CN101362258A

CN101362258A - 一种新型电焊条

Info

Publication number: CN101362258A
Application number: CNA2008101493975A
Authority: CN
Inventors: 郭面焕
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: CN101362258B

Abstract

本发明提供一种超低氢高韧性电焊条，包括焊芯和焊条药皮组合物。其焊条药皮组合物各组分的重量百分比为：大理石38－42％；萤石21－28％；钛白粉1－3％；钛铁6－10％；低碳锰铁0.5－1.5％；硅铁3－7％；金属锰3－6％；金属铬2－4％；云母1－3％；钼铁1－3％；钒铁1.5－3.5％；镍粉1－4％；稀土金属2－4％。焊芯采用H08A，水玻璃作为粘结剂。本发明填补了超薄大直径圆锯片所需电焊条的一项空白，同时也可以用于碳素工具钢、合金工具钢和弹簧钢材料结构产品的焊接。本发明具备良好的焊接工艺性能和抗裂性能，同时具有很高的焊接强度、刚度、塑性和韧性，焊缝的颜色与基材保持了相同的色泽。

Description

一种新型电焊条

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，特别涉及一种新型电焊条，具体来说是提供一种超低氢高韧性、特别适合大型锯片拼装焊接的电焊条，同时该电焊条也可以用于碳素工具钢、合金工具钢和弹簧钢材料结构产品的焊接。

背景技术

圆形锯片主要用于锯割钢材、石材和木材，大直径锯片主要用于锯割较大体积的钢材和石材。这类锯片的特点是直径大而厚度薄(厚度一般为18mm以下，直径在Φ2800mm-Φ5200mm之间)。根据产品的形状结构(见图1)特点和使用工矿条件，要求产品的基材具有很高的强度、刚度和硬度，因此一般选用工具钢(碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢)和弹簧钢之类的材料作为锯片的基材。由于目前市场上还没有能制造锯片的大型板材，所以锯片的制造需要焊接拼装的方法成形。

根据锯片的形状结构、使用条件、锯片所用材质以及焊接性能，可知其焊接难度非常大，关键的问题是容易产生裂纹，而且锯片在使用条件下的力学指标要求非常高，同时还要求焊缝与锯片具有相同色泽。所以关键的技术是选用综合性能好的焊接材料。

要求所用的电焊条首先要具备良好的焊接工艺性能和抗裂性能，同时具有很高的焊接强度(800MPa-900MPa)、刚度、塑性、韧性等，同时还要满足焊缝金属与锯片基材色泽相同的要求。目前的焊条产品品种虽然很多，但不锈钢和有色金属之类的电焊条，由于焊缝金属与锯片基材色泽相差甚大，所以不宜选用，因此焊条的选用局限在结构钢和特殊用途焊条范围之内。接近焊接锯片材料的高强度，且抗裂性好的焊条为数不多。专利CN1241711C中介绍的高锰钢焊接焊条，是铁路高锰钢辙叉和钢轨焊接的特殊用途焊条，具有良好的焊接工艺性能、极好的抗裂性、很高的强度、塑性和韧性，同时也具备一定的刚度和硬度，但焊缝金属与锯片材料的色泽反差很大，所以不适宜用于锯片的焊接。J807、J857属于高强度结构钢电焊条，具有良好的焊接工艺性能，很高的强度和刚度，焊缝金属与基体材料的色泽也接近，但塑性和韧性偏低，抗裂性较差，所以也很难满足焊接锯片的要求。J807RH、J857RH属于超低氢高韧性的低合金结构钢电焊条，具有良好的焊接工艺性能，很高的强度和较好的韧性，这种电焊条应最接近于锯片的焊接，但通过产品的焊接证明，虽然是低氢高韧性，但焊接大锯片显得抗裂性还不够，而且由于焊条中加入的有色合金元素较多，使得焊缝金属与锯片基体的色泽仍有一些差别，所以用于锯焊的接片仍然不太理想。

发明内容

针对超薄大直径圆锯片所需电焊条的这一项空白，本发明总的目的是提供一种新型电焊条，具体来说在于提供一种超低氢高韧性、特别适合大型锯片拼装焊接的电焊条。

总的来说，本发明提供一种新型电焊条，该电焊条实际可用于各种材质、各种构件的拼装焊接，但优选用于碳素工具钢、合金工具钢和弹簧钢材料制成的各种构件的拼装焊接，特别优选用于上述材质的大型锯片的拼装焊接。所述大型锯片优选为一般超薄大直径圆锯片，特别优选其直径在Φ2800mm-Φ5200mm之间，厚度在11mm-18mm之间的超薄大直径圆锯片。

