CN107127480B - 一种用于海工齿条钢q690焊接的低合金钢焊条 - Google Patents

一种用于海工齿条钢q690焊接的低合金钢焊条 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于海工齿条钢Q690焊接的低合金钢焊条，由焊芯与药皮组成；所述药皮由以下按照质量百分比的原料组成：萤石15～25％，硅微粉2～5％，金红石3～6％，铁粉6～12％，CMC 0.3～0.7％，纯碱0.5～0.8％，海藻酸盐0.5～0.7％，锰合金、铬合金、钼合金的混合物7～10％，镍粉6～7％，余量为大理石。所述焊芯由以下按照质量百分比的成分组成：C≤0.10％、Mn 0.35～0.60％、Si≤0.03％、Cr≤0.20％、Ni≤0.30％、S≤0.010％、P≤0.015％、Cu≤0.20％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明满足海工齿条钢Q690配套低合金钢焊条化学成分要求，并使熔敷金属保持高强度、使低温冲击韧性得到改善，焊条表面光滑，成品率高，偏心稳定；焊条全位置焊接性能优良。

Description

一种用于海工齿条钢Q690焊接的低合金钢焊条
技术领域
本发明涉及焊接材料，具体是一种用于海工齿条钢Q690焊接的低合金钢焊条。
背景技术
海工装备桩腿齿条钢均为大厚度，最大厚度可达210mm，材料具有优良的抗层状撕裂性能。因此，对焊接接头的抗层状撕裂性能提出了相应的要求，为了保证接头的抗层状撕裂性能，要求配套焊材的S、P含量尽可能低；另外，桩腿现场组装焊时，工作环境较为恶劣，大气湿度很大，对控制接头的扩散氢提出了严苛的要求，对配套焊材的氢含量要严格控制。
海工装备桩腿齿条钢配套焊材的熔敷金属力学性能(焊态)要求如下：Rm：830-930MPa(抗拉强度)、Re：≥690MPa(屈服强度)、A5 d：≥17％(延伸率)、夏比冲击功KV-40℃：≥69J(平均值)，≥47J(单个值)。从性能要求分析，不仅强度要求高，而且对低温冲击性能提出了极高的要求。
海工装备对安全性和可靠性提出了极高的要求，而桩腿是自升式平台最关键的焊接结构。因此，对焊接接头的可靠性要求极高，故配套焊材的质量必须保证，从而对批量生产的稳定性提出了严格的要求。
现有Mn-Ni-Cr-Mo体系的用于焊接85kg级低合金钢结构的焊条，强度较高，-40℃冲击功富余量不足，此外，焊接工艺上电弧不够稳定。故需开发一种新型的可用于海工齿条钢Q690的低合金钢焊条。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于海工齿条钢Q690焊接的低合金钢焊条，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于海工齿条钢Q690焊接的低合金钢焊条，由焊芯与药皮组成；所述药皮由以下按照质量百分比的原料组成：萤石15～25％，硅微粉2～5％，金红石3～6％，铁粉6～12％，CMC 0.3～0.7％，纯碱0.5～0.8％，海藻酸盐0.5～0.7％，锰合金、铬合金、钼合金的混合物7～10％，镍粉6～7％，余量为大理石。
作为本发明进一步的方案：所述锰合金、铬合金、钼合金的混合物中，锰合金、铬合金与钼合金的质量比为1～99∶1～99∶1～99。
作为本发明进一步的方案：大理石中CaCO3≥96％；萤石中CaF2≥96％；金红石中TiO2≥95％；铁粉中Fe≥99％，纯碱中Na2CO3≥99％，镍粉中Ni≥99.5％；CMC中NaCl≥7％、H2O≤2％；海藻酸盐中Na2O：9.5～13.0％。
作为本发明进一步的方案：所述焊芯由以下按照质量百分比的成分组成：C≤0.10％、Mn 0.35～0.60％、Si≤0.03％、Cr≤0.20％、Ni≤0.30％、S≤0.010％、P≤0.015％、Cu≤0.20％，余量为Fe及不可避免的杂质。
作为本发明进一步的方案：将药皮中各原料的粉料按质量百分比混合均匀后，加入所有原料总质量15-25％的钾钠水玻璃作粘结剂，搅拌混合均匀；然后送入压条机内将其裹覆于焊芯上，再经低温80～100℃烘焙2～3小时、高温360～380℃烘焙1～1.5小时即得低合金钢焊条。
