CN103894759B - 一种替代碱性碳钢焊条及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种替代碱性碳钢焊条及其制备方法，涉及中碳钢、低合金钢及焊接性较差的碳钢结构焊接领域。其包括焊芯和药皮，药皮基本组分按重量百分比为：还原钛38-42%、金红石10-14%、钛白粉0.5-1.5%、焙烧叶腊石6-8%、大理石9-11%、白土8-12%、中碳锰铁11-14%、焙烧云母6-9%、焙烧长石1-2.5%，在此药皮基本组分的基础上还加入碳酸锂0.4-0.9%、钇0.4-1.0%；焊芯为H08A。本发明焊条药皮组成中不含氟化物，且单班产量高，浪费少，烘干温度低，产品工艺性能优良，生产成本低，能满足焊条的力学性能和抗裂性能要求。

Description

一种替代碱性碳钢焊条及其制备方法

技术领域

本发明涉及中碳钢、低合金钢及焊接性较差的碳钢结构焊接领域。

背景技术

焊条是在一定长度的金属丝（焊芯）外表层均匀地涂敷一定厚度的具有特殊作用涂料（药皮）的手工电弧焊焊接材料。

现有E7016型（美国焊接协会AWS牌号）碱性碳钢焊条具有优良的力学性能和抗裂性能，交直流两用，可进行全位置焊接，适用于中碳钢或低合金钢如16Mn、09Mn2Si等，可以焊接Q345R、16MnDR等强度相当板材的压力容器，但存在的缺点是药皮组成中含有氟化物，焊条在使用过程中存在有害气体氟化氢的排放，且生产过程中单班产量低，浪费多，烘干温度高，因而加大了环保压力和增加了生产成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种替代碱性碳钢焊条及其制备方法，该焊条药皮组成中不含氟化物，使用过程中无有害气体氟化氢的排放，且单班产量高，浪费少，烘干温度低，产品工艺性能优良，节能环保，生产成本低，能满足焊条的力学性能和抗裂性能要求。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种替代碱性碳钢焊条，其包括焊芯和药皮，药皮基本组分按重量百分比为：还原钛38-42%、金红石10-14%、钛白粉0.5-1.5%、焙烧叶腊石6-8%、大理石9-11%、白土8-12%、中碳锰铁11-14%、焙烧云母6-9%、焙烧长石1-2.5%，在此药皮基本组分的基础上还加入碳酸锂0.4-0.9%、钇0.4-1.0%；焊芯为H08A焊丝。

优选的，碳酸锂为0.6%、钇为0.7%。

优选的，药皮基本组分按重量百分比为：还原钛40%、金红石12%、钛白粉1%、焙烧叶腊石7%、大理石10%、白土9%、中碳锰铁12%、焙烧云母7%、焙烧长石2%。

替代碱性碳钢焊条的制备方法为：将上述药皮组分混匀用钾钠水玻璃作为粘结剂，在螺旋机上将其压涂在直径为2.5mm、3.2mm、4.0mm或5.0mm等不同直径的焊芯上，经磨削出夹持端和引弧端后，在220-250℃下进行烘干，做成焊条。

优选的，钾钠水玻璃的模数为2.55-2.65，钾钠比为2：1，浓度为36-39波美度，加入量为药皮用量的19-23%。

本发明药皮组成中各成分的主要作用如下：

大理石：在电弧的作用下分解成CaO和CO₂，CaO参与了熔池的造渣、精炼和保护，同时还提高了熔渣的碱度；CO₂作为保护气体，排斥了周围空气对熔滴和熔池金属的侵入，另一方面造就了带氧化性的电弧气氛，有效地降低了气氛中的氢分压，从而减少了氢向液态金属的溶解。

焙烧长石：主要作用是造渣、稳定电弧，并提高电焊条再引弧性能。焊接时提高电弧电压，细化熔滴，提高焊条熔化速度。

金红石：主要成分是TiO₂，主要作用是稳定电弧、造渣，能够调节熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性，改善焊缝成形、减小飞溅。

