CN103624414A - 一种用于低温钢焊接的焊条及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于低温钢焊接的焊条及其制备方法。该焊条包括焊芯和药皮，所述焊条的药皮含有如下重量份数的组分：大理石：30~40，萤石：18~25，长石：1~2，金红石：6~8，硅铁：4~6，电解锰：2~4，稀土硅铁：0.5，纯碱：1，镍粉：6~8，锆英砂：1~3，铁粉：13.5~16.5。为了提高焊缝熔敷金属的低温冲击韧性，本发明严格控制熔敷金属中硫、磷、氧、氮等杂质元素；同时，在药皮中加入稀土元素，进一步达到除硫、磷和细化晶粒的作用，从而进一步提高熔敷金属低温冲击韧性。

Description

一种用于低温钢焊接的焊条及其制备方法
技术领域
本发明属于焊接领域，具体涉及一种用于低温钢焊接的焊条及其制备和应用。
背景技术
根据我国现行标准，通常将船板钢分为一般强度船体用钢板和高强度船体用钢板。高强度船体用钢板，可按屈服点分为32Kg、36Kg、40Kg三个强度级别，和AH、DH、EH和FH四个质量级别，其中常用的主要是AH、DH、EH三个级别。
随着造船业的迅速发展，对船板等级的要求越来越高，FH级别高强度船体用钢板的需求量也越来越大。该级别高强度船体用钢板在要求高强度的同时，还要求具有良好的低温冲击韧性。
目前，国内有许多钢厂生产FH36钢板，该船板通常采用TMCP生产工艺，在钢板中添加Nb、Ti等微合金元素控制钢的化学成分，使其达到一定的强化效果且不对钢的组织产生不良影响，并且使钢板具有较低的脆性转变温度以及具有良好的焊接性能。因此，该钢板对焊接材料的要求也极为严格，不仅要求焊缝金属具有良好的强韧性匹配，同时要求有一定的低温冲击韧性，要求KV2（-60℃）≥27J。在焊接材料的开发过程中，在满足最低要求的基础上，更要留有一定的低温冲击韧性裕量。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于低温钢焊接的焊条及其制备方法，该低温钢优选为FH36钢板。
本发明提供的用于低温钢焊接的焊条，包括焊芯和药皮，所述焊条的药皮含有如下重量份数的组分：
大理石：30~40，萤石：18~25，长石：1~2，金红石：6~8，硅铁：4~6，电解锰：2~4，稀土硅铁：0.5，纯碱：1，镍粉：6~8，锆英砂：1~3，铁粉：13.5~16.5。
优选地，所述焊条的药皮含有如下重量份数的组分：
大理石：30，萤石：25，长石：2，金红石： 8，硅铁： 5，电解锰：3，稀土硅铁：0.5，纯碱：1，镍粉：7，锆英砂：3，铁粉：15.5。
优选地，所述焊条的药皮含有如下重量份数的组分： 
大理石：35，萤石：23，长石：1，金红石：7，硅铁：5，电解锰：4，稀土硅铁：0.5，纯碱：1，镍粉：8，锆英砂：2，铁粉：13.5。
优选地，所述低温钢为FH36钢板。
优选地，所述焊条的焊芯为焊接用钢条。
本发明还提供上述焊条的制备方法，包括如下步骤：
1）按照所述量称取药皮各组分，混合均匀；
2）将步骤1）所得的混合物以钾钠水玻璃粘合；
3）将步骤2）所得的粘合物包覆在焊芯外，制成焊条。
优选地，步骤2）中所述钾钠水玻璃的分子式为2K2O·Na2O·mSiO2，其用量为：每100kg 步骤1）所得的混合物中加入16~18L钾钠水玻璃。
优选地，所述焊芯为焊接用钢条，焊芯直径与焊条外径之比为0.55~0.65:1。
优选地，所述焊芯为焊接用钢条H08GX。
本发明所提供的技术方案能够达到以下的技术效果：
1、本发明焊条的熔敷金属含有如下重量百分比的化学成分：C ≤0.12%、Si ≤0.80%、Mn≤1.25%、Ni 2.00~2.75%、S≤0.030%、P≤0.030%，其余为Fe，其具有高韧性KV2（-60℃）≥27J。为了提高焊缝熔敷金属的低温冲击韧性，本发明严格控制熔敷金属中硫、磷、氧、氮等杂质元素；同时，在药皮中加入稀土元素，进一步达到除硫、磷和细化晶粒的作用，从而进一步提高熔敷金属低温冲击韧性。
