CN114310030A

CN114310030A - 一种可热处理的抗裂高韧性焊条

Info

Publication number: CN114310030A
Application number: CN202111413000.0A
Authority: CN
Inventors: 蔡俊; 杨恒闯; 刘�东; 张翔; 贾波; 汪涛; 续杰
Original assignee: Wuhan Temo Welding Consumables Co ltd
Current assignee: Wuhan Temo Welding Consumables Co ltd
Priority date: 2021-11-25
Filing date: 2021-11-25
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2041-11-25
Also published as: CN114310030B

Abstract

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种可热处理的抗裂高韧性焊条，包括焊芯以及涂覆于所述焊芯表面的药皮，其特征在于，所述药皮的组分及各组分占所述药皮的质量百分含量如下：大理石25％～35％、萤石15％‑25％、金红石2％～5％、石英2％～4％、硅铁5％～8％、金属锰2％～5％、钼铁1％～3％、金属镍6％～10％、镁铝合金1％～3％、氧化钇0.5％～1.5％、纯碱0.5％～1.0％、铁粉余量。本发明提供的可热处理的抗裂高韧性焊条，通过药皮向熔敷金属过渡适量的Ni、Mo及其他合金元素，使焊接金属在焊态及热处理态均具有优异的力学性能及抗裂性能；进行30mm厚板的刚性拘束焊接裂纹试验时，焊态及热处理态在焊缝表面及断面均无裂纹产生。

Description

一种可热处理的抗裂高韧性焊条

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种可热处理的抗裂高韧性焊条。

背景技术

厚板焊接时其结构自身存在拘束，且在焊接过程中采用外部拘束限制焊接接头宏观变形，将在焊接结构中引入较大的残余应力，危害焊接结构的服役安全性与可靠性。因此工程中厚板焊接结构一般要求进行焊后热处理来消除焊接接头的残余应力，降低焊接接头的冷裂纹敏感性。大量的研究表明，低合金钢焊缝金属采用600℃～700℃保温2小时的热处理时，会使得焊缝金属组织中析出碳化物，由于焊缝金属的碳含量低，且热处理过程会使碳化物球化，从而使焊缝金属韧度提升。

但针对厚板，热处理时间需要根据厚度适当延长。当热处理时间延长时，会伴随金相组织的长大、粗化以及析出物长大，最终导致焊缝金属力学性能变差。

国内目前有京雷、大西洋、巴山等厂家可提供可热处理焊接材料，但热处理制度通常为500℃～650℃×2h，暂无针对650℃×6h热处理条件下的具有优良抗裂性的高韧焊条。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种可热处理的抗裂高韧性焊条，在焊态及热处理态均具有优异的力学性能及抗裂性能，进行30mm-80mm厚板的刚性拘束焊接裂纹试验时，焊态及热处理在焊缝表面及断面均无裂纹产生。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种可热处理的抗裂高韧性焊条，包括焊芯以及涂覆于所述焊芯表面的药皮，其特征在于，所述药皮的组分及各组分占所述药皮的质量百分含量如下：大理石25％～35％、萤石15％-25％、金红石2％～5％、石英2％～4％、硅铁5％～8％、金属锰2％～5％、钼铁1％～3％、金属镍6％～10％、镁铝合金1％～3％、氧化钇0.5％～1.5％、纯碱0.5％～1.0％、铁粉余量。

优化地，所述药皮的组分及各组分占所述药皮的质量百分含量如下：大理石28％、萤石22％、金红石3％、石英2％、硅铁7％、金属锰3％、钼铁1.2％、金属镍8％、镁铝合金2.8％、氧化钇0.5％、纯碱0.5％、铁粉22％。

优化地，所述药皮的组分及各组分占所述药皮的质量百分含量如下：大理石34％、萤石15％、金红石5％、石英3％、硅铁5％、金属锰5％、钼铁2.0％、金属镍6％、镁铝合金1.5％、氧化钇1.0％、纯碱1.0％、铁粉21.5％。

优化地，所述药皮的组分及各组分占所述药皮的质量百分含量如下：大理石30％、萤石18％、金红石4％、石英2％、硅铁6％、金属锰2％、钼铁2.8％、金属镍10％、镁铝合金1.5％、氧化钇1.3％、纯碱0.8％、铁粉21.6％。

优化地，所述药皮的组分及各组分占所述药皮的质量百分含量如下：大理石26％、萤石20％、金红石2％、石英4％、硅铁8％、金属锰2％、钼铁1.3％、金属镍9％、镁铝合金2.5％、氧化钇0.8％、纯碱0.6％、铁粉23.8％。

优化地，所述药皮的组分及各组分占所述药皮的质量百分含量如下：大理石29％、萤石20％、金红石3％、石英3％、硅铁5％、金属锰4％、钼铁1.5％、金属镍7％、镁铝合金1.2％、氧化钇1.2％、纯碱0.6％、铁粉24.5％。