焙烧云母：能增加药皮的弹性与流动性，改善药皮的压涂性能，提高药皮的透气性，利于焊条药皮中水分的排出，防止烘干时药皮发生开裂现象，提高药皮的抗裂性。加入过量，将导致药皮表面不光滑、粗糙，并在使用中飞溅性增大。

钛白粉：为不含水的钛金属氧化物，粒度细腻，对药皮有较强的增塑作用，还可增加电弧的稳定性，改善熔渣的物化性能。

白土：其化学成分是以CaCO₃﹒MgCO₃﹒SiO₂为主的具有良好滑性的粉末，基本上不含水，可增加药皮的流动性。

焙烧叶腊石：主要作用是改善焊条的压涂性能，增加药皮的粘滑性能并造渣，如加入量过多，将导致药皮粘度增加，使药皮易开裂。

中碳锰铁：主要作用是脱氧，保证焊缝金属机械性能，如加入量过多，将导致脱氧过足，使焊缝易产生气孔，影响焊接物的性能。

还原钛：主要作用是稳弧，造渣，提高再引弧性能，同时起到渗铁粉效果，提高熔敷效力。

碳酸锂：稳弧，用量适中可以有效降低焊缝金属的扩散氢含量。

钇：微量的钇能大幅降低熔敷金属扩散氢含量，适量钇能显著提高焊缝的韧性和抗裂性。

因熔敷金属中的扩散氢含量会随药皮含水量的增加成倍上升，因此选用经焙烧的叶腊石、云母和长石，以降低扩散氢含量。所用焙烧叶腊石结晶水：≤0.3%、焙烧云母结晶水：≤0.5%、焙烧长石结晶水：≤0.3%，所用焙烧厂家：灵寿远东建材厂，焙烧温度：≥950度。

H08A为焊丝牌号，属低锰焊丝，其化学成分应符合以下规定：C≤0.10%、Mn0.30～0.60%、Si≤0.03%、Cr≤0.20%、Ni≤0.30%、Cu≤0.20%、S≤0.030、p≤0.030。

上述药皮组成中起关键作用的碳酸锂，重稀土钇，由于其用量少，计量必须准确，混合必须均匀，为此碳酸锂和钇必须在电子计量秤（ACS-H1等）上称量，再和金红石充分混合后再倒入搅拌机中同其他药皮组成搅拌均匀。

本发明与现有技术对比，见下表：

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

（1）本发明焊条药皮组成中不含氟化物，使用过程中无有害气体氟化氢的排放；

（2）本发明焊条单班产量高，浪费少，烘干温度低，产品工艺性能优良，节能环保，节约生产成本5-10%左右；

（3）本发明焊条在焊接时焊接熔渣粘皮大小适中，流动性适中，熔渣覆盖性能良好，脱渣性能好，电弧非常稳定，电弧穿透力适中，再引弧性能极好和国产E4303焊条相当；

（4）本发明焊条保持了E7016型碱性碳钢焊条优良的力学性能和抗裂性能，且具有酸性焊条的优良焊接工艺性能，生产成本低，可替代E7016型碱性碳钢焊条使用，具有较大的实施价值。

具体实施方式

实施例1

一种替代碱性碳钢焊条，其包括焊芯和药皮，药皮基本组分按重量百分比为：还原钛38%、金红石14%、钛白粉1%、焙烧叶腊石6%、大理石11%、白土10%、中碳锰铁11%、焙烧云母9%、焙烧长石1.5%，在此药皮基本组分的基础上还加入碳酸锂0.4%、钇1.0%（重量百分比）；焊芯为H08A焊丝。

制备方法为：将上述药皮组分混匀，用模数为2.62，钾钠比为2：1，浓度为36波美度，加入量为药皮用量的20%（重量百分比）的钾钠水玻璃作为粘结剂，在螺旋机上将其压涂在直径为2.5mm的焊芯上，经磨削出夹持端和引弧端后，在220-250℃下进行烘干，做成焊条。

实施例2

一种替代碱性碳钢焊条，其包括焊芯和药皮，药皮基本组分按重量百分比为：还原钛42%、金红石10%、钛白粉0.5%、焙烧叶腊石8%、大理石10%、白土8%、中碳锰铁14%、焙烧云母6%、焙烧长石1%，在此药皮基本组分的基础上还加入碳酸锂0.6%、钇0.7%（重量百分比）；焊芯为H08A焊丝。