2、本发明的焊条为超低氢焊条，对熔敷金属扩散氢测定：[H]=2.1ml/100g(水银法)。
3、本发明的焊条采用钾钠2：1的水玻璃进行粘合，能采用交直流焊接设备进行焊接。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本研究渣系为CaCO3-CaF2-SiO2-TiO2渣系，并通过大量的试验确定了各成分含量对工艺性能的影响。
大理石：主要作用是造渣和造气，分解产物是CaO，可以提高渣的碱度，对焊缝金属低温冲击韧性有益。含量太少，造渣和造气功能不足，对电弧保护不周，使空气中得N进入焊缝，降低焊缝金属低温冲击韧性；含量太多，增加药皮的熔点，减少焊条的熔化速度，同时焊缝成形变粗糙，所以本发明中大理石的含量在30~40之间。
萤石：主要作用是造渣、改善渣的流动性及去氢。含量太少，去氢效果不明显，渣流动性变差；含量太多，焊条药皮熔点太低，在焊接时容易出现断弧现象。所以本发明中萤石含量在18~25之间。
长石：主要作用是造渣、稳弧。含量太少上述功能不明显；含量太多，会减慢焊接速度，增加渣的粘度。本发明长石含量在1~2之间。
金红石：主要作用造渣、稳弧，可以提高熔渣熔点，可改善焊条立向上焊接操作工艺。含量太少，上述功能表现不明显；含量太多，熔渣熔点太高，焊缝成形变粗糙同时降低焊缝金属低温冲击韧性。本发明金红石含量在6~8之间。
硅铁：主要作用是脱氧和合金化。含量太少，焊缝金属脱氧不足；含量太多，焊缝金属强度太高，同时降低焊缝金属低温冲击韧性。本发明中可采用45#雾化硅铁（符合GB/T2272-2009），本发明硅铁含量在4~6之间。
电解锰：主要作用是脱氧和合金化。含量太少，脱氧和合金化作用不明显；含量太多，焊接过程中易出现飞溅，焊缝金属脆、硬。本发明电解锰含量在2~4之间。
稀土硅铁：主要作用是合金化，向焊缝金属中过渡稀土元素。含量太少，稀土元素的作用发挥不出来；含量太多，向焊缝金属中过渡太多的硅，使焊缝金属强度升高，低温韧性下降。本发明中所用稀土硅铁符合GB/T4137-2004，稀土硅铁含量为0.5。
纯碱：主要作用是改善焊条的压涂性能。含量太少，不能改善压涂性能；含量太多，焊条容易出现返潮现象。本发明纯碱的含量为1。
镍粉：主要作用是合金化，能提高焊缝金属的低温韧性，降低韧脆转变温度。含量太少，上述性能表现不明显；含量太多，增大热裂敏感性，同时镍粉比较贵重，不宜多加。本发明镍粉的含量在6~8之间。
锆英砂：主要作用是改善脱渣性能。含量太少，上述功能表现不明显；含量太多，低温韧性下降。本发明锆英砂的含量在1~3之间。
铁粉：主要作用是改善电弧状态，调节铁水熔点和粘度，余量加入。
本发明的特点是：所采用的焊条药皮成分配比，可最大限度的发挥各组份的优势，能使焊缝金属化学成分及力学性能满足FH36钢板的焊接要求，是一种与FH36钢板相配套的焊条。
通过在FH36钢上施焊，本发明的焊条焊接工艺性能良好，电弧稳定、脱渣容易、成型美观。
熔敷金属化学成分及力学性能符合GB/T5117-2012《非合金钢及细晶粒钢焊条》中E5518-N5的相关技术要求。C ≤0.12%、Si ≤0.80%、Mn≤1.25%、Ni 2.00~2.75%、S≤0.030%、P≤0.030%，其余为Fe
本发明提供4个实施例，其中实施例1~4的配方列在表一中。
下面通过具体实施例作进一步详细说明：
实施例：
本实施例的焊条，焊条药皮的成分及其占质量的百分比含量如下大理石、萤石、金红石、硅铁、电解锰、稀土硅铁、纯碱、镍粉、锆英砂和铁粉。
本实施例按照下述步骤制备焊条：
1）按照所述量称取药皮各组分，混合；
2）将步骤1）所得的混合物以钾钠2：1水玻璃（2K2O·Na2O·mSiO2）粘合，其用量为每100kg步骤1）所得的混合物加入16~18L钾钠2：1水玻璃；
