CN106425167A - 高硬度j507焊条及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种高硬度J507焊条及其制备方法。高硬度J507焊条，其药皮由以下重量份成分组成：大理石39～41份；萤石13～15份；钛白粉1.5～2.5份；Na2CO3 0.5～1.5份；锰铁粉3～5份；硅铁2～3份；钛铁14～16份；石英6～8份。本发明高硬度J507焊条，通过合理配置原材料和药皮组成成分，加上特制的工艺和检验方法，使得本发明J507焊条硬度高，外观整体均匀，表面无气泡。

Description

高硬度J507焊条及其制备方法
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种高硬度J507焊条及其制备方法。
背景技术
随着工业技术的迅猛发展，高强钢的应用日益广泛，制造高质量的焊接结构，不仅要选择焊接性优良的母材，同时必须具有优质的焊接材料(包括焊条、焊剂、焊丝和保护气体)。压力容器、锅炉、船舶、重型机械等重要结构对焊缝的综合机械性能的要求日益提高，这样对碱性焊条的利用率也日益增长。但由于碱性焊条的工艺性能差，使得其在应用上受到很大的限制。
另外，硬质合金与钢焊接时，由于硬质合金和钢热膨胀系数的差异很大，焊接时产生的热应力易于使焊接接头产生裂纹或开裂，因而就需要制备梯度硬质合金，再将硬质合金高的一侧与钢进行焊接。但如果焊缝的硬度不高，硬质合金与焊缝界面组织容易开裂，使结合部位强度降低。
J507焊条是焊缝中含氢量低的低氢钠型焊条，因为它的熔渣呈碱性，所以它是一种碱性焊条，可以焊接结构钢材中典型的Q235、Q245R、Q345R等钢材，其抗拉强度相对于E4315普通焊条大得多，所以一般焊接受力较大或受动载荷的钢结构。但现有J507焊条焊后焊缝硬度不够高，还不能满足高硬度部件的焊接要求，
发明内容
本发明所要解决的技术问题是通过调整焊条药皮的化学成份，提供一种高硬度的J507焊条。
本发明高硬度J507焊条，由焊芯和附着在焊芯上的药皮两部分组成，其中所述药皮由以下重量份成分组成：
进一步的，上述高硬度J507焊条，其中所述药皮由以下重量份成分组成：
上述高硬度J507焊条，其中所述大理石中CaCO3含量＞97wt％，P含量＜0.037wt％，S含量＜0.037wt％；
所述萤石中CaF2含量＞90wt％，粒度为120目；
所述硅铁中硅含量≥75％，粒度为80目；
所述钛白粉为锐钛矿型钛白粉，其中TiO2含量≥91.0wt％；
所述锰铁粉为低碳锰铁粉FeMn84C0.4，其中C含量≤0.4wt％，Si含量为0.1～0.2wt％，P为0.15～0.3wt％，S＜0.002wt％，粒度为100目；
所述石英粉粒度为200目，其中含硅量≥99.7wt％，含铁量80～100ppm，水分≤0.05wt％；
所述钛铁粉选用FeTi30-A型，其中Ti含量为25～35wt％，Al含量为8wt％，Si含量为8wt％，Mn含量为2.5wt％。
本发明还提供一种高硬度J507焊条的制备方法。
上述高硬度J507焊条的制备方法，包括以下步骤：
a、配料：按照药皮中各成分进行称量，待用；
b、焊芯准备：将焊芯表面打磨，去掉表面氧化皮，待用；
c、干混：将a步骤称量好的药皮成分混匀；
d、湿混：将c步骤混匀后的物料中加入粘结剂，搅拌，混匀，得到湿粉团；
e、压制：将d步骤得到的湿粉团放入压制机中沿焊芯长度方向均匀压敷，使湿粉团黏贴在焊芯上，晾晒24小时；
f、烘干：将e步骤晾干的焊条，在250～350℃下烘干1.5～2.5h，即得。
上述高硬度J507焊条的制备方法，其中b步骤中焊芯的直径为3.2mm。
上述高硬度J507焊条的制备方法，其中d步骤中所述粘结剂是由45波美度、模数M＝2.9的水玻璃与5wt％丙烯酸甲酯混合后制备而成。
进一步的，上述高硬度J507焊条的制备方法，其中f步骤中焊条在300℃下烘干2h。
