CN102079020A - 焊接焊丝、其用途以及电塔的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种焊接焊丝,其特征在于:所述焊接焊丝中部有空心部分;所述焊丝中的空心部分容纳药芯,药芯按照重量百分比包括:Mn:5%~20%;Si:1%~15%;TiO2:5%~25%;SiO2:0.1%~10%;Mo:0.1-5%;其余为铁。和现有技术相比,本发明的焊接焊丝在对低合金高强钢进行焊接时,有利于清渣,可形成光洁焊缝表面,易于镀锌的优点,而且具有更好的焊接操作性能和更少的焊接飞溅。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接焊丝,尤其涉及一种用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝,特别是一种用于建造电塔的低合金高强钢焊接用焊接焊丝。
背景技术
电塔(电力铁塔)广泛用于长距离架建高压电线电缆,尤其是传输高压,如高于50万伏的高压电线电缆。在架建高压电线电缆时,对电塔的高度有一定的要求,因为高压电线电缆在两电塔之间的跨度和离地高度要求决定了电塔的最低高度。
在以前很长的一段时间,电塔采用低强度钢建造(如Q295钢);而且,电塔部件表面没有镀层。但是,在2008年,中国南方发生大面积雪灾,雪灾持续时间长导致电线上结冰,冰厚最厚处甚至超过50mm。电线产生的线拉力加上积冰所产生的压力,最终将很多电塔压垮,输电中断,给人们的生活带来很大困难。专家们分析电塔倒塌的原因,是因为南方地区的电塔承载能力过小,电线表面结冰后,电塔的荷载超出了其能够承受的范围。为了加强抗灾(包括雪灾)能力,要求提高电塔的承载力。
目前,国家正着手建设大能源基地,即选用太阳能、风能或核能在适合发电的地区,提供大量电能,并将这些大能源基地的电能输送到各地。这些大能源基地可能远离电能的使用地。为了增加电能输送的距离,一般是采用提高电压的方法,提高输送电压后需要考虑的问题是,电压输送过程中会对环境带来非常大的 影响,尤其是其产生的辐射可能对人体健康会带来危害。因此,采用高压或者特高压输电时,需要电线距离地面更远,以保证人体安全。因此也就要求电塔的高度足够高。但是电塔越高,其荷载就越大,对电塔的承载能力也要求更高。为了增加电塔的高度,需要使用具有更高承载力的电塔部件。
另外,对于同样高度的电塔来说,电塔地基越大,电塔体积就可以做得大以增加承载能力,对电塔部件的强度要求就越低。电塔的地基越小,电塔部件就只能造得较小,对电塔部件的强度要求就越大。但是,相对于有较大电塔地基的电塔来说,有较小电塔地基的电塔占地少。为了减少用地,也要求提高电塔的承载力以制造更小体积的电塔。
电塔在室外的长期承载力取决于两个因素,一是取决于所采用钢的强度,钢的强度越高,则承载能力越大。二是电塔所使用部件的使用寿命。电塔长期暴露于大气环境中,容易受风雨侵蚀,如没有保护,长时间使用后,就会造成钢材的腐蚀,受腐蚀的钢材承载能力就降低。因此,要提高电塔的承载能力,一是选用低合金高强钢,二是对电塔部件表面进行镀层保护,如镀锌,以防止电塔被腐蚀、锈蚀。所以,过去的电塔建造材料和建造方法不能满足经济发展的要求,电力工业提出要求用低合金高强钢(例如Q420钢)来建造电塔,以增加电塔承载力;并要求对电塔部件表面镀锌,以防止于大气和风雨对电塔部件的侵蚀,以增加电塔部件的使用寿命。
传统建造电塔的方法和工艺使用实芯焊丝来焊接低强度钢电塔部件。发明人对用传统实芯焊丝来焊接低合金高强钢的电塔部件的工艺进行了观察和研究,发现用传统的实芯焊丝对低合金高强钢的电塔组件进行焊接,至少有二个缺点。第一个缺点是有许多焊渣牢固的粘结在焊缝处,所以要把焊缝焊渣清理和打磨平整 非常困难。第二个缺点经清理焊渣和打磨后,焊缝仍然粗糙,不平整,镀锌困难,镀层质量不好。而且,焊缝处勉强镀上的锌层厚度与钢材表面的锌层厚度很难保持相近。影响了用低合金高强钢制造电塔的质量。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足,提供一种脱渣容易,适于在焊缝镀保护层的焊接焊丝。
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案实现:
一种焊接焊丝,其特征在于:
所述焊接焊丝外部有外壳;
