CN1307021C - 低合金高强度钢用超低氢型铁粉焊条 - Google Patents

低合金高强度钢用超低氢型铁粉焊条 Download PDF

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Abstract

一种低合金高强度钢用超低氢型铁粉焊条，该铁粉焊条药皮主要由以下重量百分含量的组分组成：45～56%铁粉，17～25%CaCO3，8～12%CaF2，5～8.4%Ti-Fe，3～8%长石，1.8～2.6%Mn粉，2.0～2.8%Ni粉，0.3～0.6%Cr-Fe，0.8～1.2%Na2CO3；将钠水玻璃作为粘结剂，焊芯采用H08A或H08E焊丝。本发明焊接工艺性能优良，熔敷效率达到140%以上，焊缝金属扩散氢含量低、小于5ml/100g，与含Ni、Cr的11NiCrMoV钢板腐蚀性匹配，可用于含Ni、Cr的低合金高强度钢的平、横对接焊和平、横角、船形焊缝的焊接。

Description

低合金高强度钢用超低氢型铁粉焊条
技术领域：
本发明属于焊接材料技术领域，一种低合金高强度钢用超低氢型铁粉焊条。
背景技术：
铁粉焊条是为了提高焊接效率，缩短焊接时间和减少焊接费用而开发的一种特种焊条，由于具有良好的焊接工艺性和较高的焊接效率，在大型焊接结构及造船业中得到越来越广泛的应用。
国内专利公开号CN1056454A“高效碱性低氢型铁粉焊条”适用于合金结构钢的焊接领域，是采用药皮中加入含有硼、钛的物质，抑制先共析铁素体的析出，从而得到细小的针状铁素体，达到提高焊缝的韧性的目的。其不足之处：由于焊缝中硼的存在，焊缝结晶时硼元素容易在晶界或亚晶界偏析，引起焊接缺陷。要想获得焊缝金属的高韧性，就得通过药皮中加入脱氧合金剂控制焊缝金属中的氧含量，这样可不向焊缝金属中加入硼，消除硼偏析所带来的负面作用。另外，不同合金钢的焊接对焊缝金属扩散氢含量是有一定要求的，尤其是对于合金含量较高的钢种的焊接，焊条所带来的焊缝金属扩散氢含量对其形成冷裂纹是非常关键的，该焊条的焊缝金属扩散氢含量要求小于6ml/100g，实际水平在5ml/100g，显然满足不了GB/T3965中的超低氢型焊条的要求(要求小于5ml/100g，采用水银法或色谱法测试)。
国内公开号CN1055893A“还原钛铁矿型高效铁粉焊条”的药皮类型，主要适用于普通低碳钢结构的焊接。
文献“高效电焊条E5024及E5028使用性能的综合探讨”(《焊接技术》，1994年第2期)介绍了几种国内外高效铁粉型焊条，其中列出的酸性铁粉焊条国内、日本、瑞典各一种，列出的碱性低氢型铁粉焊条国内(E5028)、日本(LBI-52H)及瑞典(OKFemax33.48)各一种，但这几种焊条的熔敷金属中仅含有C、Mn、Si等主要合金元素，不含有Ni、Cr，对于海洋船舶及其它海洋结构的焊接后焊接接头的耐海水腐蚀性能显然是不匹配的。
发明内容：
在背景技术中介绍的几种铁粉焊条，均未考虑含Ni、Cr钢的焊缝金属的耐蚀性匹配。本发明的目的在于提供一种焊接工艺性能优良、焊缝金属扩散氢含量低、并可用于含Ni、Cr的低合金高强度钢的平、横对接焊和平、横角、船形焊缝的焊接的低合金高强度钢用超低氢型铁粉焊条。
本发明的技术方案是：焊条药皮主要由以下重量百分含量的组分组成：45～56％铁粉，17～25％CaCO3，8～12％CaF2，5～8.4％Ti-Fe，3～8％长石，1.8～2.6％Mn粉，2.0～2.8％Ni粉，0.3～0.6％Cr-Fe，0.8～1.2％Na2CO3；将钠水玻璃作为粘结剂，焊芯采用H08A或H08E焊丝。
由于采用了上述技术方案，本发明取得如下效果：
本发明通过优化调整药皮配方，通过对焊缝金属有效脱氧及有效合金化，使得本发明铁粉焊条不采用Ti-B系技术路线，即可得到低温韧性优良的焊缝金属，并且通过药皮向焊缝金属过渡Ni、Cr等合金元素，使焊缝金属与母材在耐蚀性方面达到良好匹配。采用本发明所设计的药皮成分生产铁粉焊条时，焊条的压涂工艺性好，焊接工艺性优良，电弧稳定，飞溅少，焊道平滑，熔池清晰易控制，焊道成形美观，焊接熔敷效率高、可达到140％，低温韧性好，焊接熔敷金属在-40℃AKv时达到80～150J，熔敷金属强度与11NiCrMoV钢板达到良好匹配，焊缝金属扩散氢含量低于5ml/100g，焊缝金属屈服强度大于440MPa，接头焊缝金属与11NiCrMoV钢板的腐蚀电位匹配良好，具有良好的耐海水腐蚀性能。
本焊条药皮采用CaO-CaF2-SiO2渣系，以铁粉作为主要组分，辅以造渣造气剂和渗合金剂。下面对药皮配方中主要成分的作用效果和限制因素作简要概述：
铁粉作为制造铁粉焊条的关键性材料，其含量和质量决定了焊条的熔敷效率、熔敷金属性能以及压涂工艺性等，对焊条的设计、生产具有重要的影响作用。药皮中添加铁粉一方面可以提高焊条的熔敷效率，提高焊接时电弧的稳定性，减少飞溅，改善焊缝成型和脱渣性能，另一方面还能使焊缝金属晶粒度变细，有利于提高焊缝金属的强度和韧性。综合考虑铁粉颗粒度、形状、松装体积质量对焊条性能尤其是压涂性的影响，确定使用球状物化铁粉。经过数轮次的试验配方调整，为保证焊条熔敷效率和熔敷金属性能，铁粉加入量应大于45％。