进一步地，所述药皮占所述焊条总质量的30％-35％。

进一步地，所述焊芯采用H08GX型焊芯。

本发明还提供上述的可热处理的抗裂高韧性焊条的应用，所述焊条用于需焊后热处理且厚度为30mm-80mm的板材的全位置焊接。

进一步地，焊接采用直流反接式电源，焊接电流为160-165A，焊接速度为25.5cm/min。

本发明的可热处理的抗裂高韧性焊条的设计原理如下：

本发明的焊条的焊芯采用H08GX型焊芯，药皮采用CaO-CaF₂-TiO₂型碱性渣系。碱性渣系可以更好地脱氧、脱氢和脱硫，有利于提升抗裂性。为改善碱性焊条的工艺性能，通过大量试验验证，确定药皮的基本组分和含量。在药皮中添加少量的石英，石英含有大量的SiO₂，可以适当降低熔渣碱度，提高熔渣流动性。在药皮中加入少量的纯碱，增加药皮的润滑性，从而提高焊条的压涂性能。

在药皮中加入硅铁和金属锰脱氧，降低焊缝中的氧含量，降低氧化物夹杂对低温冲击韧性的危害，提高焊缝金属的低温冲击韧性；镁铝合金可以使脱氧更充分，从而进一步降低氧化物夹杂对冲击的危害；Ni元素可降低低温脆性转变温度，有利于提高低温冲击韧性。药皮中加入了少量的轻稀土氧化物氧化钇，可以高焊缝金属中的针状铁素体含量，增加夹杂物与晶界之间以及晶界抵抗裂纹形成与扩展的能力，从而提高抗裂性能。少量的Mo可细化晶粒，在回火过程中，Mo元素与C元素结合形成碳化物析出相，使基体中间隙碳原子过饱和度降低，晶格畸变程度减弱，而晶格畸变程度降低会减小基体中的晶格畸变能，从而使基体稳定化，有利于提高焊缝金属韧性。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的可热处理的抗裂高韧性焊条，通过药皮向熔敷金属过渡适量的Ni、Mo及其他合金元素，使焊接金属在焊态及热处理态均具有优异的力学性能及抗裂性能；进行30mm厚板的刚性拘束焊接裂纹试验时，焊态及热处理态在焊缝表面及断面均无裂纹产生；

(2)本发明通过对药皮组分的调整，控制焊缝金属中Ni、Mo及其他合金元素的含量，保证熔敷金属在焊态及热处理态均具有良好的力学性能和抗裂性能，其熔敷金属抗拉强度可达550MPa以上，延伸率大于22％，-60℃冲击吸收能量大于60J；

(3)本发明提供的可热处理的抗裂高韧性焊条适用于需焊后热处理的厚度为30mm-80mm的厚板焊接，也可以用于厚度小于30mm的板材焊接，可进行全位置焊接，焊接工艺性能优良，电弧稳定，焊缝成形美观。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明提供一种可热处理的抗裂高韧性焊条，包括焊芯以及涂覆于所述焊芯表面的药皮，其特征在于，所述药皮的组分及各组分占所述药皮的质量百分含量如下：大理石25％～35％、萤石15％-25％、金红石2％～5％、石英2％～4％、硅铁5％～8％、金属锰2％～5％、钼铁1％～3％、金属镍6％～10％、镁铝合金1％～3％、氧化钇0.5％～1.5％、纯碱0.5％～1.0％、铁粉余量。本发明的焊条采用直流焊接时，熔敷金属在焊态及热处理态均具有良好的力学性能和抗裂性能，其熔敷金属抗拉强度可达550MPa以上，延伸率大于22％，-60℃冲击吸收能量大于60J，且用于需焊后热处理的大厚板焊接时，焊态及热处理在焊缝表面及断面均无裂纹产生，焊缝成形美观。

本发明实施例1-5提供的可热处理的抗裂高韧性焊条中药皮的组分及各组分占所述药皮的质量百分含量如表1所示。采用实施例1-5的焊条粉料制作焊条时，除焊条粉料不同，其他工艺条件均相同；按普通碱性低氢焊条制造方法，用钾钠水玻璃作粘合剂，将混合均匀的药粉均匀的压涂在焊芯表面，制成Φ4.0mm的焊条，药皮占焊条总质量的30％，焊芯采用H08GX型焊芯。

表1实施例1-5的药皮的组分及各组分占所述药皮的质量百分含量(％)