所述焊接焊丝中部有空心部分;
所述焊丝中的空心部分容纳有药芯,药芯按照重量百分比包括:Mn:5%~20%;Si:1%~15%;TiO2:5%~25%;SiO2:0.1%~10%;Mo:0.1-5%;其余为铁。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述药芯按照重量百分比还包括Mg:1%~5%;Al:1%~5%。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述的药芯中,Mn、Si、TiO2、SiO2、Mo、Mg和Al的重量含量之和为20%~40%;
本发明的另一较佳的实施方式是,所述的焊接焊丝的外壳材料为低碳钢。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述药芯的重量占整个焊丝总量的10%-25%。
本发明的另一个目的是提供前述焊接焊丝用于焊接高强度钢。
本发明的另一个目的是提供前述焊接焊丝的使用方法,其采用气体保护电弧 焊方法焊接。
本发明的另一个目的是提供一种用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝,低合金高强钢表面及焊缝需要镀能形成致密氧化物的保护层,其特征在于:
所述焊接焊丝外部有外壳;
所述焊接焊丝中部有空心部分;
所述焊丝中的空心部分容纳药芯,所述药芯中的成分有助于在低合金高强钢
焊缝处清理焊渣。
本发明的另一较佳的实施方式是,组成焊接焊丝外壳的材料为低碳钢。
本发明的另一较佳的实施方式是,药芯按照重量百分比包括:Mn:5%~20%;Si:1%~15%;TiO2:5%~25%;SiO2:0.1%~10%;Mo:0.1-5%;其余为铁。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述药芯按照重量百分比还包括Mg:1%~5%;Al:1%~5%。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述的药芯中,Mn、Si、TiO2、SiO2、Mo、Mg和Al的重量含量之和为20%~40%。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述的药芯的重量占整个焊丝总量的10%-25%。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述低合金高强钢包括Q345、Q390、Q420和Q460钢。
本发明的另一较佳的实施方式是,焊接所形成的焊缝处适于镀上能形成致密氧化物的保护层;
所述的能形成致密氧化物的保护层为锌,所述焊缝处含有硅,以便镀锌保护层。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述的能形成致密氧化物的保护层为锌,所述焊缝处具有重量比例为0.1%-0.4%的硅,以便镀锌保护层。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述焊接焊丝使用气体保护电弧焊方法焊接低合金高强钢。
本发明的另一个目的是提供一种用于焊接电塔部件的焊接焊丝,所述电塔部件用低合金高强钢制成,所述低合金高强钢需要镀能形成致密氧化物的保护层,其特征在于:
所述焊接焊丝外部有外壳;
所述焊接焊丝中部有空心部分;
焊丝中的空心部分容纳药芯,所述药芯中的成分有助于在低合金高强钢电塔部件焊缝处清理焊渣。
本发明的另一较佳的实施方式是,组成焊接焊丝外壳的材料为低碳钢。
本发明的另一较佳的实施方式是,药芯按照重量百分比包括:Mn:5%~20%;Si:1%~15%;TiO2:5%~25%;SiO2:0.1%~10%;Mo:0.1-5%;其余为铁。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述药芯按照重量百分比还包括Mg:1%~5%;Al:1%~5%。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述的药芯中,Mn、Si、TiO2、SiO2、Mo、Mg和Al的重量含量之和为20%~40%。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述的药芯的重量占整个焊丝总量的10%-25%。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述低合金高强钢包括Q345、Q390、Q420和Q460钢。
