CN112809244A - 一种高韧性高效率焊条 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高韧性高效率焊条，包括碳钢焊芯及裹覆于碳钢焊芯表面的药皮；药皮粉料包括如下重量份数的组分，人造金红石18～28份、长石2～8份、白泥2～8份、云母1～5份、大理石5～10份、萤石2～4份、中碳锰铁5～10份、钛铁合金2～5份、微晶纤维素1～5份、铁粉50～65份。本发明所述的焊条，利于压涂，成本低，焊缝韧性高，增加了焊接熔敷量，提高手工电弧焊焊接效率，缩短焊接工作时间，降低工人劳动强度。

Description

一种高韧性高效率焊条
技术领域
本发明属于焊材技术领域，尤其是涉及一种高韧性高效率焊条。
背景技术
焊条手工电弧焊焊接准备时间短，操作灵活，方法简单，作为最基本的焊接方法活跃在各个工业领域中。正常的焊条电弧焊其熔敷效率为85-105％。相比于气体保护焊等焊接方法，其使用简单，但焊接效率相对较低。因此，研制和使用高熔敷效率焊条，具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种高韧性高效率焊条，以增加焊条熔敷量，提高手工电弧焊焊接效率，缩短焊接工作时间，降低工人劳动强度。
同时，本发明通过对配料的选定和合理配比，实现焊条熔敷金属具有高韧性，焊条满足船用钢板的3Y级要求。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高韧性高效率焊条，包括碳钢焊芯及裹覆于碳钢焊芯表面的药皮；药皮粉料包括如下重量份数的组分，人造金红石18～28份、长石2～8份、白泥2～8份、云母1～5份、大理石5～10份、萤石2～4份、中碳锰铁5～10份、钛铁合金2～5份、微晶纤维素1～5份、铁粉50～65份。
优选的，云母、长石和白泥的重量份数之和为10-15份。
优选的，药皮的组分中：人造金红石中TiO2质量含量≥90.0％、S质量含量≤0.010％、P质量含量≤0.010％；长石中SiO2质量含量60～65％、Al2O3质量含量15～25％、K2O质量含量≥7％、S质量含量≤0.020％、P质量含量≤0.045％；白泥中SiO2质量含量55～75％、Al2O3质量含量15～25％、S质量含量≤0.030％、P质量含量≤0.030％，100％通过目数为100目；云母中SiO2质量含量38～43％、AL2O3质量含量24～29％、K2O质量含量9～12％、S质量含量≤0.030％、P质量含量≤0.030％；大理石中CaCO3质量含量≥95％、S质量含量≤0.020、P质量含量≤0.020；萤石中CaF质量含量≥95％、SiO2质量含量≤4.5％、S质量含量≤0.020％、P质量含量≤0.030％；中碳锰铁中Mn质量含量78～85％、C质量含量≤1.5％、S质量含量≤0.020％、P质量含量≤0.020％；钛铁合金中Ti质量含量25～35％、S质量含量≤0.020％、P质量含量≤0.050％；铁粉中Fe质量含量≥98％、S质量含量≤0.020％、P质量含量≤0.050％。
优选的，所述碳钢焊芯的原料为H08A盘条。
优选的，所述药皮占焊条总重量的50-60％；
优选的，所述的药皮还包括作为粘结剂的高模钠水玻璃，水玻璃模数为2.9-3.1。
本发明还提供一种制备如上所述的高韧性高效率焊条的方法，包括以下步骤，
步骤一、将药皮各成分粉料按比例混合均匀，制得混合药粉；
步骤二、加入混合药粉总成分质量18-22％的水玻璃搅拌混合均匀，送入焊条压涂机内将其裹覆于焊芯上，制得初品；
步骤三、将初品经低温80-120℃烘焙40-80分钟，高温160-200℃烘焙1-2小时制得高韧性高效率焊条。
本发明同时提供如上所述的高韧性高效率焊条在低碳钢和低合金钢的平焊及平角焊中的应用。
本发明也提供如上所述制备方法制得的高韧性高效率焊条在低碳钢和低合金钢的平焊及平角焊中的应用。
焊条包括焊芯和药皮，药皮的配方设计是决定焊条性能的主要因素，其中药皮中重要组分作用原理如下：
人造金红石TiO2含量在90％以上，TiO2具有稳弧和造渣作用，可调整熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性。可改善焊缝成形，减少飞溅和咬边，并在很大程度上改善脱渣性。过多的TiO2将提高熔渣的熔点，缩小熔渣的凝固温度区间，阻碍熔渣与液态金属之间的流动作用，影响冶金反应的充分进行，使熔池内部气体逸出阻力增大，易形成气孔、夹杂等缺陷。传统天然金红石焊接工艺性能好，但价格昂贵。还原钛铁矿成本低，但焊接工艺性能存在飞溅大、成型差等缺陷。人造金红石活性高，硫、磷含量低。本发明使用人造金红石代替传统天然金红石及还原钛铁矿，焊条生产成本大幅度降低同时，焊缝低温冲击韧性、焊接工艺性能优秀。
