CN112171108B - 用于u肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

用于u肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝及其制备方法，它包括内部的药芯和裹覆于药芯表面的碳钢外皮；所述药芯的原料包括氟化物、碳酸盐、锆英砂、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氯化钡、二氧化钛、二氧化硅、硅锰合金、钴粉、镍粉、银粉、钼铁、钒铁、钛铁、硼铁、碳纳米管、余量为铁粉。本发明提供的用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝，焊缝铁水具有高粘稠、高韧性的突出优点，特别适应在狭小密闭空间内连续施焊，能有效减少铁水下坠的现象，焊道形状和外观优异，没有夹渣等焊接缺陷的焊接部，进而提高增补内焊缝的连接强度和成型质量。

Description

用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝及其制备 方法
技术领域
本发明涉及焊接材料制备技术领域，具体涉及一种用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝及其制备方法。
背景技术
20世纪中期开始，正交异性板钢箱梁具有自重轻、极限承载力大、抗风性强、施工方便等一系列优点，在大跨度钢结构桥梁建设中得到了广泛的应用。在U肋内焊技术开发之前，正交异性板结构桥梁只能在U肋外侧进行单面焊接，致使已建成通车的桥梁在运行一段时间后，面板与U肋连接处出现了大量开裂现象。
为了改变这一现状，提高正交异性板结构钢桥的抗疲劳性能、延长钢桥服役寿命，需要对面板与U肋之间内角焊缝进行补焊。考虑到服役桥梁的结构和安全问题，不可拆卸至工厂进行维修加固，因此需在已建成的桥梁现场，对桥梁中U肋与顶板连接内侧进行仰位补焊。申请号为201310471026.X的中国发明专利公开了一种药芯焊丝，采用该药芯焊丝在U肋内部狭小空间仰位施工过程中，密闭环境中熔融铁水的流动性较好，在自身重力作用下易产生下坠现象，造成焊肉下坠，严重影响焊缝的成型质量。
因此，亟需开发一种用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝，适应在狭小密闭空间内连续施焊，提高增补内焊缝的连接强度和成型质量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝及其制备方法。
为实现上述目的，本发明所设计一种用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝，它包括内部的药芯和裹覆于药芯表面的碳钢外皮；其特征在于：所述药芯的原料按重量百分比计包括6.5％～8.5％的氟化物、5.5％～8.5％的碳酸盐、6.5％～7.5％的锆英砂、0.3％～1.2％的氧化钙、0.1％～0.8％的氧化镁、0.2％～0.8％的氧化钾、0.2％～0.6％的氯化钡、0.2％～0.5％的二氧化钛、0.2％～0.5％的二氧化硅、2.5％～6.5％的硅锰合金、0.6％～1.5％的钴粉、1.2％～3.5％的镍粉、3.5％～4.5％的银粉、1.6％～3.5％的钼铁、1.2％～3.0％的钒铁、1.2％～2.5％的钛铁、1.2％～3.0％的硼铁、0.1％～1.5％的碳纳米管、余量为铁粉。
作为优选方案，所述药芯的原料按重量百分比计包括6.5％～7.2％的氟化物、7.5％～8.0％的碳酸盐、6.8％～7.2％的锆英砂、0.3％～0.5％的氧化钙、0.5％～0.8％的氧化镁、0.2％～0.5％的氧化钾、0.5％～0.6％的氯化钡、0.2％～0.3％的二氧化钛、0.2％～0.3％的二氧化硅、4.5％～5.5％的硅锰合金、0.8％～1.0％的钴粉、1.8％～3.2％的镍粉、3.8％～4.0％的银粉、2.8％～3.2％的钼铁、1.2％～2.0％的钒铁、1.8％～2.1％的钛铁、1.2％～1.5％的硼铁、0.2％～0.5％的碳纳米管、余量为铁粉。