根据上述目的，本发明的技术方案为：一种电焊条，可用于各种材质、各种构件的拼装焊接，优选用于碳素工具钢、合金工具钢和弹簧钢材料制成的各种构件的拼装焊接，特别优选用于上述材质的大型锯片的拼装焊接，所述电焊条包括焊芯和焊条药皮组合物。

所述电焊条的焊条药皮组合物各组分的重量百分比为：大理石38-42％；萤石21-28％；钛白粉1-3％；钛铁6-10％；低碳锰铁0.5-1.5％；硅铁3-7％；金属锰3-6％；金属铬2-4％；云母1-3％；钼铁1-3％；钒铁1.5-3.5％；镍粉1-4％；稀土金属2-4％；所述焊芯可以为H08A或H08E，优选为H08A。

所述电焊条的焊条药皮组合物各组分的重量百分比优选为：大理石41％；萤石23.5％；钛白粉2％；钛铁8％；低碳锰铁1％；硅铁5％；金属锰4％；金属铬3％；云母2％；钼铁2％；钒铁2.5％；镍粉3％；稀土金属3％。

所述电焊条选用水玻璃作粘结剂。

下面对电焊条组合物中主要成分的作用效果和限制因素作简要概述：

①稳弧剂主要作用是使焊条容易引弧及在焊接过程中保持电弧稳定燃烧。所述稳弧剂如水玻璃、钛白粉、大理石、云母等。

②造渣剂焊接时能形成具有一定物理化学性能的熔渣，保护焊接熔滴熔池金属，改善焊缝成形。所述造渣剂如大理石、萤石、云母、钛白粉等。

③脱氧剂(又称还原剂) 通过焊接过程中的化学冶金反应，降低焊缝金属中的氧含量，提高焊缝金属的性能。所述脱氧剂如低碳锰铁、硅铁、钛铁等。

④造气剂在电弧高温作用下分解出气体，形成保护气氛，保护电弧及熔池金属，防止周围空气中氧和氮的侵入。所述造气剂如大理石等。

⑤合金剂用于补偿焊接过程中合金元素的烧损及向焊缝中过渡合金元素，以保证焊缝金属的化学成分及性能。所述合金剂如低碳锰铁、硅铁、钛铁、钼铁、钒铁、金属锰、金属铬、镍粉、稀土金属等。

⑥增塑剂主要作用是改善药皮涂料在焊条压涂过程中的塑性、弹性及流动性，提高焊条的压涂质量，使焊条药皮表面光滑而不会开裂。所述增塑剂如云母、钛白粉、水玻璃等。

⑦黏结剂使药皮物料牢固地黏结在焊芯上，并使焊条药皮烘干后具有一定的强度。在焊接冶金过程中不对熔池和焊缝金属产生有害作用。所述黏结剂如水玻璃等。

焊条药皮中组合物各组分的化学成分及在焊条中的作用见表1，各组分在药皮中可同时起几种作用。在设计焊条药皮组合物、选择药皮的原材料时，须注意其主要作用，兼顾附带作用。

表1 焊条药皮组合物各组分的化学成分及在焊条中的作用

	组元名称	颜色	化学成分，％	在焊条药皮或焊剂中的作用
	组元名称	颜色	化学成分，％	在焊条药皮或焊剂中的作用	1	大理石CaCO₃	白色，淡色或淡玫瑰色	CaCO₃>95，S<0.03，P≤0.8	造渣剂，造气剂并能稳定电弧
2	萤石CaF₂	半透明浅绿色或淡紫色结晶矿石	CaF₂>96，SiO₂≤3，S≤0.03，P≤0.03	造渣剂，稀释剂并能起去氢作用	1	大理石CaCO₃	白色，淡色或淡玫瑰色	CaCO₃>95，S<0.03，P≤0.8	造渣剂，造气剂并能稳定电弧
2	萤石CaF₂	半透明浅绿色或淡紫色结晶矿石	CaF₂>96，SiO₂≤3，S≤0.03，P≤0.03	造渣剂，稀释剂并能起去氢作用	3	云母	透明半透明	SiO₂～48，Al₂O₃～36，	造渣剂，增塑剂，改善压涂性能

