CN103317261B - 一种低氢型深水湿法焊条 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种低氢型深水湿法焊条。采用H08E钢丝作焊芯，药皮的主要成分和重量百分比为：大理石35~42%，萤石10~18%，石英砂5~8%，钛白粉2.5~4%，人造金红石3~6%，电解锰2.5 ~ 7.5%，硅铁7~9%，钛铁矿3 ~6%，铁粉余量，采用水玻璃作粘结剂。焊条压涂后在湿法焊条药皮外表喷涂聚脲弹性体作防水层。本发明可用于水下0 ~60米深的钢结构的湿法焊接，电弧稳定，焊缝成形好，气孔率低，其防水层可保证焊条在水中经长时间浸泡后药皮不发生变质和脱落，仍可进行焊接操作。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料领域，涉及一种可用于水下0～60米深的钢结构的湿法焊接用的低氢型深水湿法焊条。
背景技术
随着海洋资源的大规模开发利用，水下湿法焊条在桥梁、港口设施、海洋石油平台和管线、潜艇、船舶等水下钢结构的建造和维修、水下救捞等领域的应用日益广泛。
发明专利CN 101347873A，采用钛铁矿、白云石、铁粉、钾长石、中碳锰铁、白泥、钛白粉、CMC和细云母为主要成分，并以树脂作粘结剂,焊条压涂后不用在表面涂刷防水涂层。有些湿法焊条以水玻璃为粘结剂，需在焊条表面涂油漆或石蜡等防水层。
但现有的水下湿法焊条,大都适用于30米以内的浅水。对于超过30米水深的水下湿法焊接，由于水压大，阻碍了焊接熔池中H2、CO等气体的逸出，使用现有的湿法焊条焊接则在焊缝表面或内部中会出现大量的气孔，严重影响焊接质量。
另外，由于在水中直接施工，水下湿法焊条工作时直接浸泡在水里，如不采取防水措施，将导致焊条药皮变质、剥落，无法焊接或焊接质量差。目前，湿法焊条的防水主要有焊条表面涂油漆、石蜡等，有些采用酚醛树脂作粘结剂，焊条外表面可不涂防水材料。但是，油漆、石蜡等材料耐水浸泡的时间短，水中浸泡时间超过20分钟，油漆、石蜡等就会起泡、剥落，防水效果很差。而采用酚醛树脂作粘结剂，湿法焊接容易产生氢气孔，影响焊接接头性能。
发明内容
本发明的目的是提出一种低氢型深水湿法焊条，使其能在0～60米深的较深水下进行湿法焊接，焊接气孔率低、焊缝各项性能满足工程要求，同时具有长时间防水的性能，并且防水层成分不会对水下湿法焊接接头性能造成影响。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种低氢型深水湿法焊条，包括焊芯和药皮，以占药皮的质量百分比计，包括如下组分：大理石35～42％，萤石10～18％，石英砂5～8％，钛白粉2.5～4％，人造金红石3～6％，电解锰2.5～7.5％，硅铁7～9％，钛铁矿3～6％，铁粉余量。
进一步优化的，所述焊芯采用H08E钢丝。
进一步优化的，以水玻璃作药皮粘结剂，所述药皮组分经配粉后压涂在焊芯上，焊条药皮外径与焊芯直径之比小于或等于1.8。
进一步优化的，压涂后在湿法焊条药皮外表喷涂聚脲弹性体作防水层，防水层厚度约0.2～0.3mm。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本发明可用于水下0～60米深的结构物的湿法焊接，电弧稳定，焊缝成形好，焊缝含氢量低，气孔率低，其防水层可保证焊条在水中经长时间浸泡后药皮不发生变质和脱落，仍可进行焊接操作。
较大水深水下湿法焊接由于受到水和压力的综合影响，水下湿法焊条需要满足起弧容易和焊接过程中电弧稳定的要求，同时还要考虑降低湿法焊接中产生气孔的倾向，因此本发明进行了药皮成分的特殊设计，本发明的药皮采用碱性渣系。
本发明各组分的协同作用和原理如下：为了保证起弧容易和焊接电弧稳定，本发明焊条的药皮中加入较大量的铁粉(20～30％)，使焊条具有较好的导电性，起弧容易和电弧稳定，并可提高水下焊接的效率。人造金红石的主要成分是TiO2，在水下焊接冶金中主要起造渣作用，其次是稳弧作用。钛白粉的主要成分也是TiO2，但是其呈锥状四方晶系，与金红石的晶体结构不同，其主要作用是改善焊缝成型、稳弧和改善压涂工艺。钛铁矿的主要作用是造渣和稳弧，钛具有较低的电离电位，加入焊条药皮中可显著提高水下焊接电弧的稳定性，优化焊条的焊接工艺性能。