大理石中的主要成分CaCO3在电弧热的作用下分解成CaO和CO2。CaO属于碱性氧化物，可提高熔渣碱度，提高熔敷金属纯净度，有较好的脱S能力，提高熔敷金属韧性。过多的大理石提高熔渣的凝固温度，同时飞溅增大，焊缝成形不好，焊接工艺性能变差。
加入萤石用于造渣和改善熔渣的物化性能。它可降低碱性熔渣的熔点、粘度和表面张力，增加熔渣的流动性，显著提高焊条平角焊脱渣性能。有利于降低焊缝金属的气体杂质，提高熔敷金属韧性。加入量过多时，使焊接过程中的熔滴直径增大，影响焊接电弧稳定性。
加入中碳锰铁，能有效提高熔敷金属的强度。具有很好的脱氧脱硫效果，大大减少热裂纹的倾向。当锰含量过高时，熔敷金属韧性会下降。
微晶纤维素属有机物，提高了焊条引弧及再引弧性能。高温作用下分解出大量气体，增强了气保护作用，电弧吹力大，有挺度，焊条平角焊接熔渣稳定、熔深大。同时可提高焊条压涂性能。加入过量会引起焊接熔点过低，电弧稳定性变差。
由云母、长石、白泥组成的硅酸盐矿粉组合，焊条粉料具有非常好的粘性和可塑性，解决了高金属粉焊条压涂性差的问题。此组合加入10-15份，熔渣流动性适中，熔滴过渡细腻，电弧柔和，加入过少熔渣流动性差，保护不足；加入过多熔渣过于流动，影响焊接操作。
钛铁中的Ti是强烈的脱氧元素。同时Ti和N能生成TiN降低N的活度，TiN质点作为晶核，促进焊缝金属形成细小的针状铁素体，降低焊缝气孔敏感性。从而提高焊缝金属低温冲击韧性。
加入铁粉用于增加焊接熔敷效率。同时铁粉能净化溶池，细化晶粒，提高焊缝冲击韧性。但加入过多会稀释其它组分，不利于焊条压涂。
相对于现有技术，本发明所述的高韧性高效率焊条，具有以下优势：
(1)本发明所述的焊条熔敷效率达到180％以上，焊接效率高，对于较厚钢板焊接，优越性更大。
(2)本发明所述的焊条具有优异的焊接工艺性能，焊接电弧稳定，易脱渣，焊接飞溅烟尘极少，电弧吹力足，熔深大。焊条焊接渣水流动性适中，焊条平焊、平角焊焊缝平整美观。
(3)本发明所述的焊条使用人造金红石代替传统天然金红石及还原钛铁矿，焊条生产成本大幅度降低同时，焊接工艺性能优秀。
(4)本发明所述的焊条熔敷金属力学性能优异。熔敷金属抗拉强度≥490MPa，屈服强度≥400MPa，断后伸长率≥22％。焊条熔敷金属冲击韧性高。-20℃低温冲击吸收能量达到80J以上。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明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。
下面结合实施例来详细说明本发明。
一种高韧性高效率焊条，采用H08A盘条制成直径φ4.0mm焊芯；其制备步骤包括，取药皮各成分粉料；将粉料混合均匀后，加入药粉总成分质量20％的水玻璃作为药皮粘结剂搅拌混合均匀；送入焊条压涂机内将其裹覆于焊芯上，再经低温100℃烘焙1小时，高温200℃烘焙1小时，制造成长400mm、规格为4.0mm的焊条。所述药皮占焊条总重量的比例为55％。
以下实施例中1份数为1Kg，或者其他单位重量。
实施例1
一种高韧性高效率焊条，药皮粉料，包括如下重量份数的组分，人造金红石18份、长石4份、白泥6份、云母2份、大理石8份、萤石2份、中碳锰铁6份、钛铁合金4份、微晶纤维素3份、铁粉62份。
药皮的组分中：人造金红石中TiO2质量含量≥90.0％、S质量含量≤0.010％、P质量含量≤0.010％；长石中SiO2质量含量60～65％、Al2O3质量含量15～25％、K2O质量含量≥7％、S质量含量≤0.020％、P质量含量≤0.045％；白泥中SiO2质量含量55～75％、Al2O3质量含量15～25％、S质量含量≤0.030％、P质量含量≤0.030％，100％通过目数为100目；云母中SiO2质量含量38～43％、AL2O3质量含量24～29％、K2O质量含量9～12％、S质量含量≤0.030％、P质量含量≤0.030％；大理石中CaCO3质量含量≥95％、S质量含量≤0.020、P质量含量≤0.020；萤石中CaF质量含量≥95％、SiO2质量含量≤4.5％、S质量含量≤0.020％、P质量含量≤0.030％；中碳锰铁中Mn质量含量78～85％、C质量含量≤1.5％、S质量含量≤0.020％、P质量含量≤0.020％；钛铁合金中Ti质量含量25～35％、S质量含量≤0.020％、P质量含量≤0.050％；铁粉中Fe质量含量≥98％、S质量含量≤0.020％、P质量含量≤0.050％
实施例2
一种高韧性高效率焊条，其药皮粉料，包括如下重量份数的组分，人造金红石24份、长石3份、白泥8份、云母1份、大理石6份、萤石3份、中碳锰铁7份、钛铁合金3份、微晶纤维素4份、铁粉56份。药皮中药粉的化学成分质量含量同实施例1。