		片状或层状矿物	K₂O+Na₂O～9，S≤0.10，P≤0.05	及造渣，避免药皮开裂
		片状或层状矿物	K₂O+Na₂O～9，S≤0.10，P≤0.05	及造渣，避免药皮开裂	4	钛白粉TiO₂	灰白；淡黄色	TiO₂>98，S<0.05，P<0.05	造渣剂、粘接剂和增塑剂，也起稳弧作用；可减少焊条烘干时的开裂现象，大大改善焊条的工艺性
5	低碳锰铁		Mn≥80.0，C≤0.5，S≤0.02，Si≤2.0，P≤0.30，Fe为余量	脱氧剂，合金剂	4	钛白粉TiO₂	灰白；淡黄色	TiO₂>98，S<0.05，P<0.05	造渣剂、粘接剂和增塑剂，也起稳弧作用；可减少焊条烘干时的开裂现象，大大改善焊条的工艺性
5	低碳锰铁		Mn≥80.0，C≤0.5，S≤0.02，Si≤2.0，P≤0.30，Fe为余量	脱氧剂，合金剂	6	硅铁		10≤Si≤47，P≤0.05，Cr≤0.5，S≤0.04，Mn≤0.7，Fe为余量	用来脱氧，同时还能向焊缝中过渡较多的硅。加入量大于8～10％时由于硅铁在钝化过程中带来较多的氧，导致焊接过程中冶金反应激烈，以及熔滴过渡时的气体受热膨胀作用，而引起爆炸飞溅，影响焊缝的成型
7	钛铁		Ti≥27，P≤0.05，S≤0.05，Cu≤0.5，Al/Ti≤0.25，Si/Ti≤0.18，Fe为余量	主要作用是脱氧，而过渡成合金元素是微量的。对焊条工艺而言，有较强的稀渣作用，全部取消时，焊缝成型难。用量增大时，渣的流动性特别好，熔滴过渡呈雾状，焊缝成型美观	6	硅铁		10≤Si≤47，P≤0.05，Cr≤0.5，S≤0.04，Mn≤0.7，Fe为余量
7	钛铁		Ti≥27，P≤0.05，S≤0.05，Cu≤0.5，Al/Ti≤0.25，Si/Ti≤0.18，Fe为余量		8	钼铁		Mo≥55，Si≤1.2，S≤0.1，P≤0.10，C≤0.20，Cu≤0.8，Sb≤0.05，Sn≤0.06，Fe为余量	合金剂；细化晶粒；降低焊缝形成热裂纹的倾向

9	钒铁	V≥35，C≤0.75，Si≤2.0，P≤0.10，S≤0.10，Al≤1.0，As≤0.05，Fe为余量	合金剂，改善组织性能
9	钒铁	V≥35，C≤0.75，Si≤2.0，P≤0.10，S≤0.10，Al≤1.0，As≤0.05，Fe为余量	合金剂，改善组织性能	10	金属锰	Mn≥96.0，C≤0.10，P≤0.055，S≤0.05	合金剂。锰是钢中的一种较好的合金剂，能溶于铁类体中，起固溶强化作用，提高强度及韧性。在焊接中，锰能起到除硫作用，可改善焊接性，MnS成渣浮于熔池上。锰是一种较好的脱氧剂，在焊接中，锰由于能脱硫，从而减少热裂纹倾向。锰对相变动力学的影响，表现在提高过冷奥氏体稳定性。使C由线右下方移动，但使贝氏体发生转变，同时可以降低Ms点强度温度。增加锰含量可以改善低温韧性
11	金属铬	Cr≥98.5，Si≤0.4，Fe≤0.5，Cu≤0.06，C≤0.03，P≤0.01，S≤0.02，Al≤0.5	合金剂。铬主要是提高抗蚀性和高温强度。提高钢的硬度，耐磨性和耐蚀性	10	金属锰	Mn≥96.0，C≤0.10，P≤0.055，S≤0.05
11	金属铬	Cr≥98.5，Si≤0.4，Fe≤0.5，Cu≤0.06，C≤0.03，P≤0.01，S≤0.02，Al≤0.5	合金剂。铬主要是提高抗蚀性和高温强度。提高钢的硬度，耐磨性和耐蚀性	12	镍粉	Ni≥99	合金剂。提高冷变形能力，焊接性，常温与低温均有很高的塑性和韧性
13	稀土金属(稀土硅铁镁合金)	17≤Xt≤20，Si～44，7≤Mg≤10，Mn～4，Ca～5，Ti～2，Fe为余量	合金剂	12	镍粉	Ni≥99	合金剂。提高冷变形能力，焊接性，常温与低温均有很高的塑性和韧性