作为优选方案，所述氟化物为三氟化钛、六氟铝酸钠、氟化锂和四氟化铈中的任意一种或两种以上混合物。
所述氟化物为氟化锂和四氟化铈形成混合物；其中，氟化锂和四氟化铈的重量比为1:1～3。
作为优选方案，所述碳酸盐为碳酸锰、碳酸钡和碳酸锌中的任意一种或两种以上混合物。
作为优选方案，所述碳钢外皮中的碳含量占药芯焊丝总重量的百分比为：0.15％～0.25％，碳钢外皮的断面为U形，且边缘开设锯齿形(便于碳钢皮层弯曲成e形，有利于提高焊缝的质量)。
作为优选方案，所述药芯焊丝它包括内部的药芯和裹覆于药芯表面的碳钢外皮；所述药芯的原料按重量百分比计包括7.0％的氟化物、7.5％的碳酸钡、7.2％的锆英砂、0.5％的氧化钙、0.6％的氧化镁、0.3％的氧化钾、0.6％的氯化钡、0.3％的二氧化钛、0.2％的二氧化硅、5.5％的硅锰合金、0.8％的钴粉、1.8％的镍粉、3.8％的银粉、3.0％的钼铁、1.5％的钒铁、2.0％的钛铁、1.3％的硼铁、0.3％的碳纳米管、余量为铁粉；其中，所述氟化锂和四氟化铈的混合物且氟化锂和四氟化铈的重量比为1:1；所述碳钢外皮中的碳含量占药芯焊丝总重量的百分比为：0.15％。
本发明还提供了一种上述用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：
1)按上述药芯的原料按重量百分比称取6.5％～8.5％的氟化物、5.5％～8.5％的碳酸盐、6.5％～7.5％的锆英砂、0.3％～1.2％的氧化钙、0.1％～0.8％的氧化镁、0.2％～0.8％的氧化钾、0.2％～0.6％的氯化钡、0.2％～0.5％的二氧化钛、0.2％～0.5％的二氧化硅、2.5％～6.5％的硅锰合金、0.6％～1.5％的钴粉、1.2％～3.5％的镍粉、3.5％～4.5％的银粉、1.6％～3.5％的钼铁、1.2％～3.0％的钒铁、1.2％～2.5％的钛铁、1.2％～3.0％的硼铁、0.1％～1.5％的碳纳米管、余量为铁粉，备用；
2)将氟化物、碳酸盐、锆英砂、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氯化钡、二氧化钛、二氧化硅进行研磨混匀，在温度为680-750℃条件下煅烧2.5-3h，经碾压过筛制成140-160目的混合粉；
3)将上述混合粉与其它原料，加入丙酮中超声波分散5-10min，在温度为55-58℃条件下低温干燥，得到药芯粉末，，按照规定的填充率向碳钢外皮内填充药芯粉末，然后采用绞刀式成型轧机进行轧制并减径至所需规格，得到用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝，其中，药芯焊丝包括内部的药芯和裹覆于药芯表面的碳钢外皮。
本发明的部分原料的作用：
1.氟化物主要起造气和造渣的双重作用，提高熔渣的流动性，降低气孔的敏感性；
2.碳酸盐、锆英砂、氧化钙、氧化镁用于造渣，提高熔渣的碱度；
3.二氧化钛用于稳弧、造渣和减少飞溅，二氧化硅用于调节渣的粘度，氧化钾用于提高药芯焊丝的抗拉性能；
4.硅锰合金的型号为FeMn60Si25或FeMn65Si17，钼铁的型号为FeMo60，钒铁的型号为FeV80，钛铁的型号为FeTi70，硼铁的型号为FeB20，选择Mo、V和Ti作为强化和细化晶粒元素，对提高药芯焊丝熔敷金属的粘度和低温冲击韧性具有重要作用；
5.碳纳米管经超声波分散后，相互之间彼此缠绕，在熔融铁水内部可形成碳纳米管骨架网，铁水粘稠增加，减缓铁水的流动性能，显著减少铁水在重力作用下坠的现象。
本发明的有益效果：
本发明提供的药芯焊丝特别适应密闭环境的仰位焊接，在U肋狭小空间内连续施焊过程中，焊缝铁水具有高粘稠、高韧性的突出优点，能有效减少铁水下坠的现象，焊道形状和外观优异，没有夹渣等焊接缺陷的焊接部，进而提高增补内焊缝的连接强度和成型质量。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。
实施例1
用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝1的制备方法，包括以下步骤：