作为本发明进一步的方案：粘结剂浓度为41～43°Be’。
作为本发明进一步的方案：所述低合金钢焊条焊接后熔敷金属化学成分的重量百分比含量分别为：C≤0.1％、Si：0.30～0.60％、Mn：1.4～1.7％、P≤0.020％、S≤0.012％、Cu≤0.10％、Ni：2.20～2.60％、Cr：0.30～0.50％、Mo：0.40～0.60％、Nb≤0.02％、V≤0.03％，余量为铁及不可避免的杂质。
所述低合金钢焊条焊缝焊态熔敷金属性能：抗拉强度Rm(MPa)：830～930，屈服强Rp0.2(MPa)：≥690，伸长率A(％)：≥17，-40℃冲击功KV(J)：平均值≥69J、单值≥47J。
本发明在现有渣系基础上进一步调整药皮成分配比，尤其是大理石/萤石比，并适当添加稳弧剂，提高电弧稳定性，满足全位置焊接，尤其是横、立焊位置。
本发明药皮原料中各成分的主要作用如下：
焊条中使用大理石，在电弧热的作用下分解成CaO和CO2是焊条制造中极常用的造渣造气材料，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。
萤石可以调整熔渣的熔点和粘度，增加熔渣的流动性，活化熔池，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，应该合理控制比例。
金红石的主要作用是稳定电弧、造渣，调整熔渣的表面张力、粘度、流动性等物理性能，改善提高脱渣性能，改善焊缝成型，减少飞溅等。
纯碱、CMC、海藻酸盐的加入是为了稳弧及改善焊条的压涂性能。
锰合金、铬合金、钼合金混合物及镍粉作为合金剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在现有Mn-Ni-Cr-Mo合金体系基础上，提高Cr含量、降低Mn、Ni、Mo含量，以满足海工齿条钢Q690配套低合金钢焊条化学成分要求，并使熔敷金属保持高强度、使低温冲击韧性得到改善。本发明的焊条，性能优良，焊条表面光滑，成品率高，偏心稳定；直流反接焊接时电弧稳定、飞溅小，脱渣性良好，焊条全位置焊接性能优良；焊缝成型美观，熔敷金属理化性能适中。
本发明具有以下特点：
1、渣系不完全相同，本渣系具有更好的焊接工艺，尤其是电弧稳定性；Mn-Ni-Cr-Mo合金配比不同，熔敷金属保持高强度的同时具有更好的冲击韧性；
2、解决焊态熔敷金属具有良好的强韧性配比问题，尤其是保证高强度的同时，-40℃冲击功数据稳定；
3、改动渣系，有效改善焊接工艺，尤其是电弧稳定性，使焊条更适应于全位置焊接，同时保持高的药皮碱度以净化焊缝；调整合金配比，提高Cr含量、降低Mn、Ni、Mo含量，增加熔敷金属塑性及韧性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例中，一种用于海工齿条钢Q690焊接的低合金钢焊条，由焊芯与药皮组成。
取药皮各成分粉料：大理石400g、萤石190g、硅微粉40g、金红石35g、铁粉100g、CMC5g、纯碱5g、海藻酸盐6.5g、锰合金、铬合金、钼合金的混合物86g、镍粉60g。
将上述粉料混合均匀后，加入浓度为42°的钾钠水玻璃190g搅拌混合均匀，送入条压机内按常规方法将其裹覆于低S、P含量的优质焊芯上，再经低温95℃烘焙2小时、高温360℃烘焙1.5小时，即得低合金钢焊条。
采用155-165A电流，采用板厚20mm母材为Q345B的试板，试板坡口10°，试板坡口经本实施例所得的焊条堆边，堆边厚度≥3mm，根部间隙16mm，平焊位置施焊。
将本实施例所得的焊条(直流反接焊接)进行焊接试验，电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好，焊缝成形美观。
焊条的熔敷金属化学成分的重量百分比含量分别为(wt％)：C：0.06％、Mn：1.67％、Si：0.32％、S：0.003％、P：0.008％、Ni：2.26％、Mo：0.46％、Cr：0.42％、Cu：0.020％、V：0.012％、Nb：0.005％，余量为铁及杂质。
