CN108515288B - 一种涉水环境下焊接用焊条和药皮、及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涉水环境下焊接用焊条和药皮，及其制备方法，药皮包括如下重量分数的组分原料：金红石35‑50％，碳酸钙10‑20％，萤石5‑15％，云母7‑18％，硅铁2‑9％，锰铁3‑9％，钛4‑10％，钇1.5‑5％；所述药皮中还添加药皮总重量18‑30％的钾钠水玻璃，所述钾钠水玻璃中氧化钾和氧化钠的质量比为2:1。同时，本发明还公开了其制备方法，该制备工艺简单，焊接时起弧容易，电弧燃烧稳定，无熄弧断弧现象，所得焊缝成形美观，对接接头的抗拉强度可达550MPa，对接接头4倍板厚冷弯角度180°时无裂纹出现，具有焊接工艺性好、试验操作方便，焊接效率高等优点，可以满足工件涉水环境下的焊接。

Description

一种涉水环境下焊接用焊条和药皮、及其制备方法
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种涉水环境下焊接用焊条。
背景技术
随着近几年高科技、汽车、船舶、铁路、建筑业以及海洋工程建设等多个领域的飞速发展，焊接技术的应用前景越来越广泛，对一些特殊环境下的焊接要求也越来越多，比如焊件表面潮湿、带水，或在下雨环境下的焊接，将其统称为涉水环境下的焊接。在这种环境下焊接时，通常对工件进行烘干，待到工件表面没有水分的情况下再进行施焊，但其复杂的焊前处理，给处于涉水环境下的大型钢结构焊接带来诸多不便，焊接效率大大降低。此外，还有较多特殊环境下不能对工件进行焊前烘干处理，比如船体、船闸吃水线附近应急维修焊接、海上平台水平面附近钢结构焊接、以及一些突发紧急状况施焊时来不及焊前处理的情况等。在这些情况下焊接时困难很大，且焊接质量难以保证，存在服役安全隐患。
目前，市售的焊条主要是陆上焊条和水下焊条，采用陆上焊条进行涉水环境下焊接时，工件表面的水受热分解，导致溶解到焊缝熔池中的氢浓度高，焊接接头中极易生成氢气孔和氢致冷裂纹，影响接头性能；水下焊接时为了对焊接区域的电弧形成保护，同时在水压作用下，为了保证电弧稳定，水下焊条中加入较多的造气元素和稳弧元素。因此，当采用水下焊条进行涉水环境下焊接时，过多的造气元素会导致焊接时烟尘及气体较多，焊缝中易产生大量气孔，影响接头质量。由此可见，涉水环境下的焊接既不适合用陆上焊条，也不适合用水下焊条。因此，针对涉水环境下焊接特点，研制涉水环境下焊接专用焊条，对提高涉水环境下的焊接质量和焊接效率至关重要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种涉水环境下焊接用焊条和药皮、及其制备方法，以达到工艺性能优异，抗拉强度达到550MPa，工艺性能和接头弯曲性能均满足海洋工程结构用钢涉水环境下焊接要求的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种涉水环境下焊接用焊条的药皮，药皮包括如下重量分数的组分原料：金红石35-50％，碳酸钙10-20％，萤石5-15％，云母7-18％，硅铁2-9％，锰铁3-9％，钛4-10％，钇1.5-5％。
上述方案，所述药皮中还添加药皮总重量18-30％的钾钠水玻璃，所述钾钠水玻璃中氧化钾和氧化钠的质量比为2:1。
一种涉水环境下焊接用焊条的药皮的制备方法，按重量称取上述的组分原料，放入混料桶中，干混3-6小时；然后加入钾钠水玻璃作为粘结剂，粘结剂的加入重量为药皮总重量的18％-30％，湿混搅拌1-2小时。