本发明高硬度J507焊条，通过合理配置原材料和药皮组成成分，加上特制的粘结剂和制作工艺及检验方法，使得本发明J507焊条药皮附着力强，不易脱落，外观整体均匀，表面无气泡。焊接性能好，飞溅小，焊缝成形美观，焊后检测焊缝硬度高。
具体实施方式
本发明高硬度J507焊条，由焊芯和附着在焊芯上的药皮两部分组成，其中所述药皮由以下重量份成分组成：
进一步的，上述高硬度J507焊条，其中所述药皮由以下重量份成分组成：
上述高硬度J507焊条，其中所述大理石中CaCO3含量＞97wt％，P含量＜0.037wt％，S含量＜0.037wt％；
所述萤石中CaF2含量＞90wt％，粒度为120目；
所述硅铁中硅含量≥75％，粒度为80目；
所述钛白粉为锐钛矿型钛白粉，其中TiO2含量≥91.0wt％；
所述锰铁粉为低碳锰铁粉FeMn84C0.4，其中C含量≤0.4wt％，Si含量为0.1～0.2wt％，P为0.15～0.3wt％，S＜0.002wt％，粒度为100目；
所述石英粉粒度为200目，其中含硅量≥99.7wt％，含铁量80～100ppm，水分≤0.05wt％；
所述钛铁粉选用FeTi30-A型，其中Ti含量为25～35wt％，Al含量为8wt％，Si含量为8wt％，Mn含量为2.5wt％。
焊接材料包括焊条和焊丝，其中①在中国，焊接材料仍以焊条为主，其应用比例仍高达70％以上；②该焊接材料目的是提高焊缝的硬度、耐磨性和抗裂性，特别是应用于焊缝应力集中区域的焊缝，这些焊缝往往是不规则的；③焊条制作方法简单灵活，数量可多可少，在熔敷金属化学成分调试阶段，焊条是最佳的选择。由于焊条其熔敷金属在冷却到较低的温度后(在350℃以下)才发生相变，所以本发明焊条又名低相变点焊条。
焊条由焊芯和附着在其上的药皮两部分组成，焊条药皮与焊芯重量之比称为药皮的重量系数。一般酸性药皮焊条的重量系数约为35％，碱性药皮略低于此值，而堆焊焊条则较高，可在160％左右。利用厚的药皮可过渡大量合金元素，也有用重量系数为1％～20％的薄皮焊条，药皮仅起引弧、稳弧作用。
(1)焊芯
焊芯的化学成分和性能直接影响焊缝金属的性能与质量，考虑到碳的含量越高，则焊缝出现气孔和裂纹的倾向越大，当碳含量大于0.1％～0.14％时，就可能引起碳的严重偏析，并易产生结晶裂纹，使焊缝的冲击韧性和塑性急剧下降，同时因碳氧化会产生大量一氧化碳而很易引起飞溅，或留在焊缝中形成气孔。所以，本发明采用成本低廉，成分稳定可靠的普通低碳钢H08A作为焊芯。H08A焊芯碳含量小于0.10％，确保焊后焊缝力学性能良好。
锰是很好的脱氧剂和掺合金剂，有脱硫作用。实验证明，在焊接低碳钢的条件下，锰含量为0.5％左右时脱氧效果最佳。因此“H08A”焊丝中锰含量控制在0.30％～0.55％之间。
硅是一种强烈的还原剂，在焊接过程中能生成SiO2，增加熔渣的酸度与黏度，使焊缝中易产生气孔和夹渣，并且焊芯中硅含量增高可增加电阻率，使焊条在焊接易于发红，影响焊接质量，因此在焊丝中要求含硅量越低越好，“H08A”焊丝控制在0.03％以下。
硫、磷都是有害杂质，它不但能降低钢的性能，而且还会使焊缝产生气孔和裂纹，因此须严加限制。“H08”和“H08A”焊丝硫磷含量分别控制在0.04％和0.03％以下。
由于冶炼和脱氧方法的不同，往往在焊芯中混入某些非金属夹杂物，如Si02等，若这些夹杂物的数量足够大时，对焊条的导电性、稳弧性也会有一定的影响。
根据焊条大小和类型不同，焊芯在制造焊条时均切成一定的标准长度，可查阅有关规定，焊芯长度允许偏差为±2mm，焊芯直径允许偏差为±0.05mm。
(2)焊条药皮
黏结在焊芯上各种粉料和黏结剂的混合物称为药皮，未涂挂之前的混合物称为涂料，一般的涂料焊条中都需考虑加入10种左右的组成物起到以上作用，但可看出某些组成物能起多种作用，如大理石可以稳弧、造气和造渣。耐磨堆焊焊条的特点一般是要求堆焊金属中有较高的含碳量。所以在药皮配方中加入5％～6％以上石墨(碳)后，无需加入其它矿石粉、有机物等，它能起到稳弧、造气、脱氧、增塑等作用。
