CN108436322A - 一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝及其应用，包括外皮和药芯，所述外皮为SPCC‑SD冷轧低碳钢钢带；所述药芯包括如下重量份数的组分，金红石100‑250份、硅酸盐20‑60份、钾钠稳弧剂20‑60份﹑氧化镁20‑50份、锆石英10‑50份、氟化物10‑30份﹑硅锰合金150‑280份、金属锰10‑40份、镁粉20‑40份、镍粉70‑120份、钛铁10‑50份、铝铁合金10‑30份、铁粉300‑500份。本发明所述的桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝，适用于Q500qE钢自动化焊接、焊缝质量好、焊接效率高。

Description

一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝及其应用
技术领域
本发明属于平焊或者平角焊焊接材料技术领域，尤其是涉及一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝。
背景技术
我国桥梁钢的发展经历了“低碳钢-低合金钢-高强度钢-高性能钢”的发展过程。到目前为止，我国桥梁用结构钢经历了六个发展阶段：
第一代桥梁钢:A3q和16q钢,屈服强度≥240MPa,抗拉强度≥380MPa,建造南京长江大桥。
第二代桥梁钢:1962年研制成功了低合金16Mnq钢,屈服强度≥345MPa,抗拉强度≥520MPa,即目前被广泛采用的Q345q，建造南京长江大桥。
第三代桥梁钢:为了修建九江长江大桥研究开发了15MnVNq，屈服强度≥420MPa,抗拉强度≥540MPa。
第四代桥梁钢:90年代末，为了修建芜湖长江大桥开发了14MnNbq钢，屈服强度≥370MPa,抗拉强度≥530MPa，改善了焊接性能，2000年，14MnNbq钢纳入桥梁钢国家标准，成为Q370qE钢。
第五代桥梁钢:为了修建南京大胜关长江大桥研究开发了超低碳贝氏体Q420q钢。
近年来，为了满足部分桥梁的设计需要，相关钢厂研究开发了更高强度、高韧性的低碳贝氏体Q500qE钢，屈服强度≥500MPa,抗拉强度≥630MPa，这将是我国第六代桥梁钢。
因此，针对Q500qE钢相应配套焊材要求更为严格，要求在性能上满足抗拉强度≥630MPa，-40℃冲击功≥60J，扩散氢≤5ml/100g等标准，并具有良好的抗裂性。
并且，焊接机械化和自动化成为一个趋势，由焊接机械手和焊接机器人代替手工操作，提高焊接生产水平，改善焊接卫生安全条件。其中可于平焊、平角焊位置焊接的U形肋、板肋单元等结构单元具有相当大的占比。为了能使此部分结构实现自动化焊接，亟需开发一种适用于Q500qE钢平焊、平角焊位置的、且能高效自动化焊接的药芯焊丝。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝，适用于Q500qE钢自动化焊接、焊缝质量好、焊接效率高。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝，包括外皮和药芯，所述药芯包括如下重量份数的组分，金红石100-250份、硅酸盐20-60份、钾钠稳弧剂20-60份﹑氧化镁20-50份、锆石英10-50份、氟化物10-30份﹑硅锰合金150-280份、金属锰10-40份、镁粉20-40份、镍粉70-120份、钛铁10-50份、铝铁合金10-30份、铁粉300-500份。
优选的，所述药芯包括如下重量份数的组分，金红石120-230份、硅酸盐25-55份、钾钠稳弧剂25-55份﹑氧化镁25-45份、锆石英16-45份、氟化物12-26份﹑硅锰合金160-260份、金属锰15-35份、镁粉20-36份、镍粉80-110份、钛铁15-45份、铝铁合金12-26份、铁粉330-460份。
优选的，所述金红石中含有TiO2的质量分数为≥95％；硅酸盐中含有Al2O3的质量分数为55％-65％、SiO2的质量分数为35％-45％；氧化镁中含有MgO的质量分数为≥98％；锆石英中ZrO2的质量分数为≥60％。
优选的，所述镍粉中含有镍的质量分数≥99.5％；铝铁合金中含有Al的质量分数为45％-55％。
优选的，所述氟化物包括氟化钠、氟化稀土中的一种或两种。
优选的，所述外皮为SPCC-SD冷轧低碳钢钢带。
优选的，所述药芯占焊丝总重量的比例为13％～18％；优选的，14％～17％。
优选的，本发明还设计一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝的应用，即采用全自动焊接机对桥梁钢进行平焊或者平角焊位置的焊接。
优选的，所述桥梁钢采用Q500qE材质，U形肋、板肋等结构。
下面是关于组成本发明中药粉中各组分的作用及含量范围的说明。
金红石：本发明中采用的金红石中TiO2含量≥95％。在本发明中主要起造渣剂的作用，随着金红石含量的增加，焊渣的粘稠度也会增加，但同时焊丝的熔敷效率会降低，所以金红石的适宜添加量为100-250份(重量份数)。
