CN106271224B - 水电用790MPa级高强高韧性焊条及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水电用790MPa级高强高韧性焊条及其制备方法，由低硫、磷焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，该药皮包括碳酸盐40～42质量份、氟化物15～18质量份、金红石4.5～7.5质量份、二氧化硅10～12质量份、镍粉6～8质量份、钼铁2.3～2.7质量份、电解锰6～8质量份、铁粉8～10质量份、纯碱0.5‑1.0质量份、海藻酸钠1.5～2.0质量份、石墨0.10～0.15质量份。与现有的相比，本发明焊条电弧稳定，飞溅小，脱渣好，立、仰位置焊接铁水不下淌、脱渣容易，成型美观，全位置操作性能好。

Description

水电用790MPa级高强高韧性焊条及其制备方法

技术领域

本发明涉及焊接材料领域，特别涉及一种水电工程建设用790MPa级高强高韧性钢配套用全位置焊接手工电焊条及其制备方法。

背景技术

国家“十二五”期间规划在金沙江下游建设的重大水电工程：乌东德、白鹤滩水电站。乌东德水电站是金沙江水电基地下游河段四个水电梯级——乌东德、白鹤滩水电站、溪洛渡水电站和向家坝水电站的第一梯级，电站装机容量1020万千瓦，建设乌东德水电站有利于改善和发挥下游梯级的效益，增加下游梯级电站的保证出力和发电量。

白鹤滩水电站是金沙江下游干流河段梯级开发的第二个梯级电站，具有以发电为主，兼有防洪、拦沙、改善下游航运条件和发展库区通航等综合效益。地下厂房装有16台机组，初拟装机容量1600万千瓦，多年平均发电量602.4亿千瓦时。

水电站建设中压力钢管及蜗壳将全部采用790MPa级钢材，并且对立焊位置提出了大线能量(30-35KJ/cm)的焊接要求。

根据现场建造、安装需求，研发的适宜立焊位置，且立焊位置性能优良的手工电焊条，应用于国家重大水电工程压力钢管、蜗壳的焊接，不仅实现了钢材、焊材国产化，建造国产化，而且为提升了民族工业国际竞争力奠定坚实的基础。但是，迄今为止尚未见研究出来。

发明内容

本发明的目的之一就在于提供一种用水电用790MPa级高强高韧性焊条，该焊条电弧稳定，飞溅小，脱渣好，立、仰位置焊接铁水不下淌、脱渣容易，成型美观，全位置操作性能好。

技术方案是：一种水电用790MPa级高强高韧性焊条，由低硫、磷焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，该药皮包括碳酸盐40～42质量份、氟化物15～18质量份、金红石4.5～7.5质量份、二氧化硅10～12质量份、镍粉6～8质量份、钼铁2.3～2.7质量份、电解锰6～8质量份、铁粉8～10质量份、纯碱0.5-1.0质量份、海藻酸钠1.5～2.0质量份、石墨0.10～0.15质量份。

作为优选，所述焊芯为H08GX焊芯盘条。

作为优选，所述H08GX焊芯盘条直径偏差±0.4mm，盘条椭圆度≤0.5mm。

作为优选，所述H08GX焊芯组成成分为C≤0.10、Mn：0.30～0.55％、Si≤0.08％、S≤0.005％、P≤0.015％、Cu≤0.20％、As≤0.007％、Al≤0.030％。

作为优选，所述碳酸盐为40质量份、氟化物为16质量份、金红石为7质量份、二氧化硅为10质量份、镍粉为7.5质量份、钼铁为2.3质量份、电解锰为6.5质量份、铁粉为10质量份、纯碱为0.8质量份、海藻酸钠为1.8质量份、石墨为0.12质量份。

作为优选，所述碳酸盐为42质量份、氟化物为15质量份、金红石为7.5质量份、二氧化硅为11质量份、镍粉为6质量份、钼铁为2.5质量份、电解锰为8质量份、铁粉为8质量份、纯碱为1.0质量份、海藻酸钠为2.0质量份、石墨为0.10质量份。