1)按按重量百分比称取7.0％的氟化物、7.5％的碳酸钡、7.2％的锆英砂、0.5％的氧化钙、0.6％的氧化镁、0.3％的氧化钾、0.6％的氯化钡、0.3％的二氧化钛、0.2％的二氧化硅、5.5％的硅锰合金、0.8％的钴粉、1.8％的镍粉、3.8％的银粉、3.0％的钼铁、1.5％的钒铁、2.0％的钛铁、1.3％的硼铁、0.3％的碳纳米管、余量为铁粉，其中，氟化锂和四氟化铈的混合物且氟化锂和四氟化铈的重量比为1:1；备用；
2)将氟化物、碳酸盐、锆英砂、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氯化钡、二氧化钛、二氧化硅进行研磨混匀，在温度为680-750℃条件下煅烧2.5-3h，经碾压过筛制成140-160目的混合粉；
3)将上述混合粉与其它原料，加入丙酮中超声波分散5-10min，在温度为55-58℃条件下低温干燥，得到药芯粉末，按照规定的填充率向碳钢外皮内填充药芯粉末，然后采用绞刀式成型轧机进行轧制并减径至所需规格，得到用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝1，其中，药芯焊丝1包括内部的药芯1和裹覆于药芯表面的碳钢外皮，且碳钢外皮中的碳含量占药芯焊丝总重量的百分比为：0.15％。
上述原料中，硅锰合金的型号为FeMn60Si25或FeMn65Si17；钼铁的型号为FeMo60；钒铁的型号为FeV80；钛铁的型号为FeTi70；硼铁的型号为FeB20。
实施例2
用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝2与实施例1制备的药芯焊丝1基本相同，不同之处在于：
药芯2的原料按重量百分比计包括6.8％的六氟铝酸钠、6.0％的碳酸锰、6.8％的锆英砂、0.8％的氧化钙、0.5％的氧化镁、0.4％的氧化钾、0.3％的氯化钡、0.5％的二氧化钛、0.3％的二氧化硅、3.0％的硅锰合金、1.2％的钴粉、2.5％的镍粉、4.2％的银粉、1.8％的钼铁、3.0％的钒铁、2.5％的钛铁、2.8％的硼铁、0.5％的碳纳米管、余量为铁粉。
实施例3
用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝3与实施例1制备的药芯焊丝1基本相同，不同之处在于：
药芯3的原料按重量百分比计包括8.5％的氟化锂、5.6％的碳酸钡、7.5％的锆英砂、0.4％的氧化钙、0.2％的氧化镁、0.7％的氧化钾、0.3％的氯化钡、0.4％的二氧化钛、0.5％的二氧化硅、6.2％的硅锰合金、0.7％的钴粉、3.2％的镍粉、3.5％的银粉、3.3％的钼铁、2.0％的钒铁、1.5％的钛铁、1.8％的硼铁、0.3％的碳纳米管、余量为铁粉。
实施例4
用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝4与实施例1制备的药芯焊丝1基本相同，不同之处在于：
药芯4的原料按重量百分比计包括7.2％的四氟化铈、8.2％的碳酸锌、6.5％的锆英砂、1.0％的氧化钙、0.4％的氧化镁、0.5％的氧化钾、0.5％的氯化钡、0.3％的二氧化钛、0.4％的二氧化硅、4.5％的硅锰合金、1.3％的钴粉、2.5％的镍粉、4.2％的银粉、2.5％的钼铁、1.8％的钒铁、2.2％的钛铁、2.5％的硼铁、0.2％的碳纳米管、余量为铁粉。
实施例5
用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝5与实施例1制备的药芯焊丝1基本相同，不同之处在于：
药芯5的原料按重量百分比计包括7.5％的三氟化钛、6.8％的碳酸锰、6.8％的锆英砂、0.6％的氧化钙、0.7％的氧化镁、0.8％的氧化钾、0.2％的氯化钡、0.5％的二氧化钛、0.2％的二氧化硅、4.8％的硅锰合金、0.9％的钴粉、1.5％的镍粉、4.0％的银粉、3.5％的钼铁、1.5％的钒铁、1.8％的钛铁、2.0％的硼铁、0.1％的碳纳米管、余量为铁粉。
实施例6
用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝6与实施例1制备的药芯焊丝1基本相同，不同之处在于：