硅酸盐：本发明中采用的硅酸盐中含有Al2O3的质量分数为55％-65％、SiO2的质量分数为35％-45％。硅酸盐在本发明中起造渣剂的作用，适量添加会提高熔渣的粘性以及熔渣的凝固速度，但是如果添加过多则会影响力学性能，故适宜添加含量为20-60份。
氧化镁：本发明中采用的氧化镁中含有MgO的质量分数为≥98％。在本发明中起增加熔渣碱度作用，添加过多则会降低熔渣粘性，影响焊接成型。另外适量添加氧化镁，还有缩短电弧、增加焊接熔深的作用。
锆石英：本发明中采用的锆石英中ZrO2的质量分数为≥60％。在本发明中起造渣剂的作用，适量添加与硅酸盐配合使用会更好的提高熔渣的粘性，且会在熔渣较少的情况下具有较为美观的焊接成型。如果添加过多则会影响力学性能。
镍粉：镍是保证熔敷金属低温冲击韧性的主要合金元素。镍可以降低焊缝金属的韧脆转变温度，在一定条件下，随着镍的增加，强度有一定的提高，低温冲击韧性有明显的改善，但是Ni含量过高，会增大熔敷金属的热裂纹倾向。
硅锰合金：主要脱氧剂，可降低焊缝金属的氧含量，同时提高抗拉强度。其加入量过少时，脱氧变差，冲击韧性变差；加入量过高时，则强度过高，冲击韧性降低。
铝铁合金、镁粉：均为强脱氧剂，二者组合、配合使用，可使焊接电弧更稳定，熔渣也具有更高的粘性，有利于焊道成型。
铁粉：铁粉作为一个含量最高的组分添加，其主要目的是加入大量铁粉，能提高焊丝的熔敷效率及熔化系数，在平焊、平角焊位置时实现高效全自动焊接比较有利。
相对于现有技术，本发明所述的一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝，具有以下优势：
1、焊丝执行标准为：GB/T 17493-2008 E620T1-K2C(其中部分要求要高于此标准)；2、为铁粉型药芯焊丝,其药芯组分中以铁粉的组分为最多；3、只适用于平焊、平角焊位置；4、具有较高的的熔敷效率及熔化系数，在平焊、平角焊位置时可实现高效自动焊接；5、在焊接带底漆钢板时，具有优良的抗气孔性能及抗裂性能。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
本发明所述一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝，以SPCC-SD冷轧低碳钢钢带为焊丝外皮，采用常规药芯过渡合金方式和通用的药粉规格及药芯焊丝生产工艺制造。
金红石中含有TiO2的质量分数为≥95％；硅酸盐中含有Al2O3的质量分数为55％-65％、SiO2的质量分数为35％-45％；氧化镁中含有MgO的质量分数为≥98％；锆石英中ZrO2的质量分数为≥60％。
镍粉中含有镍的质量分数≥99.5％；铝铁合金中含有Al的质量分数为45％-55％。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝，包括药芯和外皮；所述药芯占焊丝总质量的18.0％。
所述药芯包括如下重量份数的组分，金红石102份、硅酸盐20份、钾钠稳弧剂21份﹑氧化镁20份、锆石英10份、氟化物11份﹑硅锰合金150份、金属锰10份、镁粉21份、镍粉70份、钛铁10份、铝铁合金11份、铁粉500份。
实验结果：
1、熔敷效率：91.7％
2、熔敷金属力学性能：
3、熔敷金属化学成分(质量百分数)：％
实施例二
一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝，包括药芯和外皮；所述药芯占焊丝总质量的17.1％。
所述药芯包括如下重量份数的组分，金红石130份、硅酸盐28份、钾钠稳弧剂27份﹑氧化镁26份、锆石英18份、氟化物14份﹑硅锰合金176份、金属锰16份、镁粉24份、镍粉80份、钛铁18份、铝铁合金14份、铁粉460份。
实验结果：
1、熔敷效率：92.2％
2、熔敷金属力学性能：
3、熔敷金属化学成分(质量百分数)：％
项目 C Si Mn S P Ni
要求 ≤0.15 ≤0.80 0.50‐1.75 ≤0.030 ≤0.030 1.00‐2.00
实测值 0.040 0.43 1.60 0.006 0.012 1.44
实施例三
一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝，包括药芯和外皮；所述药芯占焊丝总质量的15.8％。
所述药芯包括如下重量份数的组分，金红石160份、硅酸盐36份、钾钠稳弧剂36份﹑氧化镁32份、锆石英26份、氟化物18份﹑硅锰合金202份、金属锰22份、镁粉28份、镍粉90份、钛铁26份、铝铁合金18份、铁粉420份。
实验结果：
1、熔敷效率：92.5％
2、熔敷金属力学性能：
3、熔敷金属化学成分(质量百分数)：％
项目 C Si Mn S P Ni
要求 ≤0.15 ≤0.80 0.50‐1.75 ≤0.030 ≤0.030 1.00‐2.00
