CN113231758B - 一种熔渣覆盖率高且焊后易脱渣的焊条 - Google Patents
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Abstract
本发明属于焊接材料领域，具体是一种熔渣覆盖率高且焊后易脱渣的焊条，包括金属焊芯和药皮，药皮的化学成分按质量百分比计为：玻璃粉6％‑9％，氟化钪粉5％‑8％，50目‑80目的蓝晶石粉8％‑10％，铯榴石粉3％‑6％，纳米二氧化钛粉8％‑12％，钾长石粉6％‑9％，氧化镁粉2％‑4％，氧化铁粉5％‑8％，硅铁粉3％‑6％，锰铁粉4％‑6％，余量为碳酸钙粉。本发明焊后形成的玻璃态熔渣覆盖率高，对熔池形成过程及凝固过程保护效果好；氟化钪与50目‑80目的蓝晶石相结合，焊接时所形成的熔渣冷却后脱渣性极好，多层多道焊时不会产生夹渣现象，得到的熔敷金属力学性能高。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体是一种熔渣覆盖率高且焊后易脱渣的焊条。
背景技术
随着现代工业技术的发展，新材料不断研制出来，众所周知，所有材料只有形成结构件才能具备使用价值，焊接是形成结构件最直接最便捷的方式，而焊接材料又是焊接技术中的重要组成部分，研制高性能焊接材料已成为材料成型领域的重要任务。
常用的焊接材料有四种：焊条、焊丝(包括实芯焊丝和药芯焊丝)、焊剂和钎料，而焊条和药芯焊丝在机械制造、化工设备、海洋工程、压力容器、建筑结构、车辆船舶等领域得到了广泛的应用，是工业上应用最多的焊接材料。
目前常用的焊条或药芯焊丝存在的问题是：熔渣的保护效果不好，易形成气孔等焊接缺陷，降低了焊缝的力学性能。为了增强熔渣的保护效果，科技工作者进行了大量的研究工作。申请号为202010179321.8的中国专利公开了一种氧化铁系全位置自保护焊丝(申请日期为2020年3月14日)，采用的药芯粉中含有质量分数为0.1％-0.5％的玻璃粉，部分改善了熔渣的覆盖性。但该专利的技术方案存在如下缺陷：因为无法突破玻璃粉使用量的上限(0.5％)，造成熔渣的覆盖性仍不完善，表现在抗拉强度最高为632MPa，而低温冲击韧性(-40℃)最高为84J，不能完全满足结构钢的焊接。如果增大玻璃粉的含量，对提高熔渣的覆盖率有所改善，但却会造成脱渣困难，在宽厚板的焊接尤其是多层多道焊接时，易形成夹渣等焊接缺陷，降低焊缝的力学性能。
如何解决上述问题，是本领域科技人员工作的当务之急。
发明内容
本发明的目的是提供一种熔渣覆盖率高且焊后易脱渣的焊条，解决如下技术问题：焊接时熔渣的覆盖率高且焊后容易脱渣。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种熔渣覆盖率高且焊后易脱渣的焊条，包括金属焊芯和药皮，所述金属焊芯垂直长度方向的截面为圆形，所述药皮均匀包裹在金属焊芯外部。
所述药皮的化学成分按质量百分比计为：玻璃粉6％-9％，氟化钪粉5％-8％，50目-80目的蓝晶石粉8％-10％，铯榴石粉3％-6％，纳米二氧化钛粉8％-12％，钾长石粉6％-9％，氧化镁粉2％-4％，氧化铁粉5％-8％，硅铁粉3％-6％，锰铁粉4％-6％，余量为碳酸钙粉。
所述药皮的化学成分按质量百分比计为：玻璃粉7.5％，氟化钪粉6.5％，50目-80目的蓝晶石粉9％，铯榴石粉4.5％，纳米二氧化钛粉10％，钾长石粉7.5％，氧化镁粉3％，氧化铁粉6.5％，硅铁粉4.5％，锰铁粉5％，余量为碳酸钙粉。