焊条制造工艺流程如图2所示，与碱性焊条制造工艺相同。按照焊条配方比例进行配料，配好的料倒入搅拌机内先进行干料混合搅拌，配料混合搅拌均匀后，加入18-25％重量百分比的水玻璃作粘结剂，然后进行湿搅拌，再用压涂机压涂在焊芯上制成焊条，然后烘干即可。

本发明的焊条与现有的同级别结构钢或合金钢焊条相比具有如下特点：

(1)焊条熔敷金属拉伸强度为780～900MPa，与锯片母材的强度接近，保证了锯片的焊接强度。

(2)塑性和韧性高，熔敷金属扩散氢含量很低，有利于避免焊接裂纹的产生。

(3)具有一定的硬度，有利于满足锯片的刚度要求。

(4)通过调节药皮中合金元素的配比，焊缝金属的颜色与基材保持了相同的色泽。

(5)合理的配方比例，保证了良好的焊接工艺性能，可进行全位置焊接。

(6)本发明填补了超薄大直径圆锯片所需电焊条的一项空白，该焊条不仅专用于锯片产品的焊接，同样可用于同等材料构件的焊接，因此具有很高的实用价值，同时也具有一定经济效益和社会意义。

附图说明

图1为拼焊锯片结构示意图；

图2为焊条生产工艺流程图。

具体实施方式

按照焊条配方项目名称，将焊条原材料采购齐全。依据焊条原材料相关质量标准进货，本焊条采购的原材料要求全部按照I级品进货，进货后进行检验合格后入库。

在本发明焊条药皮组合物的成分范围内，制备了三个实施例焊条(如表中的A、B、C)，其具体药皮组合物成分、配比见表2。

表2 本实施例电焊条的药皮组合物成分配比(wt％)

项目

大理石

萤石

钛白粉

钛铁

低碳锰铁

硅铁

金属锰

金属铬

云母

钼铁

钒铁

镍粉

稀土金属

A	38	28	1	6	1.5	7	3	2	3	1	1.5	4	4
A	38	28	1	6	1.5	7	3	2	3	1	1.5	4	4	B	41	23.5	2	8	1	5	4	3	2	2	2.5	3	3
C	42	21	3	10	0.5	3	6	4	1	3	3.5	1	2	B	41	23.5	2	8	1	5	4	3	2	2	2.5	3	3

焊条制造工艺流程如图2所示，按照焊条药皮组合物配比进行配料，配好的料倒入搅拌机内先进行干料混合搅拌，配料混合搅拌均匀后，加入18-25％重量百分比的水玻璃，然后进行湿搅拌，搅拌均匀即可，不得时间太长。焊条的焊芯选用H08A材质的盘元，通过拔丝和切丝校直工艺，制出所需规格尺寸的焊芯。焊条制造的压涂设备选用25吨压涂机或其它型号液压式压涂机均可。将检验合格的焊芯放在压涂机的送丝斗内，将搅拌均匀的药皮料经压团后装入压涂机的料缸内。调好送丝速度和压涂模的偏心度开始压涂。焊条的磨头磨尾及印字在压涂过程中会自动完成。压涂好的焊条下架，最好自然晾干一定程度后进炉烘干，烘干温度300℃。制得的每一种电焊条的规格分为Φ3.2mm和Φ4.0mm两种。

实施例焊条的熔敷金属化学成分见表3所示，力学性能见表4所示。

表3 实施例电焊条熔敷金属化学成分(wt％)

项目	C	Mn	Si	S	P	Cr	Ni	其它合金	扩散氢
项目	C	Mn	Si	S	P	Cr	Ni	其它合金	扩散氢	A	0.11	1.05	0.55	≤0.025	≤0.025	0.7	0.92	1.8	≤1.0mL/100g
B	≤0.12	≥1.2	≤0.60	≤0.025	≤0.025	0.7	1.0	2.15	≤1.0mL/100g	A	0.11	1.05	0.55	≤0.025	≤0.025	0.7	0.92	1.8	≤1.0mL/100g
B	≤0.12	≥1.2	≤0.60	≤0.025	≤0.025	0.7	1.0	2.15	≤1.0mL/100g	C	0.14	1.45	0.62	≤0.025	≤0.025	0.83	1.1	2.2	≤1.0mL/100g