实测值 0.036 0.40 1.55 0.008 0.011 1.38
实施例四
一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝，包括药芯和外皮；所述药芯占焊丝总质量的14.5％。
所述药芯包括如下重量份数的组分，金红石220份、硅酸盐52份、钾钠稳弧剂50份﹑氧化镁44份、锆石英42份、氟化物26份﹑硅锰合金254份、金属锰34份、镁粉35份、镍粉110份、钛铁42份、铝铁合金26份、铁粉340份。
实验结果：
1、熔敷效率：91.3％
2、熔敷金属力学性能：
3、熔敷金属化学成分(质量百分数)：％
项目 C Si Mn S P Ni
要求 ≤0.15 ≤0.80 0.50‐1.75 ≤0.030 ≤0.030 1.00‐2.00
实测值 0.044 0.39 1.61 0.008 0.013 1.37
实施例五
一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝，包括药芯和外皮；所述药芯占焊丝总质量的13.0％。
所述药芯包括如下重量份数的组分，金红石247份、硅酸盐60份、钾钠稳弧剂57份﹑氧化镁50份、锆石英48份、氟化物30份﹑硅锰合金279份、金属锰40份、镁粉39份、镍粉118份、钛铁50份、铝铁合金29份、铁粉301份。
实验结果：
1、熔敷效率：92.8％
2、熔敷金属力学性能：
3、熔敷金属化学成分(质量百分数)：％
项目 C Si Mn S P Ni
要求 ≤0.15 ≤0.80 0.50‐1.75 ≤0.030 ≤0.030 1.00‐2.00
实测值 0.046 0.44 1.70 0.009 0.011 1.23
结论：
由上述实施例1-5中熔敷金属力学性能和熔敷金属化学成分数据可以表明，本发明桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝其各项成分、性能均能满足高强度高韧性级别钢板的工程使用要求，尤其适用于Q500qE的焊接。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝，其特征在于：包括外皮和药芯；所述药芯包括如下重量份数的组分：金红石100-250份、硅酸盐20-60份、钾钠稳弧剂20-60份﹑氧化镁20-50份、锆石英10-50份、氟化物10-30份﹑硅锰合金150-280份、金属锰10-40份、镁粉20-40份、镍粉70-120份、钛铁10-50份、铝铁合金10-30份和铁粉300-500份。
2.根据权利要求1所述的一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝，其特征在于：所述药芯包括如下重量份数的组分，金红石120-230份、硅酸盐25-55份、钾钠稳弧剂25-55份﹑氧化镁25-45份、锆石英16-45份、氟化物12-26份﹑硅锰合金160-260份、金属锰15-35份、镁粉20-36份、镍粉80-110份、钛铁15-45份、铝铁合金12-26份和铁粉330-460份。
3.根据权利要求1或2所述的一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝，其特征在于：所述金红石中含有TiO2的质量分数为≥95％；硅酸盐中含有Al2O3的质量分数为55％-65％、SiO2的质量分数为35％-45％；氧化镁中含有MgO的质量分数为≥98％；锆石英中ZrO2的质量分数为≥60％。
4.根据权利要求1或2所述的一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝，其特征在于：镍粉中含有镍的质量分数≥99.5％；铝铁合金中含有Al的质量分数为45％-55％。
5.根据权利要求1或2所述的一种桥梁刚用高强高韧铁粉型药芯焊丝，其特征在于：所述氟化物包括氟化钠、氟化稀土中的一种或两种。
6.根据权利要求1或2所述的一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝，其特征在于：所述外皮为SPCC-SD冷轧低碳钢钢带。
7.根据权利要求1或2所述的一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝，其特征在于：所述药芯占焊丝总重量的比例为13％～18％；优选的，14％～17％。
8.一种如权利要求1-7任一项所述桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝的应用，其特征在于：采用全自动焊接机对桥梁钢进行平焊或者平角焊位置的焊接。
9.根据权利要求8所述的一种桥梁钢用高强高韧铁粉型药芯焊丝的应用，其特征在于：所述桥梁钢采用Q500qE材质，U形肋、板肋单元等结构。
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