制备方法为：将上述药皮组分混匀，用模数为2.65，钾钠比为2：1，浓度为37波美度，加入量为药皮用量的23%（重量百分比）的钾钠水玻璃作为粘结剂，在螺旋机上将其压涂在直径为3.2mm的焊芯上，经磨削出夹持端和引弧端后，在220-250℃下进行烘干，做成焊条。

实施例3

一种替代碱性碳钢焊条，其包括焊芯和药皮，药皮基本组分按重量百分比为：还原钛39%、金红石13%、钛白粉1.5%、焙烧叶腊石7%、大理石9%、白土12%、中碳锰铁13%、焙烧云母8%、焙烧长石2.5%，在此药皮基本组分的基础上还加入碳酸锂0.9%、钇0.4%（重量百分比）；焊芯为H08A焊丝。

制备方法为：将上述药皮组分混匀，用模数为2.55，钾钠比为2：1，浓度为39波美度，加入量为药皮用量的19%（重量百分比）的钾钠水玻璃作为粘结剂，在螺旋机上将其压涂在直径为5.0mm的焊芯上，经磨削出夹持端和引弧端后，在220-250℃下进行烘干，做成焊条。

实施例4（以下均为Φ4.0冲击值均为-30度V型缺口）

一种替代碱性碳钢焊条，其包括焊芯和药皮，药皮基本组分按重量百分比为：还原钛40%、金红石12%、钛白粉1%、焙烧叶腊石7%、大理石10%、白土9%、中碳锰铁12%、焙烧云母7%、焙烧长石2%，在此药皮基本组分的基础上还加入碳酸锂0.6%、钇0.6%（重量百分比）；焊芯为H08A焊丝。

制备方法为：将上述药皮组分混匀，用模数为2.6，钾钠比为2：1，浓度为38波美度，加入量为药皮用量的21%（重量百分比）的钾钠水玻璃作为粘结剂，在螺旋机上将其压涂在直径为4.0mm的焊芯上，经磨削出夹持端和引弧端后，在220-250℃下进行烘干，做成焊条。

结果：用Φ12.0螺纹钢对焊抗裂性能试验，和E7016相比完全合格，且冲击值：121J，扩散氢含量：5.8mL/100g。

实施例5

与实施例4的区别在于，钇的用量为药皮基本组分的1%（重量百分比）。

结果：用Φ12.0螺纹钢对焊抗裂性能试验，抗裂性能合格，冲击值：92J，扩散氢含量：4.5mL/100g。

实施例6

与实施例4的区别在于，钇的用量为药皮基本组分的0.9%（重量百分比）。

结果：用Φ12.0螺纹钢对焊抗裂性能试验，抗裂性能合格，冲击值：99J，扩散氢含量：4.9mL/100g。

实施例7

与实施例4的区别在于，钇的用量为药皮基本组分的0.7%（重量百分比）。

结果：用Φ12.0螺纹钢对焊抗裂性能试验，抗裂性能合格，冲击值：125J，扩散氢含量：5.2mL/100g。

产品性能参数：（以Φ4.0为例，其他规格参数省略）

熔敷金属化学成分

C	S	P	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	V
									0.09	0.025	0.027	0.65	0.21	0.08	0.09	0.05	0.02

熔敷金属力学性能

实验项目	σь（MPa）	σs（MPa）	δ5（％）	Akv（J）(-30℃)
					保证值	≥490	≥400	≥20	≥27
实测值	565	460	29	125