本发明的另一较佳的实施方式是,焊接形成的焊缝处适于镀上能形成致密氧化物的保护层;
所述的能致密氧化物的保护层为锌,所述焊缝处含有硅,以便镀锌保护层。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述的致密氧化物的保护层为锌,所述焊缝处具有重量比例为0.1%-0.4%的硅,以便镀锌保护层。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述焊接焊丝使用气体保护电弧焊法焊接。
本发明的另一个目的是提供一种事先用低合金高强钢预制电塔各部件,所述电塔各部件需镀锌,而后在现场将预制电塔各部件组装成电塔的方法,其特征在于:
提供焊接焊丝,所述焊接焊丝外部有外壳,中部有空心部分用以容纳药芯,所述药芯中的成分有助于在低合金高强钢焊缝处清理焊渣和镀锌;
使用焊接焊丝焊接所述电塔各部件;
清理所述电塔各部件;
对所述电塔部件进行镀锌;
在现场将镀好锌的电塔部件组装成电塔。
本发明的另一较佳的实施方式是,组成所述焊接焊丝外壳的为低碳钢。
本发明的另一较佳的实施方式是,药芯按照重量百分比包括:Mn:5%~20%;Si:1%~15%;TiO2:5%~25%;SiO2:0.1%~10%;Mo:0.1-5%;其余为铁。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述药芯按照重量百分比还包括Mg:1%~5%;Al:1%~5%。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述的药芯中,Mn、Si、TiO2、SiO2、Mo、Mg和Al的重量含量之和为20%~40%。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述的药芯的重量占整个焊丝总量的10%-25%。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述低合金高强钢包括Q345,Q390,Q420和Q460钢。
本发明的另一较佳的实施方式是,焊接所形成的焊缝处适于镀上能形成致密氧化物的保护层。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述的能形成致密氧化物的保护层为锌,所述焊缝具有适于镀锌的光洁度和平整度。
本发明的另一较佳的实施方式是,所述焊接焊丝使用气体保护电弧焊方法焊接。
和现有技术相比,本发明的焊接焊丝在对低合金高强钢进行焊接时,工艺性能优异,几乎没有飞溅物,有利于清渣,形成光洁和平坦的焊缝表面,易于镀锌的优点。而且具有更好的焊接操作性能和更少的焊接飞溅。
附图说明
图1A为塔基结构示意图;
图1B为角钢连接件结构示意图;
图2为钢管塔的局部结构示意图;
图3为本发明中使用的用于焊接低合金高强钢药芯焊丝的钢带示意图;
图4为被加工成U型的钢带示意图;
图5为U形的钢带槽口被合上后的结构示意图;
图6A为拉拔成形后的焊接焊丝结构示意图;
图6B为本发明中的焊接焊丝横截面图。
图7为锌层厚度与钢材中的硅含量对应关系曲线图。
图8A为试样的立体示意图。图8B为接头细节的示意图。图8C为焊道顺序示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细的描述:
在现阶段,电塔主要有两种:一种是角钢电塔,由塔基、角钢(图中未示出)和角钢连接件等部件,通过螺栓连接而成;第二种是钢管电塔,由塔基、钢管和钢管连接件等部件,通过螺栓连接而成。这些电塔部件通过焊接钢材预制而成。
图1A和图1B为制造角钢塔部件的示意图,图1A为塔基101结构示意图;图1B为角钢连接件102结构示意图。塔基101和角钢连接件102均是由多块钢板焊接而成。塔基101上有多个螺孔103,角钢连接件102上有多个螺孔104,螺孔103和螺孔104均与角钢上的螺孔相配合通过螺栓连接。多个塔基、角钢连接件和角钢,使用螺栓可组合连接为电力铁塔(电塔)。塔基和角钢连接件均由预先焊接而成,然后镀锌;角钢预先预先后,然后镀锌。再在安装地现场将多个塔基、角钢连接件和角钢组装成电塔。电塔越高,使用的塔基、角钢连接件和角钢数量就越多。在图1A中,塔基101有焊缝107(图中未标出所有焊缝);在图1B中,角钢连接件102有焊缝109(图中未标出所有焊缝)。只要是焊接,就存在焊缝。而组成塔基的各块钢板多是相互垂直设置,在两块钢板接触处焊接。组成角钢连接件的各块钢板也是相互垂直设置,在两块钢板接触处焊接。因此,焊缝主要是位于垂直设置的两块钢板形成的凹角处,由此也造成在焊缝处清理焊渣和打磨表面特别不便。