一种涉水环境下焊接用焊条，包括焊芯和药皮两部分，所述药皮包括如下重量分数的组分原料：金红石35-50％，碳酸钙10-20％，萤石5-15％，云母7-18％，硅铁2-9％，锰铁3-9％，钛4-10％，钇1.5-5％。
一种涉水环境下焊接用焊条，包括焊芯和药皮两部分，所述药皮包括如下重量分数的组分原料：金红石35-50％，碳酸钙10-20％，萤石5-15％，云母7-18％，硅铁2-9％，锰铁3-9％，钛4-10％，钇1.5-5％；药皮中还添加药皮总重量18-30％的钾钠水玻璃，所述钾钠水玻璃中氧化钾和氧化钠的质量比为2:1。
上述方案中，所述焊芯为市售的H08E钢丝。
一种涉水环境下焊接用焊条的制备方法，将上述湿混搅拌均匀的药皮均匀涂在钢丝上，经磨削出夹持端和引弧端后，在焊条烘干炉中分低温40-80℃、中温100-160℃、高温320-380℃三个阶段将焊条烘干，即得到涉水环境下焊接用焊条。
上述方案中，钢丝直径为4mm，焊条外径为6.2-6.7mm。
本发明中，金红石是药皮的主要成分之一，它主要是在焊接时起造渣作用，另外也能起到一定的稳弧作用，保证焊条的工艺性能。当金红石含量过低时，熔渣的流动性及成型性较差，容易黏渣；但当其含量过高时，会使焊缝的机械性能严重下降。因此，本发明中金红石加入的质量百分比为35％-50％。
碳酸钙，主要起到造渣和造气作用，当碳酸钙含量较低时，药皮的造渣和造气能力不足，对焊缝的保护作用不够，导致力学性能下降；但当碳酸钙含量过高时，造气量过大，易产生飞溅，且焊缝中易生成气孔等焊接缺陷，电弧稳定性较差。所以本发明中碳酸钙加入的质量百分比为10％-20％。
萤石，主要起到造渣和除氢作用。涉水环境下焊接时，工件表面的水受热分解，导致溶解到焊缝熔池中的氢浓度很高，焊缝中极易产生氢气孔和氢致冷裂纹。萤石是一种除氢效果极佳的脱氢材料。除此之外，萤石还起到造渣、稀渣作用，调整熔渣的粘度。当萤石加入量过低时，造气、造渣不足，焊缝中易产生气孔及焊缝表面熔渣覆盖不全等问题。当萤石加入量过多时，熔渣粘度变低，焊接时熔渣流淌严重，不能起到很好的保护作用。所以本发明中萤石加入的质量百分比为5％-15％。
云母，主要起到稳定电弧，减少飞溅，改善焊条工艺性能的作用，还可解决焊条生产过程中经常出现的焊条药皮开裂问题。云母加入量过高时，会使焊缝增氢，机械性能变差。所以本发明中云母加入的质量百分比为7％-18％。
硅铁和锰铁，主要起到焊缝脱氧、脱硫作用，还可以向焊缝中过渡合金元素，改善焊缝冶金性能，确保焊缝金属的强度。本发明中硅铁和锰铁加入的质量百分比分别为2％-9％，3％-9％。
钛，主要起到降低焊缝扩散氢含量，改善焊缝组织，提高接头韧性的作用。钛是强碳化物形成元素，形成的碳化钛具有很强的捕氢能力。此外，钛还易与熔池中的氮、氧反应生成细小的氧化钛，氮化钛颗粒，这些颗粒在作为氢陷阱捕获氢的同时，还可作为异质形核质点促进针状铁素体形核，改善焊缝组织，细化晶粒，起到改善接头韧性的作用。本发明中钛加入的质量百分比为4％-10％。
钇，主要起到降低焊缝扩散氢含量，脱氧、脱硫，净化焊缝和改善焊缝韧性的作用。钇是表面活性元素，可降低熔滴表面张力，使得熔滴在焊条端部停留时间变短，减少了对氢的吸附。熔池中的活性钇原子还能与氢反应生成氢化钇，降低了扩散氢含量。钇还具有强烈的脱氧、脱硫作用，生成的氧化钇和硫化钇，还会细化晶粒，另外，还可以成为针状铁素体的非自发形核质点，增加焊缝中针状铁素体和细晶铁素体的比例，提高焊缝韧性。本发明中钇加入的质量百分比为1.5％-5％。