药皮成分中的大理石在焊接时分解为CaO和CO2，CaO具有稳弧作用，是较强的碱性氧化物，对S、P的结合能力较强，可以降低焊缝金属中的S、P含量；CO2的作用在于降低电弧气氛中的氢分压，而且隔绝空气对电弧气氛的侵入，从而降低焊缝金属扩散氢含量，同时CO2能产生较大的电弧吹力，稳定电弧。但如果加入量过多造成分解不完全，会严重影响焊接时的工艺性能，本焊条中大理石的用量为17～25％。
长石的主要成分为SiO2、Al2O3、K2O+Na2O，纯碱的主要成分为Na2CO3，这两种原材料中的K2O和Na2O可以提高电弧电压，使电弧容易引燃和稳定燃烧，还可以稀释熔渣，降低焊条的熔化温度。SiO2是重要的造渣成分，含量适中时焊缝表面光滑，脱渣容易，本焊条使用3～8％的长石含量。加入微量纯碱还可以起到增滑的作用，改善压涂工艺性。
萤石的主要成分为CaF2，其熔点较低，对熔渣起稀释作用，在电弧气氛中，CaF2与SiO2等发生反应生成SiF4气体，减少电弧气氛中的氢分压，有效地防止氢溶解于金属中产生气孔的机会，CaF2对金属脱S也有积极作用。但由于CaF2会降低电弧气氛中的K+、Na+离子浓度，使稳弧性能下降，对焊缝成形不利，在配方设计中确定萤石含量为8～12％。
药皮成分中还含有微量的渗合金及脱氧剂，如：微碳铬铁、钛铁、金属锰及镍粉等，这些合金元素对提高熔敷金属的强度，增加其塑性、韧性以及降低焊缝金属的氧、硫、磷含量具有重要作用，还可以增加熔敷效率。
具体实施例：
在本发明焊条的成分范围内，配制了三个实施例焊条，其具体药皮成分见表1，本铁粉焊条生产方法与现有普通焊条生产技术相同，将配好的药皮粉料用钠水玻璃作为粘结剂，通过干混、湿混、打团、压涂在H08A或H08E焊芯上，经过低、高温烘焙，然后焊接16mm的11NiCrMoV钢板；在试板焊接过程中，本发明的焊条焊接工艺性能优良，电弧稳定、脱渣容易、飞溅小、焊道平滑、熔池清晰易控制、焊道成形美观、焊接效率高。实施例焊条的熔敷金属化学成分列于表2，熔敷金属性能见表3，11NiCrMoV钢板、接头焊缝金属自然腐蚀电位见表4。
表1  实施例焊条药皮的具体化学成分(wt％)
序号   铁粉   CaCO3   CaF2   Ti-Fe  长石    Mn粉    Ni粉    Cr-Fe   Na2CO3
  A   45     25     12     8.4     4     1.8     2.0     0.6     1.2
  B   51.5     22     10     7     3     2.6     2.4     0.5     1.0
  C   56     17     8     5     8     2.1     2.8     0.3     0.8
表2  实施例熔敷金属化学成分(wt％)
  焊条规格(mm)   C   Mn    Si     S     P     Ni     Cr
 3.2芯+实施例C药皮   0.046  1.11   0.178   0.012   0.013     1.56     0.213
 4.0芯+实施例B药皮   0.058  1.08   0.208   0.010   0.012     1.52     0.201
 5.0芯+实施例A药皮   0.046  1.13   0.171   0.013   0.0091     1.42     0.216
表3  实施例焊条熔敷金属性能
焊条规格(mm) 焊条外径(mm)  Rp0.2MPa   RmMPa  -40℃AKv(J) 熔敷效率(％)   扩散氢(ml/100g)
 3.2芯+实施例C药皮    6.0   460   555     124   144.2     4.08
 4.0芯+实施例B药皮    7.4   505   595     87   143.8     3.44
 5.0芯+实施例A药皮    9.1   495   580     110   140.4     3.16
注：表中扩散氢含量测试方法系采用气相色谱法。
表4  实施例焊条接头焊缝金属与11NiCrMoV钢板自然腐蚀电位
自然腐蚀电位 4.0芯+实施例B药皮 5.0芯+实施例A药皮 11NiCrMoV钢板
后10天平均值，V -0.630 -0.627 -0.643

Claims (1)

1、一种低合金高强度钢用超低氢型铁粉焊条，其特征在于：该铁粉焊条药皮主要由以下重量百分含量的组分组成：45～56％铁粉，17～25％CaCO3，8～12％CaF2，5～8.4％Ti-Fe，3～8％长石，1.8～2.6％Mn粉，2.0～2.8％Ni粉，0.3～0.6％Cr-Fe，0.8～1.2％Na2CO3；将钠水玻璃作为粘结剂，焊芯采用H08A或H08E焊丝。
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