3）将步骤2）所得的粘合物涂覆在Φ4.0mm H08GX焊芯上，制成外径为Φ6.8 mm的焊条。
采用本实施例的焊条
表一中列举实施例No.1~ No.4的焊条药皮及重量份数。
表一 实施例焊条配方
实施例 No.1 No.2 No.3 No.4
大理石 30 35 38 40
萤  石 25 23 18 21
长石 2 1 2 2
金红石 8 7 8 6
硅  铁 5 5 4 6
电解锰 3 4 3 2
稀土硅铁 0.5 0.5 0.5 0.5
纯  碱 1 1 1 1
镍  粉 7 8 6 7
锆英砂 3 2 3 1
铁  粉 15.5 13.5 16.5 13.5
a．焊条形成的熔敷金属的热敷金属化学成分如表二：
表二  实施例熔敷金属化学成分      （%）
实施例 No.1 No.2 No.3 No.4
C 0.040 0.045 0.048 0.046
Si 0.49 0.46 0.40 0.39
Mn 0.94 1.02 0.92 0.88
Ni 2.38 2.42 2.24 2.36
S 0.0052 0.0050 0.0061 0.0058
P 0.014 0.012 0.015 0.013
Fe 余量 余量 余量 余量
b．焊条形成的熔敷金属的力学性能如下表三：
表三  熔敷金属力学性能
Figure 324409DEST_PATH_IMAGE001
b. 以水银法对熔敷金属扩散氢测定，其扩散氢可到达超低氢（水银法超低氢标准为[H]≤5.0ml/100g），具体含量参见表四。
表四  熔敷金属扩散氢含量
Figure 792562DEST_PATH_IMAGE002
c. 在FH36钢板上施焊，焊接过程中，全位置焊接操作工艺性能好、电弧稳定、脱渣容易、成型美观。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种用于低温钢焊接的焊条，其特征在于，所述焊条包括焊芯和药皮，所述焊条的药皮含有如下重量份数的组分：
大理石：30~40，萤石：18~25，长石：1~2，金红石：6~8，硅铁：4~6，电解锰：2~4，稀土硅铁：0.5，纯碱：1，镍粉：6~8，锆英砂：1~3，铁粉：13.5~16.5。
2.根据权利要求1所述的焊条，其特征在于，所述焊条的药皮含有如下重量份数的组分：
大理石：30，萤石：25，长石：2，金红石： 8，硅铁： 5，电解锰：3，稀土硅铁：0.5，纯碱：1，镍粉：7，锆英砂：3，铁粉：15.5。
3.根据权利要求1所述的焊条，其特征在于，所述焊条的药皮含有如下重量份数的组分： 
大理石：35，萤石：23，长石：1，金红石：7，硅铁：5，电解锰：4，稀土硅铁：0.5，纯碱：1，镍粉：8，锆英砂：2，铁粉：13.5。
4.根据权利要求1所述的焊条，其特征在于，所述低温钢为FH36钢板。
5.根据权利要求1所述的焊条，其特征在于，所述焊条的焊芯为焊接用钢条。
6.权利要求1所述焊条的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）按照所述量称取药皮各组分，混合均匀；
2）将步骤1）所得的混合物以钾钠水玻璃粘合；
3）将步骤2）所得的粘合物包覆在焊芯外，制成焊条。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述钾钠水玻璃的分子式为2K2O·Na2O·mSiO2，其用量为：每100kg 步骤1）所得的混合物中加入16~18L钾钠水玻璃。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述焊芯为焊接用钢条，焊芯直径与焊条外径之比为0.55~0.65:1。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述焊芯为焊接用钢条H08GX。
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