图2为钢管塔的局部结构示意图,主干钢管201(201A,201B...)上焊接 有钢管连接件。钢管连接件包括套管固定座202(202A,202B...)和套管203(203A,203B...)。套管固定座202A焊接在钢管201A上。套管203A通过螺栓连接在套管固定座202A上。建造钢管塔时,将塔基(未示出)、主干钢管、钢管,配合螺栓现场安装。套管203A与套管203B朝向相对,以便一根直的钢管204两端能够分别插入套管203A和203B内。多根主干钢管、钢管、钢管连接件组合安装连接为钢管塔。主干钢管、钢管连接件、螺栓及钢管结构及连接方法均为现有技术,在此不再赘述。在图2中,管塔的局部结构示意图中有焊缝209。
按照传统的电塔建造方法,各电塔部件如塔基、角钢连接件、角钢、钢管、钢管连接件均用焊接方法预制好,所要焊接的电塔部件在车间室内进行焊接,再在电塔安装位置现场组装即可。因此,所需要的焊接操作,均可在室内完成。而室内环境相对于野外,焊接环境较好,焊接部件的焊缝处的形状较简单。而且传统的电塔使用普通强度钢,焊渣容易清除,钢材表面及焊缝表面也不要求镀锌,实芯焊丝即可满足要求。所以传统的电塔建造中,所用的焊丝均为实芯焊丝。
发明人观察到,在电力铁塔采用Q345、Q390、Q420和Q460钢等高强钢后,使用实心焊丝焊接后的焊渣清理变得非常困难。而且新的电塔要求镀锌,清除不净的焊渣严重影响焊缝处镀锌质量。实芯焊丝是由钢厂的钢线直接拉拔而成,成份调整非常有限,无法解决焊渣清理和焊缝镀锌困难问题。现有的药芯焊丝也存在焊缝镀锌困难问题,但药芯焊丝因为有药芯,成份调整范围比较宽,本发明就是通过调整药芯焊丝的药芯成份,解决了电力铁塔采用高强钢(如Q345、Q390、Q420和Q460钢等)后出现的焊渣清理和焊缝镀锌困难的问题。
图3-6是本发明用于焊接低合金高强钢药芯焊丝结构和制造方法的示意图。
图3是制造本发明用于焊接低合金高强钢药芯焊丝的钢带30,在本发明中, 钢带为低碳钢,现有市场销售的低碳钢均可使用。优选低碳钢各组分的重量百分含量满足要求:C:0.02-0.05%。
更优选地是,低碳钢其它元素含量为Si:0.005-0.02%;Mn:0.2-0.4%;S<0.01%;P<0.02%;其余为铁及少量其它微量元素。
如图4所示,为了将药芯裹入焊丝中,钢带30首先被加工成U型,形成U型槽36。U型槽36具有开口35,这样药芯就能够通过开口35放入U型槽36中。
药芯按照重量百分比包括:Mn:5%~20%;Si:1%~15%;TiO2:5%~25%;SiO2:0.1%~10%;Mo:0.1-5%;其余为铁。
所述药芯按照重量百分比还可以包括Mg:1%~5%;Al:1%~5%。
较佳的实施方式是,Mn、Si、TiO2、SiO2、Mo、Mg和Al的重量含量之和为20%~40%。
所述药芯的重量占整个焊丝总量的10%-25%。
以上成分,既可以单独的Mn、Si、TiO2、SiO2、Mo、Mg和Al的形式加入,也可以以它们中的几种组成的合金的形式加入。
如图5所示,钢带30的U型槽35口被合上,裹成圆形。药芯31被裹在钢带30内。
图5所示的裹成圆形的钢带30在拉丝机中被拉长成圆形,形成图6A所示的焊丝60。其具有图4中的钢带30卷成的外壳33,药芯31被包含在外壳33中部。如将药芯31全部取出,外壳33中部为空腔32。药芯31沿焊丝60在空腔32的轴向均匀分布。焊丝60经拉丝机拉拔成形,拉成直径为1.4mm药芯焊丝。焊丝直径也可以根据实际使用要求更改,如拉成直径为1.6mm、1.2mm的药芯焊 丝。
图6B是拉拔后的焊丝60的横截面示意图,药芯31被钢带30制成的外壳33包裹在焊丝中部。其横截面为搭接,具有接缝34。
实施例1~27中的药芯各组分重量百分含量如表1所示:
表1
分别采用传统实芯焊丝(ER60S-G)和本发明中的药芯焊丝焊接Q420低合金高强钢,试验结果如下:
采用传统实芯焊丝(ER60S-G)焊接Q420低合金高强钢时,会在焊接过程中产生较多的飞溅,在焊缝处(熔敷金属表面)牢固粘结许多焊渣,脱渣和打磨都非常困难。需要使用砂轮等专门打磨工具打磨,打磨过程中会产生较多的粉尘,污染环境,对操作人员的身体造成较大危害。镀锌时,无焊渣处可镀上锌,但焊渣的表面无法镀上锌。因为焊渣处无法镀锌,焊渣处将成为外界环境侵蚀的入口,整个铁塔很可能会因为焊渣处被腐蚀而降低承载能力,造成电塔倒塌。而且即使将焊缝处的焊渣完全打磨干净,由于焊缝处粗糙,不平整,还是会增加镀锌的难度并影响镀锌质量。所以,采用传统实芯焊丝焊接低合金高强钢有如下缺点:
-浪费人力
-浪费金属材料
-浪费焊料
-产生噪音和灰尘,污染环境
-打磨难度大
-镀锌质量不好。
使用实心焊丝,焊接时为熔滴过渡,飞溅较多;使用本发明中的药芯焊丝,焊接时为喷射过渡,飞溅较少。在焊缝表面形成一层薄的焊渣,部分(或大部分)焊渣自动脱落,所剩在焊缝处的焊渣粘附松动,无需采用砂轮等专门打磨工具,使用简单工具敲打或刷动焊缝处即可清除焊渣。清除焊渣后的焊缝处平整光亮。焊渣清理后,焊缝表面有利于镀锌,镀锌质量好。而且由于药芯成分的作用在焊接过程中,使得在焊缝处形成具有重量比例为0.1%~0.4%的硅,更加有利于在 焊缝处镀锌。通过实验发现,用本发明药芯焊丝焊接而产生的焊缝,对于热浸镀锌工艺尤为有效,因为焊缝处熔敷金属的硅含量兼顾了熔敷金属的力学性能和对镀锌的影响。
经实验后发现,和传统实芯焊丝相比,采用本发明的药芯焊丝焊接低合金高钢有如下优点:
-节省人力和成本
-节省金属材料
-节省焊丝
-改善工作环境
-打磨容易
-在打磨后,焊缝表明平整光亮,改进镀锌质量。
本发明中的焊接焊丝,药芯中存在的Al和Fe形成合金、与Ti共同有助于药芯焊丝焊接后的焊缝脱渣。
本发明的药芯焊丝适合用于药芯焊丝气体保护电弧焊(FCAW)焊接方法,一种常用的焊接方法。保护气体优选为按照体积百分比由50%~85%Ar和15%~50%CO2组成的保护气体。另外还可以仅选用CO2作为保护气体。
使用本发明中的药芯焊丝焊接时,焊接规范如表2所示。
表2:
选取实施例21中的药芯焊丝焊接Q420钢并进行抗裂测试,结果如表3所 示。
表3:
使用本发明实施例12中的药芯焊丝焊接Q420钢,焊接方式为平焊,焊接后对熔敷金属进行测定,结果见表4。
表4
使用表4所述的方法对实施例1-9的药芯焊丝对Q420钢进行焊接测试,熔敷金属的化学成分(wt%)测试结果如表5所示。
表5:
C | Mn | Si | Mo | Ni | S | P | Ti | |
实施例1 | 0.047 | 1.08 | 0.4 | 0.224 | 0.02 | 0.005 | 0.013 | 0.003 |
实施例2 | 0.055 | 1.01 | 0.39 | 0.227 | 0.018 | 0.007 | 0.013 | 0.011 |
实施例3 | 0.059 | 1.29 | 0.397 | 0.28 | 0.009 | 0.01 | 0.014 | 0.045 |
实施例4 | 0.064 | 1.62 | 0.197 | 0.261 | 0.012 | 0.013 | 0.009 | 0.053 |
实施例5 | 0.06 | 1.33 | 0.214 | 0.25 | 0.025 | 0.007 | 0.016 | 0.034 |
实施例6 | 0.042 | 1.49 | 0.365 | 0.286 | 0.011 | 0.013 | 0.01 | 0.041 |
实施例7 | 0.057 | 1.67 | 0.243 | 0.257 | 0.013 | 0.012 | 0.009 | 0.053 |
实施例8 | 0.048 | 1.16 | 0.226 | 0.28 | 0.017 | 0.013 | 0.009 | 0.044 |
实施例9 | 0.048 | 1.54 | 0.306 | 0.279 | 0.01 | 0.013 | 0.013 | 0.041 |
使用表4所述的方法对实施例1-9的药芯焊丝对Q420钢进行焊接测试,熔敷金属的性能测试结果如表6所示:
表6:
屈服强度(Mpa) | 抗拉强度(Mpa) | 伸长率(%) | 冲击吸收功 | |
实施例1 | 530 | 645 | 22.5 | 45J/-30℃ |