上述高硬度J507焊条的制备方法，包括以下步骤：
a、配料：按照药皮中各成分进行称量，待用；
b、焊芯准备：将焊芯表面打磨，去掉表面氧化皮，待用；
c、干混：将a步骤称量好的药皮成分混匀；
d、湿混：将c步骤混匀后的物料中加入粘结剂，搅拌，混匀，得到湿粉团；
e、压制：将d步骤得到的湿粉团放入压制机中沿焊芯长度方向均匀压敷，使湿粉团黏贴在焊芯上，晾晒24小时；
f、烘干：将e步骤晾干的焊条，在250～350℃下烘干1.5～2.5h，即得。
上述高硬度J507焊条的制备方法，其中b步骤中焊芯的直径为3.2mm。
上述高硬度J507焊条的制备方法，其中d步骤中所述粘结剂是由45波美度、模数M＝2.9的水玻璃与5wt％丙烯酸甲酯混合后制备而成。
进一步的，上述高硬度J507焊条的制备方法，其中f步骤中焊条在300℃下烘干2h。
显微硬度测试试验采用静力压入法，压头是一个极小的金刚石角锥体，在测试硬度时，要根据组织的分布来确定每个区的硬度分布。
目前由于碱性焊条的工艺性能较差，而其工艺性能主要决定于焊条药皮的组成，因此，为了更好的研究药皮中各个成分及其配比对焊条的某一或某些性能的影响，本发明发明人通过大量实验对药皮成分进行了研究发现，当焊条药皮的组成在以下范围时硬度优于其他配比：大理石39～41份；萤石13～15份；钛白粉1.5～2.5份；Na2CO3 0.5～1.5份；锰铁粉3～5份；硅铁2～3份；钛铁14～16份；石英6～8份，尤其是选择大理石40份；萤石14份；钛白粉2份；Na2CO3 1份；锰铁粉4份；硅铁2.5份；钛铁15份；石英7份的时候，其得到的焊条硬度值最高。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
一、焊条制备
1、配料：参考E5015铸铁焊条的配方，用天平和小勺称量，在大量实验中选取最具有代表性的实验，以证明本发明选择的焊条药皮配方具有更好的硬度性能。具体试验参数如表1所示；
表1焊条中药皮成分配方
2、焊芯处理：用砂布打磨直径为Φ3.2低碳钢H08A的焊芯表面的氧化皮，焊芯化学成分见表2所示；
表2 H08A焊芯化学成分(/wt％)
化学成分 C Si Mn P S Ni Cr
焊芯H08A ≤0.10 ≤0.03 0.30～0.55 ≤0.03 ≤0.03 ≤0.30 ≤0.20
3、干混：将称出的各药粉混在一起轻轻搅拌至均匀为止，要求不得出现块状，粒状；
4、湿混：逐渐加入适量粘结剂，用轻轻搅拌，直到可以形成面团使之混合均匀；
5、压制：将湿混好的湿粉团放入压制机中使之沿焊芯长度方向均匀涂敷，再用双手使焊芯在玻璃板上轻轻滚动，使药皮逐渐牢固粘在焊芯上；将压制好的焊条放置24小时，使之晾干；
6、烘干：将晾干的焊条，放进电热干燥箱内在300℃烘干2小时，即得。
二、焊条外观质量检验
焊条外观质量不仅直接反应焊条制造的综合技术水平，还直接影响焊条的使用性能和焊接质量。焊条偏心度是指焊条断面药皮中心的偏移。焊条偏心度的计算方法：
式中：T1－－焊条断面药皮最大厚度+焊芯直径(mm)；
T2－－焊条断面药皮最小厚度+焊芯直径(mm)；
用游标卡尺测量焊条的直径T，最大的记作T1，最小的记作T2，具体测试数据见表3所示：
表3焊条偏心率计算
经观察：①焊条的外观整体比较均匀；
②焊条表面有气泡，在制作焊条时要注意均匀的覆盖药皮；
③每根焊条大小不一，手工制作有误差；
④J507焊条时低氢钠型药皮的碳钢焊条，由上可知其偏心率要小于4mm，上述S1～S4组都复合使用要求。
三、硬度测定
1、硬度测定的实验步骤：
①先对试样进行校正，先将标准试样放到载物台，然后调整升降丝杆，用镜头观察到清晰的位置；
②把镜头换成压头，设定标准试样的标准压力、时间，然后压下；
③把压头切换成镜头观察是否有清晰菱形，如果不清晰，调整到清晰；