药芯6的原料按重量百分比计包括6.5％的氟化物、8.5％的碳酸盐、7.5％的锆英砂、0.3％的氧化钙、0.8％的氧化镁、0.2％的氧化钾、0.6％的氯化钡、0.2％的二氧化钛、0.5％的二氧化硅、2.5％的硅锰合金、1.5％的钴粉、1.2％的镍粉、3.5％的银粉、3.5％的钼铁、1.2％的钒铁、2.5％的钛铁、1.2％的硼铁、1.5％的碳纳米管、余量为铁粉，其中，氟化物为三氟化钛、六氟铝酸钠和氟化锂形成混合物，且三氟化钛、六氟铝酸钠和氟化锂的重量比为1:1:1，碳酸盐为碳酸锰、碳酸钡和碳酸锌中形成混合物，且碳酸锰、碳酸钡和碳酸锌的重量比为1:1:1。
实施例7
用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝7与实施例1制备的药芯焊丝1基本相同，不同之处在于：
药芯7的原料按重量百分比计包括8.5％的氟化物、5.5％的碳酸盐、6.5％的锆英砂、1.2％的氧化钙、0.1％的氧化镁、0.8％的氧化钾、0.2％的氯化钡、0.5％的二氧化钛、0.2％的二氧化硅、6.5％的硅锰合金、0.6％的钴粉、3.5％的镍粉、4.5％的银粉、1.6％的钼铁、3.0％的钒铁、1.2％的钛铁、3.0％的硼铁、0.1％的碳纳米管、余量为铁粉，其中，氟化物为氟化锂和四氟化铈形成混合物；且氟化锂和四氟化铈的重量比为1:3，碳酸盐为碳酸钡和碳酸锌中形成混合物，且碳酸钡和碳酸锌的重量比为1:1。
实施例8
用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝8与实施例1制备的药芯焊丝1基本相同，不同之处在于：
药芯8的原料按重量百分比计包括6.5％的三氟化钛、8.0％的碳酸锰、6.8％的锆英砂、0.5％的氧化钙、0.8％的氧化镁、0.2％的氧化钾、0.5％的氯化钡、0.3％的二氧化钛、0.2％的二氧化硅、5.5％的硅锰合金、0.8％的钴粉、3.2％的镍粉、3.8％的银粉、3.2％的钼铁、1.2％的钒铁、1.8％的钛铁、1.5％的硼铁、0.2％的碳纳米管、余量为铁粉。
实施例9
用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝9与实施例1制备的药芯焊丝1基本相同，不同之处在于：
药芯9的原料按重量百分比计包括7.2％的六氟铝酸钠、7.5％的碳酸锌、7.2％的锆英砂、0.3％的氧化钙、0.8％的氧化镁、0.2％的氧化钾、0.5％的氯化钡、0.2％的二氧化钛、0.3％的二氧化硅、4.5％的硅锰合金、1.0％的钴粉、1.8％的镍粉、4.0％的银粉、2.8％的钼铁、2.0％的钒铁、2.1％的钛铁、1.2％的硼铁、0.5％的碳纳米管、余量为铁粉。
通过上述9个实施例先后制得9个试样(药芯焊丝1-9)，并与现有技术制备(201310471026.X)的药芯焊丝在U肋内部分别进行仰位试焊，试验结果如下表：
表1仰位焊接的试验结果对比表
试样编号 焊缝成型 外观质量
现有焊丝 明显的下坠现象，焊缝成型差 良好
药芯焊丝1 轻微的下坠现象，焊缝成型好 良好
药芯焊丝2 轻微的下坠现象，焊缝成型好 局部存在夹渣
药芯焊丝3 轻微的下坠现象，焊缝成型好 良好
药芯焊丝4 轻微的下坠现象，焊缝成型好 良好
药芯焊丝5 局部的下坠现象，焊缝成型较差 良好
药芯焊丝6 轻微的下坠现象，焊缝成型好 良好
药芯焊丝7 局部的下坠现象，焊缝成型较差 局部存在夹渣
药芯焊丝8 局部的下坠现象，焊缝成型较差 良好
药芯焊丝9 轻微的下坠现象，焊缝成型好 良好
通过上表中试验结果对比可知，本发明的药芯焊丝1-9所形成熔融铁水的粘稠度不同程度地增加，能不同程度地减少铁水下坠的现象，焊道形状和外观优异，没有夹渣等焊接缺陷的焊接部，有效改善增补内焊缝的成型质量。其中，药芯焊丝1具有高粘稠、高韧性的突出优点，在仰位试焊过程中还能兼顾外观质量，仰位试焊的效果最佳。主要的原因包括氟化物、碳酸盐、碳纳米管的配比含量适当，且Mo、V和Ti作为强化和细化晶粒元素，对提高药芯焊丝熔敷金属的粘度起到协同作用，进而在铁水的流动性能与脱渣性能之间达到了相对适中的平衡点。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (5)