作为优选，所述碳酸盐为41质量份、氟化物为16质量份、金红石为5.5质量份、二氧化硅为12质量份、镍粉为6质量份、钼铁为2.7质量份、电解锰为7质量份、铁粉为8.5质量份、纯碱为1.0质量份、海藻酸钠为2.0质量份、石墨为0.15质量份。

作为优选，所述碳酸盐中CaCO3≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为-30目100％、-40目≥97％、-170目≤70％；氟化物中CaF2≥96％、SiO2≤3.0％、C≤0.08％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为-30目100％、-40目≥97％、-170目≤70％；金红石中TiO2≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，粒度要求为-40目≥100％、-160目≤30％；二氧化硅中Si42-47％、C≤0.50％、S≤0.020％、P≤0.040％，颗粒度要求为-30目100％、-40目≥98％、-200目≤20％；镍粉中Ni≥99.5％、C≤0.020％、S≤0.003％、P≤0.003％，颗粒度要求为-40目100％、-170目≤35％；钼铁中Mo 55.0-60.0％、Si≤1.0％、C≤0.20％、S≤0.050％、P≤0.080％，颗粒度要求为-30目100％，-170目≤50％；电解锰中Mn≥99.5％、C≤0.08％、S≤0.10％、P≤0.010％、Se+Si+Fe≤0.310％,颗粒度要求为-30目100％、-40目≥98％、-170目≤50％；铁粉中ΣFe≥97％、Si≤0.20％、C≤0.10％、S≤0.020％、P≤0.020％，松装密度3.0±0.10g/cm3，颗粒度要求为-30目100％、-40目≥98％、-170目≤20％；纯碱中Na2CO3≥99％、NaCl≤0.7％，颗粒度要求为-30目100、-40目≥98％；海藻酸钠中Na2O 9.5-13.0％、P≤0.050％、灰分20.0-30.0％，颗粒度要求为-100目100％；石墨中固定碳≥90.0％、S≤0.05％、失重率≤2.0％，颗粒度要求为-200目100％。

本发明的目的之二在于提供一种水电用790MPa级高强高韧性焊条的制备方法。

技术方案是：一种水电用790MPa级高强高韧性焊条的制备方法，包括以下步骤：

①将药皮粉料拌混合均匀；

②加入占固体组分质量含量21-23wt％的20℃条件下的钾钠比例为1:1的水玻璃，波美密度为41～42Be，进行湿混；

③采用H08GX焊芯在油压式焊条生产设备上进行焊条制备。

发明原理：

碳酸盐：焊条中使用碳酸盐，在电弧热的作用下分解成CaO和CO2是焊条制造中及常用的建渣造气材料，提高熔渣碱度，稳定电弧增大熔渣与金属界面张力和表面张力，改善脱渣，并有较好的脱S能力。

氟化物：调整熔渣的熔点个粘度，增加溶者的流动性，改善熔渣的物理性能对焊缝成型、脱渣等起关键作用，也是降低焊缝中扩散氢的主要材料，但因氟的存在，会造成电弧不稳定，并产生有毒气体，比例控制在15～18％。

金红石：焊条中的作用主要是建渣、稳弧，在本发明中，加入4.5～7.5％金红石，对焊缝成形有关键作用。

二氧化硅：调整熔敷金属中Si元素的含量，对焊接工艺性能好处，但对力学性能有恶化，需控制其加入量，本发明中硅铁的加入量为10～12％，且尽可能的控制在下限。

镍粉：Ni除了能促进针状铁素体形成外，还有利于减少冲击值的波动，降低焊缝金属的低温脆性转变温度，但随着Ni含量的增加，焊缝产生热裂纹的倾向又会增大，因此焊缝中含有一定量的Ni，且控制在合适范围。