表4 实施例电焊条力学性能

项目	σ_b(MPa)	σ_0.2(MPa)	δ₅(％)	Akv(J)-40℃	硬度HB	弯曲(°)
项目	σ_b(MPa)	σ_0.2(MPa)	δ₅(％)	Akv(J)-40℃	硬度HB	弯曲(°)	A	780	720	≥36	≥42	220	180
B	850	705	≥31	≥48	270	180	A	780	720	≥36	≥42	220	180
B	850	705	≥31	≥48	270	180	C	900	847	≥25	≥47	280	180

以Φ3500mm大直径金刚石基体锯片产品的拼装焊接为例。锯片的材料为45Mn2V，直径Φ3482mm，焊前正火状态，焊前厚度13^±0.2mm。采用手工电弧焊接的方法，分别选用三个实施例电焊条。焊条使用前进行了350℃烘干，保温1-2小时，随焊随取。焊前锯片进行清除油污及脏物处理，锯片放置在炉中装配好，焊缝预留间隙在1.5-2.5mm之间，并预热350℃。打底焊条选用规格Φ3.2mm，其余为Φ4.0mm。

选用直流焊机，反接极性。允许的焊接电流值见表5所示。

表5 实施例电焊条焊接电流

焊条规格(mm)	正常焊接电流(A)	最小允许焊接电流(A)	最大允许焊接电流(A)
焊条规格(mm)	正常焊接电流(A)	最小允许焊接电流(A)	最大允许焊接电流(A)	φ 3.2	120	90	140
φ 4.0	150	130	180	φ 3.2	120	90	140

拼装锯片是四道对称的焊缝，设定四道焊缝同时进行焊接，焊接速度保持一致，按单道、多层、断续的焊接方式实施。焊接接头为双U形坡口形式，针对超薄厚度大直径圆形锯片的焊接，将锯片的一面全部焊接成形后，翻转锯片焊接另一面。

焊后的锯片继续留在炉中升温400℃后保温一定时间，然后随炉冷却到低于50℃后取出锯片进行后续工序的加工。拼焊好的锯片经检验，其结果没有产生变形，整体平面度<5mm，焊缝无气孔、夹渣、咬边等缺陷，焊缝表面光滑平整，焊缝性能接近母材性能指标，焊缝金属的颜色与基材保持了相同的色泽，并能承受粗校、磨削、精校等加工过程。加工成型后的厚度为9.5^±0.29mm，平面度<0.6mm。

Claims

1.一种新型拼焊电焊条，其包括焊芯和焊条药皮组合物，其特征在于该焊条药皮组合物各组分的重量百分比为：大理石38-42％；萤石21-28％；钛白粉1-3％；钛铁6-10％；低碳锰铁0.5-1.5％；硅铁3-7％；金属锰3-6％；金属铬2-4％；云母1-3％；钼铁1-3％；钒铁1.5-3.5％；镍粉1-4％；稀土金属2-4％；所述焊芯可以为H08A或H08E。

2.根据权利要求1所述的新型电焊条，其特征在于所述焊条药皮组合物各组分的重量百分比为：大理石41％；萤石23.5％；钛白粉2％；钛铁8％；低碳锰铁1％；硅铁5％；金属锰4％；金属铬3％；云母2％；钼铁2％；钒铁2.5％；镍粉3％；稀土金属3％

3.根据权利要求1或2所述的新型电焊条，其特征在于所述焊芯为H08A。

4.制备权利要求1-3任一项定义的新型电焊条的方法，其特征在于按照上述焊条药皮组合物比例配料混合均匀后，用水玻璃作粘结剂压涂在焊芯上即可制成焊条。

5.权利要求1-3任一项所定义的新型电焊条的应用，其特征在于可将其用于任何材质、任何构件的拼装焊接。

6.根据权利要求5所述的新型电焊条的应用，其特征在于可将其用于所述材质为碳素工具钢、合金工具钢和弹簧钢的任何构件的拼装焊接。

7.根据权利要求6所述的新型电焊条的应用，其特征在于所述构件为超薄大直径圆锯片。

8.根据权利要求7所述的新型电焊条的应用，其特征在于所述超薄大直径圆锯片的直径在Φ2800mm-Φ5200mm之间，厚度在11mm-18mm之间。