1.一种用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝，它包括内部的药芯和裹覆于药芯表面的碳钢外皮；其特征在于：所述药芯的原料按重量百分比计包括6.5％～7.2％的氟化物、7.5％～8.0％的碳酸盐、6.8％～7.2％的锆英砂、0.3％～0.5％的氧化钙、0.5％～0.8％的氧化镁、0.2％～0.5％的氧化钾、0.5％～0.6％的氯化钡、0.2％～0.3％的二氧化钛、0.2％～0.3％的二氧化硅、4.5％～5.5％的硅锰合金、0.8％～1.0％的钴粉、1.8％～3.2％的镍粉、3.8％～4.0％的银粉、2.8％～3.2％的钼铁、1.2％～2.0％的钒铁、1.8％～2.1％的钛铁、1.2％～1.5％的硼铁、0.2％～0.5％的碳纳米管、余量为铁粉；其中，所述氟化物为三氟化钛、六氟铝酸钠、氟化锂和四氟化铈中的任意一种或两种以上混合物；
所述碳酸盐为碳酸锰、碳酸钡和碳酸锌中的任意一种或两种以上混合物。
2.根据权利要求1所述用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝，其特征在于：所述氟化物为氟化锂和四氟化铈形成混合物；其中，氟化锂和四氟化铈的重量比为1:1~3。
3.根据权利要求1所述用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝，其特征在于：所述碳钢外皮中的碳含量占药芯焊丝总重量的百分比为：0.15％～0.25％，碳钢外皮的断面为U形，且边缘开设锯齿形。
4.根据权利要求1所述用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝它包括内部的药芯和裹覆于药芯表面的碳钢外皮；所述药芯的原料按重量百分比计包括7.0％的氟化物、7.5％的碳酸钡、7.2％的锆英砂、0.5％的氧化钙、0.6％的氧化镁、0.3％的氧化钾、0.6％的氯化钡、0.3％的二氧化钛、0.2％的二氧化硅、5.5％的硅锰合金、0.8％的钴粉、1.8％的镍粉、3.8％的银粉、3.0％的钼铁、1.5％的钒铁、2.0％的钛铁、1.3％的硼铁、0.3％的碳纳米管、余量为铁粉；其中，所述氟化物为氟化锂和四氟化铈的混合物且氟化锂和四氟化铈的重量比为1:1；所述碳钢外皮中的碳含量占药芯焊丝总重量的百分比为：0.15％。
5.一种权利要求1所述用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）按上述药芯的原料按重量百分比称取6.5％～7.2％的氟化物、7.5％～8.0％的碳酸盐、6.8％～7.2％的锆英砂、0.3％～0.5％的氧化钙、0.5％～0.8％的氧化镁、0.2％～0.5％的氧化钾、0.5％～0.6％的氯化钡、0.2％～0.3％的二氧化钛、0.2％～0.3％的二氧化硅、4.5％～5.5％的硅锰合金、0.8％～1.0％的钴粉、1.8％～3.2％的镍粉、3.8％～4.0％的银粉、2.8％～3.2％的钼铁、1.2％～2.0％的钒铁、1.8％～2.1％的钛铁、1.2％～1.5％的硼铁、0.2％～0.5％的碳纳米管、余量为铁粉，备用；
2）将氟化物、碳酸盐、锆英砂、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氯化钡、二氧化钛、二氧化硅进行研磨混匀，在温度为680-750℃条件下煅烧2.5-3h，经碾压过筛制成140-160目的混合粉；
3）将上述混合粉与其它原料，加入丙酮中超声波分散5-10min，在温度为55-58℃条件下低温干燥，得到药芯粉末，按照规定的填充率向碳钢外皮内填充药芯粉末，然后采用绞刀式成型轧机进行轧制并减径至所需规格，得到用于U肋内部仰位焊接的高粘稠高韧性药芯焊丝，其中，药芯焊丝包括内部的药芯和裹覆于药芯表面的碳钢外皮。
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