为了降低熔池中氢的溶解度，必须在焊条药皮中增加氧化性强的物质。本发明焊条的药皮中大理石是强氧化性物质，其主要成分是CaCO3，其作用不仅是造渣，在焊接冶金反应中起氧化作用，可以降低水下焊接熔池中氢的溶解度，其次是造气，以保护焊接熔池，降低水下焊接的气孔倾向。石英砂作为造渣剂，萤石为稀释剂。萤石主要成分为CaF2，高温可分解出F，或者与水玻璃等化合形成NaF、KF，再与含氢物质(如水、油污等)可以形成不溶于金属的HF。这样可使焊缝中的含氢量降低。
在本发明水下焊条的药皮成分中加入电解锰，而不是其他焊条中常用的中碳锰铁或低碳锰铁，主要是为了降低焊条的含碳量。水下湿法焊接时药皮中的电解锰既能向熔池中过渡Mn，进行焊缝的合金化，同时锰是还原性物质，在焊接冶金过程中起脱氧还原作用，可降低焊缝的含氧量，又能抑制硫的有害作用，以提高水下湿法焊缝的韧性和塑性，又能使焊缝含碳量较低，减少焊缝的淬硬倾向。
硅铁和钛铁的主要作用是脱氧和焊缝合金化。在药皮中不含有机物，减少了焊接气氛中氢的含量。
本发明在焊条制成后，采用喷涂聚脲弹性体技术(SPUA)的方法在焊条药皮外表再喷一层聚脲弹性体。聚脲是由异氰酸酯组分与氨基化合物组分反应生成的一种弹性体物质，它喷涂到焊条药皮外表后能快速固化，不发生流淌现象，5秒钟凝胶，1分钟即可达到足够的强度，不需要烘烤。聚脲弹性体涂层连续、致密，与焊条药皮结合牢固，保护焊条药皮不受潮。其柔韧性好，拉伸强度高、耐磨、耐老化、防腐蚀，施工方便，效率高。
该防水层不含任何挥发性有机物，不会对焊接冶金产生影响。试验结果表明，经喷涂聚脲防水层的湿法焊条焊接时，涂层受电弧加热软化，呈碎片状自行逐步脱落，散布于焊缝外面，对焊缝金属的冶金过程没有影响，也不会夹杂在熔池中。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的实施和效果作进一步说明，但不构成对本发明的任何限制。实施例的湿法焊条药皮成分如表1所示。
实施例1
表1实施例1的焊条药皮成分组成(质量百分比％)
| 大理石 | 萤石 | 石英砂 | 钛白粉 | 人造金红石 | 电解锰 | 硅铁 | 钛铁 | 铁粉 | 总量 | |
| 实施例 | 38 | 14.5 | 6.5 | 3.25 | 4 | 3 | 8 | 4 | 18.75 | 100 |
实施例焊条制作过程：
以直径4mm的H08E钢丝作为焊芯，按表1所示的实施例的成分进行配粉，以水玻璃作药皮粘结剂，经配粉、压涂，在焊芯上涂上药皮，药皮涂层厚度为1.5mm，磨头磨尾、烘干后，将适当数量的焊条挂在喷涂架上，喷枪内加入适量聚脲原料，喷枪对接焊条上下运动喷涂，同时喷涂架以匀速转动，保证焊条的各面都能均匀地喷涂到聚脲，当焊条表面聚脲防水层厚度达到0.3mm后停止喷涂，将喷涂后的焊条悬挂晾置30分钟。(药皮与焊芯的用量关系是否会影响测试效果，最好能给出实例)
实施例效果
分别在40和60米的水下进行湿法焊接，焊接工艺参数及工艺性能分别如表2、3所示，表明本发明的低氢型深水湿法焊条具有较好的水下焊接工艺性能。
表2实施例1的焊接工艺参数
表3实施例1的焊接工艺性能
将实施例的湿法焊条焊缝扩散氢HD、残余氢HR含量以及气孔率与目前市售的特203水下焊条作对比，如表4所示。可见，实施例焊条水下湿法焊接焊缝氢含量和气孔率均比特203低，说明其焊接性能良好。
表4实施例1的焊缝氢含量及气孔率
表5实施例1的接头硬度及力学性能
表6大气中放置10天后不同防水层湿法焊条的吸水量及焊接工艺性能
表7水中浸泡10天后不同防水层湿法焊条的吸水量及焊接工艺性能
表8喷涂聚脲弹性体作防水层的湿法焊条的防水性能
实施例2
表9实施例2的焊条药皮成分组成(质量百分比％)
