～16%、云粉6～8%、白泥8～15%、木粉1～2%、纤维素1～2%。

由于金红石的价格昂贵，使得以金红石为主的碳钢药皮电焊条成本高。此外，其多数电焊条虽然在试验室中测试符合国家规定的机械性能标准，但由于厂家选材和配比本身存在的缺陷，在实际工程的应用中存在如下缺点和不足：电弧的溶滴不够细，电弧柔和性、稳定性差，操作手感性不够好;焊接电流范围较窄，对焊接薄、厚钢的适应性较差;液态渣的物理性质差，对全位置焊接的适应性和对不同几何形状的焊缝的焊接都不够好;抗热裂性能差、熔敷金属的塑性、韧性不够稳定;再引弧性差;药皮耐潮性差;药皮中的脱氧剂-中碳锰铁用量多。

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种性能优良、成本低的钛钙型碳钢电焊条药皮配方，以便提高电焊条的性能和降低其成本，并且扩大其在焊接工程中的应用范围。

为此，本发明所采用的钛钙型碳钢电焊条药皮配方为：

还原钛铁矿  45～50%;

金红石  6～9%

钛白粉  1～3%

中碳锰铁  6～8%

白泥  5～8%

大理石  12～14%

海泡石  2～4%

长石  7～9%

云母  6～8%

淀粉  1～2%

木粉  1～2

本发明钛钙型药皮主要是以熔渣作电弧和熔潭保护，用熔渣来净化熔敷金属该钛钙型药皮属于TiO₂-CaO-SiO₂三元渣系，即主要用这三种成份构成熔渣。现分别阐述这三种成分的主要作用。

TiO₂：是良好的酸性造渣剂，其作用：稳定电弧;降低熔渣在高温阶段的粘度，利于冶金反应;随温度降低使熔渣粘度急骤升高，表面张力也相应增大，利于焊波造形。其缺点：随用量增加，相应使焊缝金属的非金属夹杂物中的SiO₂量增大，而使焊缝金属的塑性和韧性降低。

CaO：在此配方中同时使用CaO和MgO，两者性质基本相同，是良好的碱性造渣剂。与TiO₂或SiO₂化合成盐类;平衡熔渣酸碱度，降低焊缝金属的非金属夹杂物含量和减少SiO₂成分，以提高焊缝金属的塑性和韧性。其副作用用量多会改变熔渣热物理性质而恶化焊接工艺性能。

SiO：是酸性造渣剂，SiO₂与CaO或MgO化合成盐类，形成比重小、蜂窝状轻浮盈满的熔渣。其副作用是用量多会造成熔渣酸度高，而使熔渣高温阶段的粘度高，随温度降低而粘度又增加缓慢。这个物理性质的变化正与TiO₂相反，不利于冶金反应。

TiO₂在本发明配方中选用还原钛铁矿、金红石、钛白粉三种原料。这三种原料虽都含有TiO₂，但含其它成份不同，物理性质不同，还原钛铁矿中的C和FeO都是电弧中需要的有益成份，但应控制在一定范围。C：C+¹/₂O₂→CO起到脱氧作用，含C过高会增加飞溅。FeO：需要一定的量来填充电弧中氧的气氛，平衡熔渣的酸度。这是因为，在电弧高温作用下，因含TiO₂高的药皮中SiO₂在电弧、熔潭中容易产生如下置换反应：

由于FeO的作用又可能产生以下几种反应，最后形成盐类：

降低熔焊中熔渣的粘度，利用焊缝金属中各种气体向外逸出。

还原钛铁矿中含36～38%的Fe，增加熔敷金属的熔敷率，提高焊接效率，起到配方中加入铁粉同等作用。

金红石和钛白粉的作用是为了平衡药皮中TiO₂的含量。钛白粉的另一作用是增加药皮的塑性和白度。

白泥、长石、云母、海泡石的作用是一方作为平衡药皮中SiO₂的成份，此外还为了增加药粉的压涂性能和药皮强度。压涂成药皮之前称为药粉，药粉应具备一定的塑性、弹性、滑性和滑动性才能压涂成电焊条。白泥、海泡石具有较大的塑性，云母具有较大的滑性和弹性，长石含有多量的K₂O，可稳定电弧。

中碳锰铁是脱氧剂。

淀粉也是脱氧剂，其熔点低，起到先期脱氧作用，产生CO和CO₂，可起到气体保护电弧作用。

木粉除起到与淀粉同样的脱氧和气体保护电弧作用外，它还具有很大弹性，可增加药粉的弹性。

其配方优点如下：

1.焊接电弧有高的电离程度，电弧柔和，燃烧稳定，在焊接操作中轻松应手，有舒适感，可得到好的焊接质量，而且焊接效率提高近10%

2.在焊接过程中获得粘度低、体轻、活泼、盈满、凝固块、表面张力适中的热物理性质的液态熔渣。此溶渣利于平焊、立焊、横焊、仰焊操作，利于宽焊波、窄焊波、焊波拉长、焊波堆厚的操作;利于作环形焊接，一般作环形焊可不用调整电流。