实施例2 | 595 | 660 | 22.5 | 58J/-30℃ |
实施例3 | 565 | 635 | 21 | 51J/-30℃ |
实施例4 | 550 | 630 | 23.5 | 65J/-30℃ |
实施例5 | 560 | 645 | 20.5 | 34J/-30℃ |
实施例6 | 515 | 600 | 23.5 | 40J/-30℃ |
实施例7 | 600 | 675 | 23 | 67J/-30℃ |
实施例8 | 500 | 595 | 25.5 | 58J/-30℃ |
实施例9 | 600 | 655 | 24 | 35J/-30℃ |
实施例10 | 625 | 680 | 21.5 | 39J/-30℃ |
实施例11 | 580 | 635 | 21.5 | 63J/-30℃ |
实施例12 | 625 | 670 | 21 | 55J/-30℃ |
实施例13 | 595 | 650 | 21 | 61J/-30℃ |
使用本发明实施例9中的药芯焊丝焊接Q390钢和Q460钢,焊接方式为平焊,焊接后对熔敷金属进行测定,结果分别见表7和表8:
表7
表8:
本发明中所述的AWS A5.28是《2007ASME Boiler&Pressure VesselCode》2007年版,II,Part C Specifications for Welding Rods,Electrodesand filler Metals,Materials所规定的规范。E80C-G属于此文献中的一个规范。
各种牌号的钢中各元素重量百分含量如表9所示:
表9
各种牌号的钢材性能指标如表10所示:
表10
从表4、表6、表7、表8与表10的对比可以看出,无论是屈服强度、抗拉强度,还是伸长率、冲击值,本发明中的药芯焊丝都适合用于焊接Q345、Q390、Q420和Q460低合金高强钢。
经试验发现,本发明中的药芯成分的选择,一个作用是焊接完成后,焊缝处的焊渣大大减少,部分焊渣自动脱落,所剩在焊缝处的焊渣粘附不牢,容易清理。而且焊缝处平整,焊缝清理后的焊缝为光亮表面。镀锌前的清理工作比较容易,工作环境粉尘少,环保、卫生。
根据Sandelin效应,热浸镀锌方法镀锌时,锌层厚度与钢材中的硅含量具有对应关系,如图7所示(《材料保护》,2004年8月,第37卷,第8期,第26页,《热镀锌中的圣德林效应微观机理的解释模型》,作者:车淳山、卢锦堂等), 如采用热镀锌方法镀锌,硅的含量对镀层的厚度具有的影响。硅含量过少或过多,锌层厚度都会很厚。硅含量在0.1%~0.4%时,锌层厚度最合适。据发明人观察、研究,建造电塔时,钢材表面及熔敷金属表面镀锌时,熔敷金属表面的镀层不能太厚,因为太厚会使锌保护层容易脱落,失去镀层保护的熔敷金属容易被外界环境侵蚀。因此,为保证最佳的镀锌质量要注意两点:第一、锌保护层的厚度适当;第二、焊缝处(即熔敷金属表面)的锌保护层应与钢材表面的锌保护层厚度相近。因此,在焊接后将熔敷金属中的硅含量与钢材中的硅含量调节到相近时,能够更好地保证溶敷金属处的锌保护层质量。熔敷金属中的硅含量与钢材中的硅含量相近的情况下,钢材表面镀锌的厚度与熔敷金属表面的镀锌厚度相近。Q420钢标准规范中的硅重量含量小于等于0.55%。实际生产的Q420钢,硅含量一般为0.3~0.4%。
经试验发现,本发明药芯中成分的选择,使得在焊接以后,焊缝处的熔敷金属含有硅,并且熔敷金属中的硅重量含量与Q420钢中的硅含量相近。因此既能促进在焊缝处镀锌,又能保证焊缝处的锌保护层厚度与钢材表面的锌保护层厚度相近。例如,本发明中的药芯焊丝焊接Q420钢时,熔敷金属中的硅含量重量比例0.1%~0.4%,与Q420钢中的硅含量相近。
经试验,本发明的药芯成分对Q420低合金高强钢的清渣,镀锌有很好效果;对Q345、Q390和Q460低合金高强钢的清渣,镀锌也有相应的改进效果。
镀在低合金高强钢表面的锌层表面形成致密性氧化锌保护层,防止锌层内部被氧化,氧化锌不易被外界环境所侵蚀,可起到保护锌层内部及钢材、熔敷金属的,防止电塔部件生锈。
本发明中所述的镀锌,可采用热浸镀锌方法。镀制工艺及锌材料的选择,均 为现有技术。对焊缝的镀锌,与在钢材表面镀锌的镀制工艺及所使用的材料均可相同。
本发明的药心焊丝对用低合金高强钢(如Q420钢)建造电塔的建造过程有明显改进,过程如下:
如图3所示,提供制造本发明用于低合金高强钢药芯焊丝的钢带30,在本发明中,钢带的材料为低碳钢。
如图4所示,为了将药芯裹入焊丝中,钢带30首先被加工成U型,形成U型槽36。U型槽36具有开口35,这样药芯就能放入U型槽中。
如图5所示,钢带30的U型槽口被合上,裹成圆形。药芯31被裹在钢带30内。药芯的组分按照实施例1-27配制。
图5所示的裹成圆形的钢带30在拉丝机中被拉长成圆形,形成图6A所示的焊丝60。其具有图4中的钢带30卷成的外壳33,药芯31被包含在外壳33中部。如将药芯31全部取出,外壳33中部为空腔32。药芯31沿焊丝空腔32的轴向均匀分布。焊丝60经拉丝机拉拔成形,拉成直径为1.4mm药芯焊丝。焊丝直径也可以根据实际使用要求更改,如拉成直径为1.6mm、1.2mm的药芯焊丝。
如图6B中拉拔后的焊丝60的横截面示意图所示,药芯31被钢带30制成的外壳33包裹在焊丝中部。其横截面为搭接,具有接缝34。
然后,使用本发明所述的焊接焊丝将多块钢板和钢管焊接成为电塔组装部件,如图1A所示的多个塔基;如图1B所示的角钢连接件;如图2钢管和钢管连接件。所述电塔组装部件由低合金高强钢制成。
焊接后,将焊缝处的焊渣清理干净,对电塔组装部件表面镀锌。
镀锌完成后,在电塔安装地现场将电塔组装部件组装成为电塔。
本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明,并不构成对权利要求范围的限制,本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代,均在本发明保护范围内。例如,本发明的焊接焊丝和制造工艺,适用于焊接任何由低合金高强钢制成的部件,并且要求对低合金高强钢制成的部件的焊缝进行打磨、镀锌。
Claims (33)
1.一种焊接焊丝,其特征在于:
所述焊接焊丝中部有外壳;
所述焊接焊丝中部有空心部分;
所述焊丝中的空心部分容纳有药芯,药芯按照重量百分比包括:Mn:5%~20%;Si:1%~15%;TiO2:5%~25%;SiO2:0.1%~10%;Mo:0.1-5%;其余为铁。
2.根据权利要求1所述的焊接焊丝,其特征在于:所述药芯按照重量百分比还包括Mg:1%~5%;Al:1%~5%。
3.根据权利要求1所述的焊接焊丝,其特征在于:
所述的焊接焊丝外壳材料为低碳钢。
4.根据权利要求1、2或3所述的的焊接焊丝,其特征在于:
所述药芯的重量占整个焊丝总量的10%-25%。
5.权利要求1~4任一权利要求所述的焊接焊丝,其特征在于:
所述焊接焊丝用于焊接高强度钢。
6.权利要求1~4任一权利要求所述的焊接焊丝,其特征在于:
所述焊接焊丝用于气体保护电弧焊。
7.一种用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝,低合金高强钢表面及焊缝需要镀能形成致密氧化物的保护层,其特征在于:
焊接焊丝中部有外壳;
焊接焊丝中部有空心部分;
所述焊丝中的空心部分容纳有药芯,所述药芯中的成分有助于在低合金高强钢焊缝处清理焊渣。
8.根据权利要求7所述的用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝,其特征在于:
组成焊接焊丝外壳的材料为低碳钢。
9.根据权利要求7所述的用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝,其特征在于:药芯按照重量百分比包括:Mn:5%~20%;Si:1%~15%;TiO2:5%~25%;SiO2:0.1%~10%;Mo:0.1-5%;其余为铁。
10.根据权利要求9所述的用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝,其特征在于:所述药芯按照重量百分比还包括Mg:1%~5%;Al:1%~5%。
11.根据权利要求8、9或10所述的焊接焊丝,其特征在于:
所述的药芯的重量占整个焊丝总量的10%-25%。
12.根据权利要求7所述的用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝,其特征在于:所述低合金高强钢包括Q345、Q390、Q420和Q460钢。
13.根据权利要求7所述的用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝,其特征在于:焊接所形成的焊缝处适于镀上能形成致密氧化物的保护层;