钼铁：采用铁合金的形式，过渡稳定，波动小，能够有效的提高强度。加入的量必须严格控制，Mo元素虽然对强度贡献极大，甚至远远大于C、Mn等元素，但对冲击韧性的恶化也是非常明显的，故钼铁的加入量一般控制在2.3～2.7％。

铁粉：加入可提高焊接的熔敷效率同时还能起到一定的稳定电弧的作用。

电解锰：加入可起到脱硫脱氧的作用，还可以向焊缝过渡锰元素，提高焊缝强度。根据熔敷金属成分要求，加入比例为6～8％。

加入纯碱和海藻酸钠是为了保证生产、改善压涂性能，加入量为2.5～3.0％。

有益效果：

本发明焊条生产工艺性能优良，电弧稳定、基本无飞溅，脱渣性良好，焊缝成型美观，全位置操作性能优良。熔敷金属中合金元素控制恰当，各项力学性能良好，尤其是立焊-40℃低温冲击功能达到90J以上。本发明焊条立焊位置大线能量(30-35KJ/cm)条件下具有优良的低温冲击韧性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本发明焊条采用的药皮以碳酸盐、氟化物和合金为主，同时添加少量的金红石和改善压涂物质。各组分及其质量份数如下：碳酸盐40质量份、氟化物16质量份、金红石7质量份、二氧化硅10质量份、镍粉7.5质量份、钼铁2.3质量份、电解锰6.5质量份、铁粉10质量份、纯碱0.8质量份、海藻酸钠1.8质量份、石墨0.12质量份。

熔敷金属成分为：C：0.065％、Mn：1.32％、Si：0.20％、S：0.005％、P：0.008％、Cr：0.04％、Ni：2.83％、Mo：0.63％、Cu：0.016％。

将上述原材料混合均匀，加入占固体组分质量含量21-23wt％的20℃条件下的钾钠比例为1:1的水玻璃，波美密度为41～42Be，进行湿混。采用专用H08GX焊芯在油压式焊条生产设备上进行焊条制备。

实施例2

其它与实施例1相同，但是药皮质量份数组成如下：碳酸盐42质量份、氟化物15质量份、金红石7.5质量份、二氧化硅11质量份、镍粉6质量份、钼铁2.5质量份、电解锰8质量份、铁粉8质量份、纯碱1.0质量份、海藻酸钠2.0质量份、石墨0.10质量份。

实施例3

其它与实施例2相同，但是药皮质量份数组成如下：碳酸盐41质量份、氟化物16质量份、金红石5.5质量份、二氧化硅12质量份、镍粉6质量份、钼铁2.7质量份、电解锰7质量份、铁粉8.5质量份、纯碱1.0质量份、海藻酸钠2.0质量份、石墨0.15质量份。

实施1-3的水电用790MPa级高强高韧性钢用焊条，采用直流反接焊接时(母材采用790MPa级钢材)电弧稳定、基本无飞溅，脱渣性良好，全位置焊接性能优良，焊缝成型美观，焊道高度适中。熔敷金属力学性能为：屈服强度Rp0.2：725Mpa，抗拉强度Rm：812Mpa，延伸率A：19.5％，立焊位置大线能量(35KJ/cm)-40℃冲击值为93J。

Claims (8)