焊条熔敷金属力学性能为：焊条熔敷金属力学性能见表1。
表1焊条熔敷金属力学性能
实施例2
本发明实施例中，一种用于海工齿条钢Q690焊接的低合金钢焊条，由焊芯与药皮组成。
取药皮各成分粉料：大理石480g、萤石160g、硅微粉30g、金红石50g、铁粉80g、CMC6g、纯碱6g、海藻酸盐6g、锰、铬、钼合金混合物79g、镍粉64g。
将上述粉料混合均匀后，加入浓度为42°的钾钠水玻璃210g搅拌混合均匀，送入条压机内按常规方法将其裹覆于低S、P含量的优质焊芯上，再经低温95℃烘焙2小时、高温360℃烘焙1.5小时，即得低合金钢焊条。
采用155-165A电流，采用板厚20mm母材为Q345B的试板，试板坡口10°，试板坡口经本实施例所得的焊条堆边，堆边厚度≥3mm，根部间隙16mm，平焊位置施焊。
将本实施例所得的焊条(直流反接焊接)进行焊接试验，电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好，焊缝成形美观。
焊条的熔敷金属化学成分的重量百分比含量分别为(wt％)：C：0.04％、Mn：1.65％、Si：0.37％、S：0.002％、P：0.004％、Ni：2.37％、Mo：0.45％、Cr：0.36％、Cu：0.018％、V：0.010％、Nb：0.005％，余量为铁及杂质。
焊条熔敷金属力学性能为：焊条熔敷金属力学性能见表2。
表2焊条熔敷金属力学性能
实施例3
本发明实施例中，一种用于海工齿条钢Q690焊接的低合金钢焊条，由焊芯与药皮组成。
取药皮各成分粉料：大理石450g、萤石220g、硅微粉30g、金红石40g、铁粉60g、CMC4g、纯碱6g、海藻酸盐6g、锰、铬、钼合金混合物85g、镍粉66g。
将上述粉料混合均匀后，加入浓度为42°的钾钠水玻璃230g搅拌混合均匀，送入条压机内按常规方法将其裹覆于低S、P含量的优质焊芯上，再经低温95℃烘焙2小时、高温360℃烘焙1.5小时，即得低合金钢焊条。
采用155-165A电流，采用板厚20mm母材为Q345B的试板，试板坡口10°，试板坡口经本实施例所得的焊条堆边，堆边厚度≥3mm，根部间隙16mm，平焊位置施焊。
将本实施例所得的焊条(直流反接焊接)进行焊接试验，电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好，焊缝成形美观。
焊条的熔敷金属化学成分的重量百分比含量分别为(wt％)：C：0.04％、Mn：1.54％、Si：0.36％、S：0.002％、P：0.003％、Ni：2.44％、Mo：0.44％、Cr：0.47％、Cu：0.021％、V：0.008％、Nb：0.006％，余量为铁及杂质。
焊条熔敷金属力学性能为：焊条熔敷金属力学性能见表3。
表3焊条熔敷金属力学性能
实施例4
本发明实施例中，一种用于海工齿条钢Q690焊接的低合金钢焊条，由焊芯与药皮组成。
取药皮各成分粉料：大理石467g，萤石250g，硅微粉20g，金红石30g，铁粉60g，CMC3g，纯碱5g，海藻酸盐5g，锰合金、铬合金、钼合金的混合物100g，镍粉60g。
将上述粉料混合均匀后，加入浓度为42°的钾钠水玻璃180g搅拌混合均匀，送入条压机内按常规方法将其裹覆于低S、P含量的优质焊芯上，再经低温80℃烘焙2小时、高温380℃烘焙1小时，即得低合金钢焊条。
采用155-165A电流，采用板厚20mm母材为Q345B的试板，试板坡口10°，试板坡口经本实施例所得的焊条堆边，堆边厚度≥3mm，根部间隙16mm，平焊位置施焊。
将本实施例所得的焊条(直流反接焊接)进行焊接试验，电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好，焊缝成形美观。
焊条的熔敷金属化学成分的重量百分比含量分别为(wt％)：C：0.06％、Mn：1.70％、Si：0.39％、S：0.003％、P：0.003％、Ni：2.38％、Mo：0.51％、Cr：0.47％、Cu：0.020％、V：0.012％、Nb：0.005％，余量为铁及杂质。