熔敷金属扩散氢含量5.2mL/100g（甘油法）。

实施例8

与实施例4的区别在于，钇的用量为药皮基本组分的0.4%（重量百分比）。

结果：用Φ12.0螺纹钢对焊抗裂性能试验，抗裂性能合格，冲击值：85J，扩散氢含量：6.1mL/100g。

实施例9

与实施例4的区别在于，碳酸锂的用量为药皮基本组分的0.4%、钇的用量为药皮基本组分的0.7%（重量百分比）。

结果：用Φ12.0螺纹钢对焊抗裂性能试验合格，冲击值：106J，扩散氢含量：6.0mL/100g。

实施例10

与实施例4的区别在于，碳酸锂的用量为药皮基本组分的0.5%、钇的用量为药皮基本组分的0.7%（重量百分比）。

结果：用Φ12.0螺纹钢对焊抗裂性能试验合格，冲击值：109J，扩散氢含量：5.5mL/100g。

实施例11

与实施例4的区别在于，碳酸锂的用量为药皮基本组分的0.7%、钇的用量为药皮基本组成的0.7%（重量百分比）。

结果：用Φ12.0螺纹钢对焊抗裂性能试验合格，冲击值：103J，扩散氢含量：5.1mL/100g。

实施例12

与实施例4的区别在于，碳酸锂的用量为药皮基本组分的0.8%、钇的用量为药皮基本组成的0.7%（重量百分比）。

结果：用Φ12.0螺纹钢对焊抗裂性能试验合格，冲击值：98J，扩散氢含量：5.0mL/100g。

实施例13

与实施例4的区别在于，碳酸锂的用量为药皮基本组分的0.9%、钇的用量为药皮基本组成的0.7%（重量百分比）。

结果：用Φ12.0螺纹钢对焊抗裂性能试验合格，冲击值:90J，扩散氢含量：4.9mL/100g。

本发明焊条X射线探伤要求：Ⅰ级

参考电流（AC，DC+）

焊条直径（mm）	2.5	3.2	4.0	5.0
					焊接电流（A）	60-100	80-130	150-200	170-220

注意事项：

1、焊前焊条需经220-250℃烘培1小时，随烘随用；

2、焊前必须对焊条清除铁锈，油污水份等杂质；

3、焊接时需用短弧操作，以窄焊道为宜；

4、用直流电源时，焊条接正极。

对比例

焊条药皮组分按重量百分比为：还原钛40%、金红石12%、钛白粉1%、焙烧叶腊石7%、大理石10%、白土9%、中碳锰铁12%、焙烧云母7%、焙烧长石2%；焊芯为H08A焊丝。

制备方法为：将上述药皮组分混匀，用模数为2.6，钾钠比为2：1，浓度为38波美度，加入量为药皮用量的21%（重量百分比）的钾钠水玻璃作为粘结剂，在螺旋机上将其压涂在直径为4.0mm的焊芯上，经磨削出夹持端和引弧端后，在220-250℃下进行烘干，做成焊条。

结果：用Φ12.0螺纹钢对焊抗裂性能试验，有轻微裂纹，说明此药皮组成不够理想。

Claims (5)

1.一种替代碱性碳钢焊条，其包括焊芯和药皮，其特征在于：所述药皮基本组分按重量百分比为：还原钛38-42%、金红石10-14%、钛白粉0.5-1.5%、焙烧叶腊石6-8%、大理石9-11%、白土8-12%、中碳锰铁11-14%、焙烧云母6-9%、焙烧长石1-2.5%，在此药皮基本组分的基础上还加入碳酸锂0.4-0.9%、钇0.4-1.0%；所述焊芯为H08A焊丝。

2.根据权利要求１所述的一种替代碱性碳钢焊条，其特征在于所述碳酸锂为0.6%、钇为0.7%。

3.根据权利要求１所述的一种替代碱性碳钢焊条，其特征在于所述药皮基本组分按重量百分比为：还原钛40%、金红石12%、钛白粉1%、焙烧叶腊石7%、大理石10%、白土9%、中碳锰铁12%、焙烧云母7%、焙烧长石2%。

4.如权利要求１、2或3所述的一种替代碱性碳钢焊条的制备方法，其特征在于将上述药皮组分混匀用钾钠水玻璃作为粘结剂，在螺旋机上将其压涂在直径为2.5mm、3.2mm、4.0mm或5.0mm的焊芯上，经磨削出夹持端和引弧端后，在220-250℃下进行烘干，做成焊条。

5.根据权利要求4所述的一种替代碱性碳钢焊条的制备方法，其特征在于所述钾钠水玻璃的模数为2.55-2.65，钾钠比为2：1，浓度为36-39波美度，加入量为药皮用量的19-23%。