1.一种水电用790MPa级高强高韧性焊条，由低硫、磷焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，该药皮包括碳酸盐40～42质量份、氟化物15～18质量份、金红石4.5～7.5质量份、二氧化硅10～12质量份、镍粉6～8质量份、钼铁2.3～2.7质量份、电解锰6～8质量份、铁粉8～10质量份、纯碱0.5-1.0质量份、海藻酸钠1.5～2.0质量份、石墨0.10～0.15质量份；所述碳酸盐中CaCO3≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为-30目100％、-40目≥97％、-170目≤70％；氟化物中CaF2≥96％、SiO2≤3.0％、C≤0.08％、S≤0.03％、P≤0.03％，颗粒度要求为-30目100％、-40目≥97％、-170目≤70％；金红石中TiO2≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，粒度要求为-40目100％、-160目≤30％；二氧化硅中Si 42-47％、C≤0.50％、S≤0.020％、P≤0.040％，颗粒度要求为-30目100％、-40目≥98％、-200目≤20％；镍粉中Ni≥99.5％、C≤0.020％、S≤0.003％、P≤0.003％，颗粒度要求为-40目100％、-170目≤35％；钼铁中Mo 55.0-60.0％、Si≤1.0％、C≤0.20％、S≤0.050％、P≤0.080％，颗粒度要求为-30目100％，-170目≤50％；电解锰中Mn≥99.5％、C≤0.08％、S≤0.10％、P≤0.010％、Se+Si+Fe≤0.310％,颗粒度要求为-30目100％、-40目≥98％、-170目≤50％；铁粉中ΣFe≥97％、Si≤0.20％、C≤0.10％、S≤0.020％、P≤0.020％，松装密度3.0±0.10g/cm3，颗粒度要求为-30目100％、-40目≥98％、-170目≤20％；纯碱中Na2CO3≥99％、NaCl≤0.7％，颗粒度要求为-30目100％、-40目≥98％；海藻酸钠中Na2O 9.5-13.0％、P≤0.050％、灰分20.0-30.0％，颗粒度要求为-100目100％；石墨中固定碳≥90.0％、S≤0.05％、失重率≤2.0％，颗粒度要求为-200目100％。

2.根据权利要求1所述的水电用790MPa级高强高韧性焊条，其特征在于：所述焊芯为H08GX焊芯盘条。

3.根据权利要求2所述的水电用790MPa级高强高韧性焊条，其特征在于：所述H08GX焊芯盘条直径偏差±0.4mm，盘条椭圆度≤0.5mm。

4.根据权利要求2所述的水电用790MPa级高强高韧性焊条，其特征在于：所述H08GX焊芯组成成分为C≤0.10、Mn：0.30～0.55％、Si≤0.08％、S≤0.005％、P≤0.015％、Cu≤0.20％、As≤0.007％、Al≤0.030％。

5.根据权利要求1-4任一所述的水电用790MPa级高强高韧性焊条，其特征在于：所述碳酸盐为40质量份、氟化物为16质量份、金红石为7质量份、二氧化硅为10质量份、镍粉为7.5质量份、钼铁为2.3质量份、电解锰为6.5质量份、铁粉为10质量份、纯碱为0.8质量份、海藻酸钠为1.8质量份、石墨为0.12质量份。

6.根据权利要求1-4任一所述的水电用790MPa级高强高韧性焊条，其特征在于：所述碳酸盐为42质量份、氟化物为15质量份、金红石为7.5质量份、二氧化硅为11质量份、镍粉为6质量份、钼铁为2.5质量份、电解锰为8质量份、铁粉为8质量份、纯碱为1.0质量份、海藻酸钠为2.0质量份、石墨为0.10质量份。

7.根据权利要求1-4任一所述的水电用790MPa级高强高韧性焊条，其特征在于：所述碳酸盐为41质量份、氟化物为16质量份、金红石为5.5质量份、二氧化硅为12质量份、镍粉为6质量份、钼铁为2.7质量份、电解锰为7质量份、铁粉为8.5质量份、纯碱为1.0质量份、海藻酸钠为2.0质量份、石墨为0.15质量份。

8.一种权利要求1至7任一权利要求所述的水电用790MPa级高强高韧性焊条的制备方法，包括以下步骤：

①将药皮粉料拌混合均匀；

②加入占固体组分质量含量21-23wt％的20℃条件下的钾钠比例为1:1的水玻璃，波美密度为41～42Be，进行湿混；

③采用H08GX焊芯在油压式焊条生产设备上进行焊条制备。