本发明提出的一种涉水环境下焊接用焊条的特点及优势在于：制备工艺简单，焊接时起弧容易，电弧燃烧稳定，无熄弧断弧现象，所得焊缝成形美观，对接接头的抗拉强度可达550MPa，对接接头4倍板厚冷弯角度180°时无裂纹出现，具有焊接工艺性好、试验操作方便，焊接效率高等优点，可以满足工件涉水环境下的焊接。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一：采用市售的H08E钢丝作为焊芯，药皮的组成及重量百分比为：金红石37％，碳酸钙20％，萤石13％，云母12％，硅铁5％，锰铁5％，钛6％，钇2％。采用钾钠比为2:1的钾钠水玻璃作为药皮的粘结剂，添加量为药皮总重量的20％。
实施例二：采用市售的H08E钢丝作为焊芯，药皮的组成及重量百分比为：金红石45％，碳酸钙15％，萤石8％，云母10％，硅铁6％，锰铁6％，钛5％，钇5％。采用钾钠比为2:1的钾钠水玻璃作为药皮的粘结剂，添加量为药皮总重量的25％。
实施例三：采用市售的H08E钢丝作为焊芯，药皮的组成及重量百分比为：金红石50％，碳酸钙10％，萤石10％，云母8％，硅铁5％，锰铁8％，钛4％，钇5％。采用钾钠比为2:1的钾钠水玻璃作为药皮的粘结剂，添加量为药皮总重量的28％。
按重量分别称取上述的组分原料，放入混料桶中，干混3-6小时；然后加入钾钠水玻璃作为粘结剂，湿混搅拌1-2小时。将上述湿混搅拌均匀的药皮均匀涂在钢丝上，钢丝直径为4mm，焊条外径为6.2-6.7mm。经磨削出夹持端和引弧端后，在焊条烘干炉中分低温40-80℃、中温100-160℃、高温320-380℃三个阶段将焊条烘干，即得到涉水环境下焊接用焊条。
实施例的效果：见表1。
表1本发明实施例焊后熔敷金属力学性能
Figure GDA0002584782260000041
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种涉水环境下焊接用焊条的药皮，其特征在于，药皮包括如下重量分数的组分原料：金红石35-50％，碳酸钙10-20％，萤石5-15％，云母7-18％，硅铁2-9％，锰铁3-9％，钛4-10％，钇1.5-5％。
2.根据权利要求1所述的一种涉水环境下焊接用焊条的药皮，其特征在于，所述药皮中还添加药皮总重量18-30％的钾钠水玻璃，所述钾钠水玻璃中氧化钾和氧化钠的质量比为2:1。
3.一种涉水环境下焊接用焊条的药皮的制备方法，其特征在于，按重量称取如权利要求1中所述的组分原料，放入混料桶中，干混3-6小时；然后加入钾钠水玻璃作为粘结剂，粘结剂的加入重量为药皮总重量的18％-30％，湿混搅拌1-2小时。
4.一种涉水环境下焊接用焊条，包括焊芯和药皮两部分，其特征在于，所述药皮为权利要求1所述的药皮。
5.一种涉水环境下焊接用焊条，包括焊芯和药皮两部分，其特征在于，所述药皮为权利要求2所述的药皮。
6.根据权利要求4或5所述的一种涉水环境下焊接用焊条，其特征在于，所述焊芯为市售的H08E钢丝。
7.一种涉水环境下焊接用焊条的制备方法，其特征在于，将权利要求3中湿混搅拌均匀的药皮均匀涂在钢丝上，经磨削出夹持端和引弧端后，在焊条烘干炉中分低温40-80℃、中温100-160℃、高温320-380℃三个阶段将焊条烘干，即得到涉水环境下焊接用焊条。
8.根据权利要求7所述的一种涉水环境下焊接用焊条的制备方法，其特征在于，钢丝直径为4mm，焊条外径为6.2-6.7mm。
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