进一步的，所述玻璃粉的粒径为300目-400目。
进一步的，所述氟化钪粉的粒径为200目-300目。
进一步的，所述铯榴石粉的粒径为200目-300目。铯榴石含有一定量的铷、铯元素，其电离电位低，可有效抵消氟化钪产生的氟离子对电弧的恶化作用。
进一步的，所述纳米二氧化钛粉的粒径为20nm-50nm。纳米二氧化钛粉的存在，既增大了熔渣的覆盖率，又利于电弧的稳定燃烧，还可显著降低焊接时的飞溅现象。
进一步的，所述钾长石粉的粒径为100目-200目。
进一步的，所述氧化镁粉的粒径为100目-200目。
进一步的，所述氧化铁粉的粒径为100目-200目。
进一步的，所述硅铁粉的粒径为100目-200目。
进一步的，所述锰铁粉的粒径为100目-200目。
进一步的，所述碳酸钙粉的粒径为100目-200目。
所述金属焊芯为碳钢焊芯、合金钢焊芯、不锈钢焊芯的任意一种。
所述金属焊芯直径为2.0mm-8.0mm，优选3.2mm-6.0mm。
所述药皮的厚度为金属焊芯直径的10％-25％。
本发明具有以下有益技术效果：
1、本发明中玻璃粉的使用量为6％-9％，远高于常规技术所采用的数值，形成的玻璃态熔渣覆盖率高，对熔池形成过程及凝固过程保护效果好，得到的熔敷金属的力学性能高。
2、为了改善玻璃粉用量增加而导致的脱渣困难问题，本发明中采用的氟化钪具有热缩冷胀的性质，而蓝晶石则具有不可逆的热胀性(即受热膨胀后再冷却不会收缩)，氟化钪与50目-80目的蓝晶石相结合，使焊接时所形成的熔渣冷却后脱渣性极好，多层多道焊时不会产生夹渣现象，得到的熔敷金属力学性能高。
3、实验表明：采用本申请制备的焊条焊接后，得到的熔敷金属的力学性能高，抗拉强度最小值为1006MPa，低温(-40℃)冲击吸收能量最小值为109J，可以满足绝大多数结构钢的焊接需要。
需要说明的是，本发明中玻璃粉、氟化钪、蓝晶石三种物质相互配合，相互支撑，配以常规必需的其他物质，构成了本发明药皮组成的技术方案，并非某一种物质起了决定性作用，组合物的结合才是本发明创造的核心。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步解释说明，但本发明的保护范围不限于具体的实施方式。
实施例1：
一种熔渣覆盖率高且焊后易脱渣的焊条，包括金属焊芯和药皮，金属焊芯垂直长度方向的截面为圆形，药皮均匀包裹在金属焊芯外部。
药皮的化学成分按质量百分比计为：玻璃粉7.5％，氟化钪粉6.5％，50目-80目的蓝晶石粉9％，铯榴石粉4.5％，纳米二氧化钛粉10％，钾长石粉7.5％，氧化镁粉3％，氧化铁粉6.5％，硅铁粉4.5％，锰铁粉5％，余量为碳酸钙粉。
玻璃粉的粒径为300目-400目。
氟化钪粉的粒径为200目-300目，铯榴石粉的粒径为200目-300目。
纳米二氧化钛粉的粒径为20nm-50nm。
钾长石粉的粒径为100目-200目，氧化镁粉的粒径为100目-200目，氧化铁粉的粒径为100目-200目，硅铁粉的粒径为100目-200目，锰铁粉的粒径为100目-200目，碳酸钙粉的粒径为100目-200目。
金属焊芯为合金钢焊芯，金属焊芯直径为4.0mm。
药皮的厚度为金属焊芯直径的18％。
实施例2：
一种熔渣覆盖率高且焊后易脱渣的焊条，包括金属焊芯和药皮，金属焊芯垂直长度方向的截面为圆形，药皮均匀包裹在金属焊芯外部。