④用调整镜头的中的两根线，使他们在菱形的最左端，使读数归0，然后移动其中一根线，让两根线在菱形的两端，最后确定按钮，读出试样的读数；
⑤观察标准试样读数是否与标签上的是否一样，一样就开始测定需要测的试样，如果不一样，就再进行调整。
2、测试数据
本次试验测试的力学性能指标为硬度，采用的硬度测试设备为华银HV-1000A维氏显微硬度计。试样尺寸不可太大，最高高度不超过65mm，最大宽度不超过85mm。测试硬度时的参数设置如下表4所示。
表4硬度计参数设置
压力/kg 保压时间/s 放大倍数
10 15 20X
每条焊缝上取三个试样，母材上取二个试样，每个试样测试5次，由于试样与压头有一个接触后达到平稳的过程，所以每个试样的第一个硬度点忽略，取后四次硬度值的平均值作为最终数据。母材的处理方法与焊缝试样相同。焊接接头和母材的硬度试验数据如表5所示：
表5硬度值(/HV)
编号 焊缝试样1 焊缝试样2 焊缝试样3 焊缝平均值 母材试样1 母材试样2
S1 244.3 217.7 229.5 230.5 158.7 155.4
S2 195.7 188.9 200.2 194.9 153.8 150.9
S3 201.4 184.7 188.9 191.66 154.6 153.7
S4 226.0 222.3 214.8 221.03 153.6 152.4
从表5中可以看出，焊缝的硬度基本在190HV左右，但是S1组焊条焊缝的硬度平均值高达230.5HV；母材的硬度大概在150HV左右；焊缝硬度大于母材硬度；配方S1的硬度最大，该种焊条焊后材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力强。

Claims (7)

1.高硬度J507焊条，由焊芯和附着在焊芯上的药皮两部分组成，其特征在于，所述药皮由以下重量份成分组成：
2.根据权利要求1所述高硬度J507焊条，其特征在于：所述药皮由以下重量份成分组成：
3.根据权利要求1或2所述高硬度J507焊条，其特征在于：所述大理石中CaCO3含量＞97wt％，P含量＜0.037wt％，S含量＜0.037wt％；
所述萤石中CaF2含量＞90wt％，粒度为120目；
所述硅铁中硅含量≥75％，粒度为80目；
所述钛白粉为锐钛矿型钛白粉，其中TiO2含量≥91.0wt％；
所述锰铁粉为低碳锰铁粉FeMn84C0.4，其中C含量≤0.4wt％，Si含量为0.1～0.2wt％，P为0.15～0.3wt％，S＜0.002wt％，粒度为100目；
所述石英粉粒度为200目，其中含硅量≥99.7wt％，含铁量80～100ppm，水分≤0.05wt％；
所述钛铁粉选用FeTi30-A型，其中Ti含量为25～35wt％，Al含量为8wt％，Si含量为8wt％，Mn含量为2.5wt％。
4.权利要求1～3任一项所述高硬度J507焊条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、配料：按照药皮中各成分进行称量，待用；
b、焊芯准备：将焊芯表面打磨，去掉表面氧化皮，待用；
c、干混：将a步骤称量好的药皮成分混匀；
d、湿混：将c步骤混匀后的物料中加入粘结剂，搅拌，混匀，得到湿粉团；
e、压制：将d步骤得到的湿粉团放入压制机中沿焊芯长度方向均匀压敷，使湿粉团黏贴在焊芯上，晾晒24小时；
f、烘干：将e步骤晾干的焊条，在250～350℃下烘干1.5～2.5h，即得。
5.根据权利要求4所述高硬度J507焊条的制备方法，其特征在于：b步骤中焊芯的直径为3.2mm。
6.根据权利要求4所述高硬度J507焊条的制备方法，其特征在于：d步骤中所述粘结剂是由45波美度、模数M＝2.9的水玻璃与5wt％丙烯酸甲酯混合后制备而成。
7.根据权利要求4所述高硬度J507焊条的制备方法，其特征在于：f步骤中焊条在300℃下烘干2h。
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