CN106670679B - 高拉伸强度j507焊条及其制备方法 - Google Patents

高拉伸强度j507焊条及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种高拉伸强度J507焊条及其制备方法。高拉伸强度J507焊条，其药皮由以下重量份成分组成：大理石29～31份；萤石29～31份；钛白粉1.5～2.5份；Na2CO30.5～1.5份；锰铁粉3～5份；硅铁2～3份；钛铁9～11份；石英6～8份。本发明高拉伸强度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焊条拉伸应力值高，其焊缝拉伸强度大于母材，外观整体均匀，表面无气泡。

Description

高拉伸强度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，具体涉及一种高拉伸强度J507焊条及其制备方法。
背景技术
碱性焊条由于熔渣的碱度高，对提高焊缝韧性极为有利，焊缝的扩散氢含量低，故各种高强钢焊条、低温钢焊条均为碱性焊条，适于大刚性结构和厚板的焊接。J507焊条是典型的低氢钠型碱性焊条，可以焊接结构钢材中典型的Q235、Q245R、Q345R等钢材。目前市面上常用的J507焊条的不足之处是焊接工艺性能不如酸性焊条好，主要表现在焊波较粗、焊道呈凸形，有的不适于交流电源，再引弧性能不好等问题。随着工业技术的迅猛发展，高强钢的应用日益广泛，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。
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)。焊接材料的优劣，不仅直接影响焊接接头的质量，还会影响到焊接生产率、产品成本及焊工的身体健康等。针对一般焊接受力较大或受动载荷的钢结构的焊接问题，提高J507焊条的力学性能尤其是抗拉强度、改善工艺性能，制备出一种综合性能好的J507焊条十分必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种拉伸强度高的J507焊条。
本发明高拉伸强度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，上述高拉伸强度J507焊条，其中所述药皮由以下重量份成分组成：
上述高拉伸强度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拉伸强度J507焊条的制备方法。
上述高拉伸强度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。
上述高拉伸强度J507焊条的制备方法，其中b步骤中焊芯的直径为3.2mm。
上述高拉伸强度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，上述高拉伸强度J507焊条的制备方法，其中f步骤中焊条在350℃下烘干2h。
本发明高拉伸强度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，其焊缝拉伸强度大于母材。
附图说明
图1为板状拉伸试样的主视图；
图2为板状拉伸试样的左视图。
具体实施方式
本发明高拉伸强度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，上述高拉伸强度J507焊条，其中所述药皮由以下重量份成分组成：
上述高拉伸强度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。
上述高拉伸强度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。
上述高拉伸强度J507焊条的制备方法，其中b步骤中焊芯的直径为3.2mm。
上述高拉伸强度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，上述高拉伸强度J507焊条的制备方法，其中f步骤中焊条在350℃下烘干2h。
焊接接头的抗拉强度值可以反应接头最大均匀塑性变形的抗力，拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀一致的，但是超出最大拉应力值后，金属开始出现缩颈现象，产生集中变形。
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拉伸强度性能优于其他配比：大理石29～31份；萤石29～31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9～11份；石英6～8份，尤其是选择大理石30份；萤石30份；钛白粉2份；Na2CO3 1份；锰铁粉4份；硅铁2.5份；钛铁10份；石英7份的时候，其得到的焊条拉伸性能最好。
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：以下仅选取了大量实验中最具有代表性的几组实验，以证明本发明选择的焊条药皮配方具有更好的性能，尤其是拉伸强度。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2H08A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
4、湿混：逐渐加入适量粘结剂，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350℃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组都符合使用要求。
三、拉伸测试
1、拉伸试样从焊接接头垂直于焊缝轴线方向截取，试样表面焊缝的余高用砂轮打磨去除，使之与母材平齐。试样的受试长度内没有横向刀痕和划痕。拉伸试样的形状如图1(主视图)和图2(左视图)所示。
试样厚度大于2mm时，b取值25mm，即头部宽度为37mm，总长度L取值100mm。
拉伸试验在万能试验机上进行。除焊缝拉伸试验，同时取一段母材做拉伸。
2、试验结果
表4拉伸试样载荷最大值和应力最大值
J507焊条的拉伸应力大概在490到580MPa左右，从表4可以看出，焊条S1的最大值(拉伸应力)为616.34MPa，该配方焊条的拉伸性能最好。

Claims (6)

1.高拉伸强度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：H08A作为焊芯，所述药皮由以下重量份成分组成：
2.根据权利要求1所述高拉伸强度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％。
3.权利要求1或2所述高拉伸强度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。
4.根据权利要求3所述高拉伸强度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。
5.根据权利要求3所述高拉伸强度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。
6.根据权利要求3所述高拉伸强度J507焊条的制备方法，其特征在于：f步骤中焊条在350℃下烘干2h。
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