实施例3
一种高韧性高效率焊条，药皮粉料，包括如下重量份数的组分，人造金红石28份、长石6份、白泥4份、云母5份、大理石5份、萤石4份、中碳锰铁10份、钛铁合金2份、微晶纤维素1份、铁粉52份。药皮中药粉的化学成分质量含量同实施例1。
对比例1：
一种酸性焊条，药皮粉料，包括如下重量份数的组分，人造金红石28份、长石10份、硅微粉5份、大理石5份、萤石4份、中碳锰铁10份、钛铁合金2份、铁粉53份。
对比例2
一种酸性焊条，药皮粉料，包括如下重量份数的组分，还原钛铁矿30份、天然金红石23份、大理石10份、伊利石8份、娟云母8份、云母6份、中碳锰铁5份、铝粉3份、镁粉3份、硅铁2份、微晶纤维素2份。
以上实施例、对照例焊条制造过程中，实施例1、2、3焊条粉料湿料粘性、塑性、流动高，压涂性好。对比例1焊条粉料湿料散，粘性差，不易压涂，成材率低。对比例2焊条药皮粉料金属粉料少，不涉及压涂问题。
将以上实施例、对照例所得的焊条进行熔敷效率试验，实验结果如表一所示。
表一本发明焊条熔敷效率试验
Figure BDA0002921850740000061
Figure BDA0002921850740000071
将以上实施例、对照例所得的焊条按照GB 5117-2012进行焊接力学性能试验，实验结果如表二所示。
表二本发明焊条焊接力学性能试验
Figure BDA0002921850740000072
将以上实施例、对照例所得的焊条进行焊接工艺性能试验，实验结果如表三所示。
表三本发明焊条焊接工艺性能
Figure BDA0002921850740000073
Figure BDA0002921850740000081
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高韧性高效率焊条，其特征在于：包括碳钢焊芯及裹覆于碳钢焊芯表面的药皮；药皮粉料包括如下重量份数的组分，人造金红石18～28份、长石2～8份、白泥2～8份、云母1～5份、大理石5～10份、萤石2～4份、中碳锰铁5～10份、钛铁合金2～5份、微晶纤维素1～5份、铁粉50～65份。
2.根据权利要求1所述的高韧性高效率焊条，其特征在于：云母、长石和白泥的重量份数之和为10-15份。
3.根据权利要求1所述的高韧性高效率焊条，其特征在于：药皮的组分中：人造金红石中TiO2质量含量≥90.0％、S质量含量≤0.010％、P质量含量≤0.010％；长石中SiO2质量含量60～65％、Al2O3质量含量15～25％、K2O质量含量≥7％、S质量含量≤0.020％、P质量含量≤0.045％；白泥中SiO2质量含量55～75％、Al2O3质量含量15～25％、S质量含量≤0.030％、P质量含量≤0.030％，100％通过目数为100目；云母中SiO2质量含量38～43％、AL2O3质量含量24～29％、K2O质量含量9～12％、S质量含量≤0.030％、P质量含量≤0.030％；大理石中CaCO3质量含量≥95％、S质量含量≤0.020、P质量含量≤0.020；萤石中CaF质量含量≥95％、SiO2质量含量≤4.5％、S质量含量≤0.020％、P质量含量≤0.030％；中碳锰铁中Mn质量含量78～85％、C质量含量≤1.5％、S质量含量≤0.020％、P质量含量≤0.020％；钛铁合金中Ti质量含量25～35％、S质量含量≤0.020％、P质量含量≤0.050％；铁粉中Fe质量含量≥98％、S质量含量≤0.020％、P质量含量≤0.050％。
4.根据权利要求1所述的高韧性高效率焊条，其特征在于：所述碳钢焊芯的原料为H08A盘条。
5.根据权利要求1所述的高韧性高效率焊条，其特征在于：所述药皮占焊条总重量的50-60％。
6.根据权利要求1所述的高韧性高效率焊条，其特征在于：所述的药皮还包括作为粘结剂的高模钠水玻璃，水玻璃模数为2.9-3.1。
7.一种制备如权利要求1-6任一项所述的高韧性高效率焊条的方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一、将药皮各成分粉料按比例混合均匀，制得混合药粉；
步骤二、加入混合药粉总成分质量18-22％的水玻璃搅拌混合均匀，送入焊条压涂机内将其裹覆于焊芯上，制得初品；
步骤三、将初品经低温80-120℃烘焙40-80分钟，高温160-200℃烘焙1-2小时，制得高韧性高效率焊条。
8.根据权利要求1-6任一项所述的高韧性高效率焊条在低碳钢和低合金钢的平焊及平角焊中的应用。
9.根据权利要求7所述的制备方法制得的高韧性高效率焊条在低碳钢和低合金钢的平焊及平角焊中的应用。
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