药皮的化学成分按质量百分比计为：玻璃粉6％，氟化钪粉5％，50目-80目的蓝晶石粉8％，铯榴石粉3％，纳米二氧化钛粉8％，钾长石粉6％，氧化镁粉2％，氧化铁粉5％，硅铁粉3％，锰铁粉4％，余量为碳酸钙粉。
玻璃粉的粒径为300目-400目。
氟化钪粉的粒径为200目-300目，铯榴石粉的粒径为200目-300目。
纳米二氧化钛粉的粒径为20nm-50nm。
钾长石粉的粒径为100目-200目，氧化镁粉的粒径为100目-200目，氧化铁粉的粒径为100目-200目，硅铁粉的粒径为100目-200目，锰铁粉的粒径为100目-200目，碳酸钙粉的粒径为100目-200目。
金属焊芯为碳钢焊芯，金属焊芯直径为2.0mm。
药皮的厚度为金属焊芯直径的10％。
实施例3：
一种熔渣覆盖率高且焊后易脱渣的焊条，包括金属焊芯和药皮，金属焊芯垂直长度方向的截面为圆形，药皮均匀包裹在金属焊芯外部。
药皮的化学成分按质量百分比计为：玻璃粉9％，氟化钪粉8％，50目-80目的蓝晶石粉10％，铯榴石粉6％，纳米二氧化钛粉12％，钾长石粉9％，氧化镁粉4％，氧化铁粉8％，硅铁粉6％，锰铁粉6％，余量为碳酸钙粉。
玻璃粉的粒径为300目-400目。
氟化钪粉的粒径为200目-300目，铯榴石粉的粒径为200目-300目。
纳米二氧化钛粉的粒径为20nm-50nm。
钾长石粉的粒径为100目-200目，氧化镁粉的粒径为100目-200目，氧化铁粉的粒径为100目-200目，硅铁粉的粒径为100目-200目，锰铁粉的粒径为100目-200目，碳酸钙粉的粒径为100目-200目。
金属焊芯为不锈钢焊芯，金属焊芯直径为8.0mm。
药皮的厚度为金属焊芯直径的25％。
对比例1：
按实比例1制备焊条，但药皮成分中玻璃粉的含量为5％。
对比例2：
按实比例1制备焊条，但药皮成分中玻璃粉的含量为10％。
对比例3：
按实比例1制备焊条，但药皮成分中无玻璃粉。
对比例4：
按实比例1制备焊条，但药皮成分中无氟化钪粉。
对比例5：
按实比例1制备焊条，但药皮成分中无蓝晶石粉。
对比例6：
按实比例1制备焊条，但药皮成分中无氟化钪粉，也无蓝晶石粉。
对比例7：
按实比例1制备焊条，但将药皮成分中的氟化钪粉换成相应质量的氟化钙粉。
对比例8：
按实比例1制备焊条，但药皮成分中蓝晶石粉的粒径＞80目。
将实施例1-3、对比例1-8制备焊条，在厚度为15mm的40Cr钢板上进行对接焊接试验，开Y形坡口，进行多层多道焊接，焊缝冷却后目测熔渣覆盖率，按《焊接材料手册》(龙伟民、陈永主编，ISBN978-7-111-46777-9，机械工业出版社，2014年7月)中公式3-1测试脱渣率，按GB/T 2652－2008《焊缝及熔敷金属拉伸试验方法》、GB/T 2650－2008《焊接接头冲击试验方法》进行实验测定熔敷金属的抗拉强度和-40℃冲击吸收能量。
实施例和对比例每例进行10次实验后取10个结果的平均值。
实施例与对比例的结果见表1。
表1
| 项目 | 熔渣覆盖率/％ | 脱渣率/％ | 抗拉强度/MPa | -40℃冲击吸收能量/J |
| 实施例1 | 100 | 100 | 1020 | 110 |
| 实施例2 | 100 | 100 | 1006 | 109 |
| 实施例3 | 100 | 100 | 1055 | 112 |