焊条熔敷金属力学性能为：焊条熔敷金属力学性能见表4。
表4焊条熔敷金属力学性能
实施例5
本发明实施例中，一种用于海工齿条钢Q690焊接的低合金钢焊条，由焊芯与药皮组成。
取药皮各成分粉料：大理石358g，萤石250g，硅微粉50g，金红石60g，铁粉120g，CMC7g，纯碱8g，海藻酸盐7g，锰合金、铬合金、钼合金的混合物70g，镍粉70g。
将上述粉料混合均匀后，加入浓度为42°的钾钠水玻璃180g搅拌混合均匀，送入条压机内按常规方法将其裹覆于低S、P含量的优质焊芯上，再经低温100℃烘焙3小时、高温380℃烘焙1小时，即得低合金钢焊条。
采用155-165A电流，采用板厚20mm母材为Q345B的试板，试板坡口10°，试板坡口经本实施例所得的焊条堆边，堆边厚度≥3mm，根部间隙16mm，平焊位置施焊。
将本实施例所得的焊条(直流反接焊接)进行焊接试验，电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好，焊缝成形美观。
焊条的熔敷金属化学成分的重量百分比含量分别为(wt％)：C：0.05％、Mn：1.66％、Si：0.37％、S：0.002％、P：0.001％、Ni：2.52％、Mo：0.58％、Cr：0.47％、Cu：0.018％、V：0.011％、Nb：0.004％，余量为铁及杂质。
焊条熔敷金属力学性能为：焊条熔敷金属力学性能见表5。
表5焊条熔敷金属力学性能
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种用于海工齿条钢Q690焊接的低合金钢焊条，由焊芯与药皮组成；其特征在于，所述药皮由以下按照质量百分比的原料组成：萤石15～25％，硅微粉2～5％，金红石3～6％，铁粉6～12％，CMC 0.3～0.7％，纯碱0.5～0.8％，海藻酸盐0.5～0.7％，锰合金、铬合金、钼合金的混合物7～10％，镍粉6～7％，余量为大理石。
2.根据权利要求1所述的用于海工齿条钢Q690焊接的低合金钢焊条，其特征在于，所述锰合金、铬合金、钼合金的混合物中，锰合金、铬合金与钼合金的质量比为1～99∶1～99∶1～99。
3.根据权利要求1所述的用于海工齿条钢Q690焊接的低合金钢焊条，其特征在于，大理石中CaCO3≥96％；萤石中CaF2≥96％；金红石中TiO2≥95％；铁粉中Fe≥99％，纯碱中Na2CO3≥99％，镍粉中Ni≥99.5％；CMC中NaCl≥7％、H2O≤2％；海藻酸盐中Na2O：9.5～13.0％。
4.根据权利要求1所述的用于海工齿条钢Q690焊接的低合金钢焊条，其特征在于，所述焊芯由以下按照质量百分比的成分组成：C≤0.10％、Mn 0.35～0.60％、Si≤0.03％、Cr≤0.20％、Ni≤0.30％、S≤0.010％、P≤0.015％、Cu≤0.20％，余量为Fe及不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的用于海工齿条钢Q690焊接的低合金钢焊条，其特征在于，将药皮中各原料的粉料按质量百分比混合均匀后，加入所有原料总质量15-25％的钾钠水玻璃作粘结剂，搅拌混合均匀；然后送入压条机内将其裹覆于焊芯上，再经低温80～100℃烘焙2～3小时、高温360～380℃烘焙1～1.5小时即得低合金钢焊条。
6.根据权利要求1所述的用于海工齿条钢Q690焊接的低合金钢焊条，其特征在于，粘结剂浓度为41～43°Be’。
7.根据权利要求1所述的用于海工齿条钢Q690焊接的低合金钢焊条，其特征在于，所述低合金钢焊条焊接后熔敷金属化学成分的重量百分比含量分别为：C≤0.1％、Si：0.30～0.60％、Mn：1.4～1.7％、P≤0.020％、S≤0.012％、Cu≤0.10％、Ni：2.20～2.60％、Cr：0.30～0.50％、Mo：0.40～0.60％、Nb≤0.02％、V≤0.03％，余量为铁及不可避免的杂质。
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