所述的能形成致密氧化物的保护层为锌,所述焊缝处的熔敷金属含有硅,以便镀锌保护层。
14.根据权利要求13所述的用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝,其特征在于:所述的能形成致密氧化物的保护层为锌,所述焊缝处的熔敷金属含有重量比例为0.1-0.4%的硅,以便镀锌保护层。
15.根据权利要求14所述的用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝,其特征在于:所述焊接焊丝使用气体保护电弧焊方法焊接低合金高强钢。
16.一种用于焊接电塔部件的焊接焊丝,所述电塔部件用低合金高强钢制成,所述低合金高强钢需要镀致密氧化物的保护层,其特征在于:
所述焊接焊丝中部有外壳;
所述焊接焊丝中部有空心部分;
焊丝中的空心部分容纳有药芯,所述药芯中的成分有助于在低合金高强钢电塔部件焊缝处清理焊渣。
17.根据权利要求16所述的焊接焊丝,其特征在于:
组成焊接焊丝外壳的材料为低碳钢。
18.根据权利要求16所述的用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝,其特征在于:药芯按照重量百分比包括:Mn:5%~20%;Si:1%~15%;TiO2:5%~25%;SiO2:0.1%~10%;Mo:0.1-5%;其余为铁。
19.根据权利要求18所述的用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝,其特征在于:所述药芯按照重量百分比还包括Mg:1%~5%;Al:1%~5%。
20.根据权利要求17、18或19所述的的焊接焊丝,其特征在于:
所述的药芯的重量占整个焊丝总量的10%-25%。
21.根据权利要求16所述的焊接焊丝其特征在于:
所述低合金高强钢包括Q 345、Q 390、Q420和Q460钢。
22.根据权利要求16所述的焊接焊丝,其特征在于:
焊接形成的焊缝处适于镀上能形成致密氧化物的保护层;
所述的能形成致密氧化物的保护层为锌,所述焊缝处含有硅,以便镀锌保护层。
23.根据权利要求22所述的焊接焊丝,其特征在于:
所述的能形成致密氧化物的保护层为锌,所述焊缝处具有重量比例为0.1%-0.4%的硅,以便镀锌保护层。
24.根据权利要求16所述的焊接焊丝,其特征在于:
所述焊接焊丝使用气体保护电弧焊法焊接。
25.一种事先用低合金高强钢预制电塔各部件,所述电塔各部件需镀锌,而后在现场将预制电塔各部件组装成电塔的方法,其特征在于:
提供焊接焊丝,所述焊接焊丝外部有外壳,中部有空心部分用以容纳药芯,所述药芯中的成分有助于在低合金高强钢焊缝处清理焊渣和镀锌;
使用焊接焊丝焊接所述电塔各部件;
清理所述电塔各部件;
对所述电塔部件进行镀锌;
在现场将镀好锌的电塔部件组装成电塔。
26.根据权利要求25所述的方法,其特征在于:组成所述钢带的材料为低碳钢。
27.根据权利要求25所述的方法,其特征在于:
药芯按照重量百分比包括:Mn:5%~20%;Si:1%~15%;TiO2:5%~25%;SiO2:0.1%~10%;Mo:0.1-5%;其余为铁。
28.根据权利要求27所述的方法,其特征在于:所述药芯按照重量百分比还包括Mg:1%~5%;Al:1%~5%。
29.根据权利要求26、27或28所述的方法,其特征在于:
所述的药芯的重量占整个焊接焊丝总量的10%-25%。
30.根据权利要求25所述的方法,其特征在于:
所述低合金高强钢包括Q345,Q 390,Q420和Q460钢。
31.根据权利要求25所述的方法,其特征在于:
焊接所形成的焊缝处适于镀上能形成致密氧化物的保护层。
32.根据权利要求31所述的方法,其特征在于
所述的能形成致密氧化物的保护层为锌,所述焊缝具有适于镀锌的光洁度和平整度。
33.根据权利要求25所述的方法,其特征在于:
所述焊接焊丝使用气体保护电弧焊方法焊接。
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GR01 | Patent grant | ||
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