对采用上述5个实施例的焊条粉料制得的5种焊条进行熔敷金属理化性能试验，试板坡口、尺寸、取样方法与位置均按照中国国家标准GB/T5117《非合金钢及细晶粒钢焊条》进行，刚性拘束焊接裂纹试验按照中国国家标准GB/T13817《对接接头刚性拘束焊接裂纹试验方法》进行。采用直流反接式电源进行焊接操作，焊接电流160A，焊接速度25.5cm/min，板厚为30mm。各实施例所制得的焊条的熔敷金属化学成分见表2，熔敷金属焊态力学性能见表3，熔敷金属热处理态力学性能见表4。

表2熔敷金属化学成分(质量百分比％)

	C	Mn	Si	P	S	Ni	Mo
								实施例1	0.047	0.86	0.36	0.006	0.0021	2.41	0.13
实施例2	0.044	1.04	0.32	0.008	0.0032	2.23	0.17
								实施例3	0.051	0.75	0.35	0.006	0.0045	2.71	0.23
实施例4	0.042	0.72	0.36	0.009	0.006	2.65	0.10
								实施例5	0.053	0.93	0.31	0.006	0.0046	2.54	0.15

表3熔敷金属力学性能(焊态)

表4熔敷金属力学性能(热处理态650℃×6h)

从表3和表4可以看出，本发明实施例1-5提供的焊条的熔敷金属在焊态及热处理态(650℃×6h)下，抗拉强度均可以达到550MPa以上，屈服强度均可以达到530MPa以上，断后伸长率均可以达到22％以上，-60℃冲击吸收能量均大于70J；本发明提供的焊条在焊态下和热处理态下均具有优异的力学性能。

对焊态和热处理态(650℃×6h)的刚性拘束对接接头进行刚性拘束焊接裂纹试验，结果显示两种状态下的对接接头在焊缝表面及断面均未出现裂纹；本发明提供的焊条在焊态下和热处理态下均具有优异的抗裂性能。

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

1.一种可热处理的抗裂高韧性焊条，包括焊芯以及涂覆于所述焊芯表面的药皮，其特征在于，所述药皮的组分及各组分占所述药皮的质量百分含量如下：大理石25％～35％、萤石15％-25％、金红石2％～5％、石英2％～4％、硅铁5％～8％、金属锰2％～5％、钼铁1％～3％、金属镍6％～10％、镁铝合金1％～3％、氧化钇0.5％～1.5％、纯碱0.5％～1.0％、铁粉余量。

2.如权利要求1所述的一种可热处理的抗裂高韧性焊条，其特征在于：所述药皮的组分及各组分占所述药皮的质量百分含量如下：大理石28％、萤石22％、金红石3％、石英2％、硅铁7％、金属锰3％、钼铁1.2％、金属镍8％、镁铝合金2.8％、氧化钇0.5％、纯碱0.5％、铁粉22％。

3.如权利要求1所述的一种可热处理的抗裂高韧性焊条，其特征在于：所述药皮的组分及各组分占所述药皮的质量百分含量如下：大理石34％、萤石15％、金红石5％、石英3％、硅铁5％、金属锰5％、钼铁2.0％、金属镍6％、镁铝合金1.5％、氧化钇1.0％、纯碱1.0％、铁粉21.5％。

4.如权利要求1所述的一种可热处理的抗裂高韧性焊条，其特征在于：所述药皮的组分及各组分占所述药皮的质量百分含量如下：大理石30％、萤石18％、金红石4％、石英2％、硅铁6％、金属锰2％、钼铁2.8％、金属镍10％、镁铝合金1.5％、氧化钇1.3％、纯碱0.8％、铁粉21.6％。

5.如权利要求1所述的一种可热处理的抗裂高韧性焊条，其特征在于：所述药皮的组分及各组分占所述药皮的质量百分含量如下：大理石26％、萤石20％、金红石2％、石英4％、硅铁8％、金属锰2％、钼铁1.3％、金属镍9％、镁铝合金2.5％、氧化钇0.8％、纯碱0.6％、铁粉23.8％。

6.如权利要求1所述的一种可热处理的抗裂高韧性焊条，其特征在于：所述药皮的组分及各组分占所述药皮的质量百分含量如下：大理石29％、萤石20％、金红石3％、石英3％、硅铁5％、金属锰4％、钼铁1.5％、金属镍7％、镁铝合金1.2％、氧化钇1.2％、纯碱0.6％、铁粉24.5％。

7.如权利要求1所述的一种可热处理的抗裂高韧性焊条，其特征在于：所述药皮占所述焊条总质量的30％-35％。

8.如权利要求1所述的一种可热处理的抗裂高韧性焊条，其特征在于：所述焊芯采用H08GX型焊芯。

9.如权利要求1～8任一项所述的可热处理的抗裂高韧性焊条的应用，其特征在于：所述焊条用于需焊后热处理且厚度为30mm-80mm的板材的全位置焊接。

10.如权利要求9所述的可热处理的抗裂高韧性焊条的应用，其特征在于：焊接采用直流反接式电源，焊接电流为160-165A，焊接速度为25.5cm/min。