| 对比例1 | 80 | 100 | 870 | 92 |
| 对比例2 | 100 | 82 | 880 | 91 |
| 对比例3 | 60 | 100 | 796 | 89 |
| 对比例4 | 100 | 76 | 822 | 93 |
| 对比例5 | 100 | 79 | 818 | 94 |
| 对比例6 | 100 | 52 | 802 | 90 |
| 对比例7 | 100 | 80 | 910 | 96 |
| 对比例8 | 100 | 97 | 952 | 101 |
从实施例和对比例中可以看出：①玻璃粉的含量小于6％时，熔渣覆盖率达不到100％，熔敷金属力学性能较低；②玻璃粉的含量大于9％时，脱渣率达不到100％，多层多道焊时易形成夹渣缺陷，熔敷金属力学性能较低；③药皮中不含玻璃粉时，熔渣覆盖率差，熔敷金属力学性能低；④药皮中不含氟化钪粉、或蓝晶石粉、或两种均不存在时，脱渣率低，多层多道焊时易形成夹渣缺陷，熔敷金属力学性能差；⑤将药皮成分中的氟化钪粉换成相应质量的氟化钙粉后，没有钪的强化作用，力学性能较低；⑥蓝晶石粉的粒径变小(目数变大)后，脱渣难度增大，力学性能较低。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种熔渣覆盖率高且焊后易脱渣的焊条，包括金属焊芯和药皮，其特征在于：所述金属焊芯垂直长度方向的截面为圆形，所述药皮均匀包裹在金属焊芯外部；
所述药皮的化学成分按质量百分比计为：玻璃粉6%-9%，氟化钪粉5%-8%，50目-80目的蓝晶石粉8%-10%，铯榴石粉3%-6%，纳米二氧化钛粉8%-12%，钾长石粉6%-9%，氧化镁粉2%-4%，氧化铁粉5%-8%，硅铁粉3%-6%，锰铁粉4%-6%，余量为碳酸钙粉；
所述金属焊芯为碳钢焊芯、合金钢焊芯、不锈钢焊芯的任意一种。
2.根据权利要求1所述的熔渣覆盖率高且焊后易脱渣的焊条，其特征在于：所述药皮的化学成分按质量百分比计为：玻璃粉7.5%，氟化钪粉6.5%，50目-80目的蓝晶石粉9%，铯榴石粉4.5%，纳米二氧化钛粉10%，钾长石粉7.5%，氧化镁粉3%，氧化铁粉6.5%，硅铁粉4.5%，锰铁粉5%，余量为碳酸钙粉。
3.根据权利要求1所述的熔渣覆盖率高且焊后易脱渣的焊条，其特征在于：所述金属焊芯直径为2.0mm-8.0mm。
4.根据权利要求1所述的熔渣覆盖率高且焊后易脱渣的焊条，其特征在于：所述药皮的厚度为金属焊芯直径的10%-25%。
5.根据权利要求1所述的熔渣覆盖率高且焊后易脱渣的焊条，其特征在于：所述玻璃粉的粒径为300目-400目。
6.根据权利要求1所述的熔渣覆盖率高且焊后易脱渣的焊条，其特征在于：所述氟化钪粉的粒径为200目-300目，所述铯榴石粉的粒径为200目-300目。
7.根据权利要求1所述的熔渣覆盖率高且焊后易脱渣的焊条，其特征在于：所述纳米二氧化钛粉的粒径为20nm-50nm。
8.根据权利要求1所述的熔渣覆盖率高且焊后易脱渣的焊条，其特征在于：所述钾长石粉的粒径为100目-200目，所述氧化镁粉的粒径为100目-200目，所述氧化铁粉的粒径为100目-200目，所述硅铁粉的粒径为100目-200目，所述锰铁粉的粒径为100目-200目，所述碳酸钙粉的粒径为100目-200目。
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