| 大理石 | 萤石 | 石英砂 | 钛白粉 | 人造金红石 | 电解锰 | 硅铁 | 钛铁 | 铁粉 | 总量 | |
| 实施例 | 42 | 15 | 5 | 2.5 | 3 | 3 | 7 | 4 | 18.5 | 100 |
实施例2焊条制作过程：
以直径4mm的H08E钢丝作为焊芯，按表9所示的实施例的成分进行配粉，以水玻璃作药皮粘结剂，经配粉、压涂，在焊芯上涂上药皮，药皮涂层厚度为1.5mm，磨头磨尾、烘干后，将适当数量的焊条挂在喷涂架上，喷枪内加入适量聚脲原料，喷枪对接焊条上下运动喷涂，同时喷涂架以匀速转动，保证焊条的各面都能均匀地喷涂到聚脲，当焊条表面聚脲防水层厚度达到0.3mm后停止喷涂，将喷涂后的焊条悬挂晾置30分钟。
实施例2效果
分别在40和60米的水下进行湿法焊接，焊接工艺参数及工艺性能分别如表10、11所示，表明本发明的低氢型深水湿法焊条具有较好的水下焊接工艺性能。
表10实施例2的焊接工艺参数
表11实施例2的焊接工艺性能
将实施例2的湿法焊条焊缝扩散氢HD、残余氢HR含量以及气孔率与目前市售的特203水下焊条作对比，如表12所示。可见，实施例2焊条水下湿法焊接焊缝氢含量和气孔率均比特203低，说明其焊接性能良好。
表12实施例2的焊缝氢含量及气孔率
表13实施例2的接头硬度及力学性能
表14大气中放置10天后不同防水层湿法焊条的吸水量及焊接工艺性能
表15水中浸泡10天后不同防水层湿法焊条的吸水量及焊接工艺性能
表16喷涂聚脲弹性体作防水层的湿法焊条的防水性能
实施例3
表17实施例3的焊条药皮成分组成(质量百分比％)
实施例3焊条制作过程：
以直径3.2mm的H08E钢丝作为焊芯，按表17所示的实施例的成分进行配粉，以水玻璃作药皮粘结剂，经配粉、压涂，在焊芯上涂上药皮，药皮涂层厚度为1.1mm，磨头磨尾、烘干后，将适当数量的焊条挂在喷涂架上，喷枪内加入适量聚脲原料，喷枪对接焊条上下运动喷涂，同时喷涂架以匀速转动，保证焊条的各面都能均匀地喷涂到聚脲，当焊条表面聚脲防水层厚度达到0.2mm后停止喷涂，将喷涂后的焊条悬挂晾置30分钟。
实施例3效果
分别在40和60米的水下进行湿法焊接，焊接工艺参数及工艺性能分别如表18、19所示，表明本发明的低氢型深水湿法焊条具有较好的水下焊接工艺性能。
表18实施例3的焊接工艺参数
表19实施例3的焊接工艺性能
将实施例3的湿法焊条焊缝扩散氢HD、残余氢HR含量以及气孔率与目前市售的特203水下焊条作对比，如表20所示。可见，实施例3焊条水下湿法焊接焊缝氢含量和气孔率均比特203低，说明其焊接性能良好。
表20实施例的焊缝氢含量及气孔率
表21实施例的接头硬度及力学性能
表22大气中放置10天后不同防水层湿法焊条的吸水量及焊接工艺性能
表23水中浸泡10天后不同防水层湿法焊条的吸水量及焊接工艺性能
表24喷涂聚脲弹性体作防水层的湿法焊条的防水性能
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种低氢型深水湿法焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于以占药皮的质量百分比计，包括如下组分：大理石35 ~ 42%，萤石10~18%，石英砂5~8%，钛白粉2.5~4%，人造金红石3~6 %，电解锰2.5 ~ 7.5%，硅铁7~9%，钛铁矿3 ~ 6%，铁粉余量；所述深水指0~60m水深的环境。
2.根据权利要求1所述的一种低氢型深水湿法焊条，其特征在于所述焊芯采用H08E钢丝。
3.根据权利要求1所述的一种低氢型深水湿法焊条，其特征在于以水玻璃作药皮粘结剂，所述药皮组分经配粉后压涂在焊芯上，焊条药皮外径与焊芯直径之比小于或等于1.8。
4.根据权利要求3所述的一种低氢型深水湿法焊条，其特征在于，压涂后在湿法焊条药皮外表喷涂聚脲弹性体作防水层，其厚度为0.2~0.3mm。
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