3.在电弧和熔潭过程中获得好的冶金反应，使熔敷金属中H₂、N₂、O₂和非金属夹杂物含量大为降低，从而提高焊缝金属的塑性、冲击韧性和抗热裂性能。

4.所获得由焊条端头熔化的药皮套筒具有轻微导电性，使再引弧容易。

5.电焊条药皮具有一定的耐潮性，利于在潮湿现场焊接作业，焊接质量不受影响，电焊条在气温30℃、相对湿度80°的条件下存放24小时再施焊的焊缝金属作X射线探伤，符合Ⅱ级标准。

6.药皮各种原料的颗粒度配比作用和含有纤维材料而使药皮有耐弯曲性，电焊条可弯曲90°以上，能适应窄小焊接位置的焊接操作。

7.药皮有多量铁粉，熔敷金属的收敷率比一般同类电焊条提高8%。

8.药皮中氧化物质与还原物质采取多元平衡，而对药皮的常规脱氧剂-中碳锰铁用量比现有技术中的钛钙型碳钢电焊条药皮用量少20%左右，每吨电焊条成本可节约35元左右。

本发明较佳实施例如下（按重量百分比计）

还原钛铁矿  45%

金红石  6%

钛白粉  2%

中碳锰铁  7%

白泥  6%

大理石  13%

海泡石  4%

长石  8%

云母  6%

淀粉  1%

木粉  2%

其配方原材料主要化学成分（重量百分比）和颗粒度要求：

还原钛铁矿：

TiO₂≥55% 颗粒度：-40目 100%

C≤0.25%  -200目≤10%

FeO≤7% 松装比重：≤1.8g/cm³

Fe≥36% 磁选吸余：≤1.3g/cm³

S≤0.05%  外观：蜂窝状黑灰色颗粒

P≤0.05%

金红石：

TiO₂≥87% 颗粒度：-40目 100%

C≤0.06%  -140目≤10%

Fe≤6% 松装比重：≤1.8g/cm³

S≤0.04%  外观：棕色颗粒状

P≤0.04%

钛白粉：

TiO₂≥98% 颗粒度：-140目 100%

S≤0.05%  -300目≥90%

P≤0.05% 松装比重：≤0.5%g/cm³

中碳锰铁：

Mn≥75%  颗粒度：+50目  0%

C≤1.5%  +60目  5%

Si≤2.5%  -200目≤35%

P≤0.3%

S≤0.02%

白泥：

SiO₂60～73% 颗粒度：-200目 100%

Al₂O₃15～25% -300目≥95%

S≤0.05% 松装比重：≤0.6g/cm³

P≤0.05%  外观：粉白色粉状

大理石：

CaCO₂≥95% 颗粒度+50目 0

S≥0.03%  +60目≤5%

P≤0.03  -200目≤40%

松装比重：≥1

外观：白色粉状

海泡石：

SiO₂60% 颗粒度：-200目 100%

MgO≥25%  -300目≥95%

S≤0.05% 松装比重：≤0.6g/cm³

P≤0.05%  外观：粉白色粉状

长石：

SiO₂63～73% 颗粒度：-60目 100%

Al₂O₃15～22% -200目≤50%

K₂O+Na₂O≥12% 松装比重：≥1.1g/cm³

S≤0.05%  外观：粉白色或白色

P≤0.05%

云母：

SiO₂44～52% 颗粒度+24目 0%

Al₂O₃20～33% +40目≤1%

-80目≤40%

松装比重：≤0.4

外观：绿色半透明片状晶体

K₂O+Na₂O≥7%

S≤0.05%

P≤0.05%

淀粉：

颗粒度：-60目  100%

松装比重：≤0.5g/cm³

外观：白色、粉状

木粉：

颗粒度：-60目  100%

松装比重：≤0.3g/cm³

用此配方制成的电焊条，焊皮规格4.0mm，电焊条直径6.40mm～6.60mm。

用上述电焊条进行焊接试验，焊缝金属经过50次试验，其试验数据如下：

σbMPa	δs%	AKVJ-20℃
			440～490	25～34	70～115

注：试棒未经除氢的试验结果。

σ_b：断裂强度：δ_s：伸长率;VJ：冲击值

经试验证明，涂有本药皮的钛钙型电焊条符合中国GBⅡ4303;中国船舶局ZCⅢ41级、英国船级社LR3级，美国船级ABS3级标准（3级是酸性焊条最高级）。

Claims (1)

1、一种钛钙型碳钢电焊条药皮，其成份包括金红石、钛铁矿、中碳锰铁、长石、大理石、云母、白泥、木粉和淀粉，本发明的特征在于以还原钛铁矿为主要成份，并填加钛白粉、海泡石、淀粉，其具体成份和配比如下(以重量百分比计算)：

还原钛铁矿  45～50%；

金红石      6～9%

钛白粉      1～3%

中碳锰铁    6～8%

白泥        5～8%

大理石      12～14%

海泡石      2～4%

长石        7～9%

云母        6～8%

淀粉        1～2%

木粉        1～2%