CN115229383B - 一种免复烘焙酸性不锈钢焊条及其制备方法 - Google Patents

一种免复烘焙酸性不锈钢焊条及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于焊接材料技术领域，用以解决现有技术中存在的A102（E308‑16）型号不锈钢焊条，在使用过程中需要复烘焙的问题，公开了一种免复烘焙酸性不锈钢焊条及其制备方法，包括焊芯以及裹覆于焊芯表面的药皮，药皮的各组分按重量百分比计，二氧化钛：30.0～40.0%；长石：12.0～20.0%；碳酸盐：6.0～12.0%；煅烧云母：11.0～15.0%；氟化物：5.0～10.0%；硅灰石：1.0～5.0%；钛酸钾：8.0～10.0%；氧化钼：0.2～0.6%；CMC：0.6～1.0%；电解锰：2.0～8.0%；金属铬：2.0～10.0%；金属镍：0.5～1.0%。本发明的焊条在焊接的过程中，焊接工艺表现优良，电弧稳定，脱渣容易，飞溅小，焊缝成形美观，全位置操作性良好。熔敷金属合金元素控制合理，各项力学性能良好。

Description

一种免复烘焙酸性不锈钢焊条及其制备方法
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种免复烘焙酸性不锈钢焊条及其制备方法。
背景技术
酸性奥氏体不锈钢焊条具有优良的焊接工艺性能和理化性能，在工程中应用范围十分广泛，使用的场景也非常多。该类焊条在各类设备制造、维修改造、装饰装修等行业应用广泛，使用场景包含室内、室外的焊接，涉及干燥、潮湿等复杂的工况环境。
目前国内使用的大量酸性不锈钢焊条，具有药皮含水量较低的特点。因而，此类焊条在运输、储存中，对防潮性的要求较高，通常还要求焊条在使用前进行300℃左右的复烘焙，否则焊接时就容易产生气孔；尤其在南方地区，空气湿度大，焊条容易吸潮，复烘焙以后放置时间稍长就会大大增加气孔敏感性，这就给部分不具备复烘焙条件或者不愿意复烘焙的用户在使用上带来了诸多不便。
尤其对于A102（E308-16）此种型号的不锈钢焊条，其用户和市场实际需求较大。因此，本申请旨在解决不锈钢焊条在使用中免复烘焙的问题，用以提供给用户在使用上的便利，同时提升用户的使用效率。
发明内容
本发明用以解决现有技术存在的A102（E308-16) 型号不锈钢焊条，在使用过程中需要复烘焙的问题。
具体地，
第一，本发明提供了一种免复烘焙酸性不锈钢焊条，包括焊芯以及裹覆于焊芯表面的药皮，药皮的各组分按重量百分比计，
二氧化钛：30.0～40.0%；长石：12.0～20.0%；碳酸盐：6.0～12.0%；煅烧云母：11.0～15.0%；氟化物：5.0～10.0%；硅灰石：1.0～5.0%；钛酸钾：8.0～10.0%；氧化钼：0.2～0.6%；CMC：0.6～1.0%；电解锰：2.0～8.0%；金属铬：2.0～10.0%；金属镍：0.5～1.0%。
第二，本发明提供了一种免复烘焙酸性不锈钢焊条的制备方法，包括如下步骤：
（1）将药皮原料各组分按配比混合均匀后，加入粘接剂，经混合得到混合物；
（2）将步骤（1）中制备的混合物和焊芯加至压条机中，于焊芯的表面制备药皮，再经第一烘焙、第二烘焙，制得所述焊条。
该发明中，免复烘焙酸性不锈钢焊条的设定理由如下：
（二氧化钛：30.0～40.0%）
二氧化钛（TiO2，包含金红石、钛白粉等）是本发明中药皮组分的主要组成成分，TiO2是酸性氧化物，是该焊条的主要造渣材料，能改善渣的物理性能，稳定电弧，改善熔滴过渡方式，改善熔渣覆盖性，改善脱渣性，使焊缝成形美观，利于全位置的焊接。本发明中将TiO2控制在30.0～40.0%，若含量过低会导致电弧稳定性和渣保护不足，影响焊缝金属的理化性能和焊接工艺性，相应的，若TiO2含量过高会使熔渣黏稠度过高，不利于焊缝气孔的排除，也会使电弧区域气体不足导致焊缝保护不好形成焊接缺陷。
（碳酸盐：6.0～12.0%）
碳酸盐（CaCO3，MgCO3等）在电弧中分解释放出CO2，从而隔离液态金属与大气接触并保护金属过渡，同时降低电弧气氛中氢气和氮气的分压，降低焊缝焊接气孔的产生。金属碳酸盐还具有产生碱性熔渣的作用，并具有一定的去除熔渣中硫磷等杂质的能力。在酸性焊条中碳酸盐这类碱性氧化物不宜太多，本发明中将碳酸盐控制在6.0～12.0%较为合适。
（煅烧云母：11.0～15.0%）
煅烧云母（主要成分是SiO2、Al2O3、K2O、Na2O）属于重要的造渣材料属于酸性氧化物，添加到药皮中可以稳定电弧，改善熔渣的物理特性，与其他造渣成分共同作用调整熔渣形态，云母的层片状结构有利于改善焊条药皮的涂压性、提高药皮强度，因云母含有一定的水分，经煅烧后可以降低水分，改善焊接气孔敏感性。
试验证明该焊条中煅烧云母控制在11.0～15.0 %较为合适。
（氟化物：5.0～10.0%）
氟化物（CaF2、冰晶石等）在焊条中是一种造渣剂、稀释剂并能起到去氢作用，CaF2在焊接电弧作用下电离出F-，能降低电弧气氛中氢的分压，对改善焊缝气孔敏感性具有重要作用，氟化物能够降低熔渣熔点，改善焊接金属的流动性，优化焊缝成形。若氟化物含量过高则电弧稳定性变差，焊条飞溅变大。本发明中将氟化物含量控制在5.0～10.0%，焊接性能较好。
（硅灰石：1.0～5.0%）
硅灰石（主要成分为SiO2、CaO）是一种略偏碱性的造渣材料，在该焊条中主要用于改善熔渣物理特性、调节熔渣状态，利于焊接熔池中杂质的排出，同时调整熔渣的流动状态；本发明中将其含量控制在1.0～5.0%。
（钛酸钾：8.0～10.0%）
钛酸钾（主要成分为TiO2和K2O）是一种酸性氧化物，能够较好地改善焊条焊接过程中的电弧稳定性，在造渣的同时还能在一定程度上提高焊条的压涂性能；本发明中将其含量控制在8.0～10.0%。
（氧化钼：0.2～0.6%）
氧化钼是一种低熔点物质，在酸性不锈钢焊条中可以在熔渣与焊缝金属间形成一层低熔点的膜层，有利于改善焊条的脱渣性能，但其加入量不能过高，否则容易引起焊缝裂纹；本发明中将其含量控制在0.2～0.6%。
（CMC：0.6～1.0%）
CMC的主要成分为C、H、O，主要作用是增加涂料滑性和粘性改善圧涂性能，有一定稳弧、造气的辅助效果。若加入量小于0.6 %，对药皮滑性和粘性的改善作用不明显，若含量大于1%，极易使药皮吸潮，增加焊接飞溅，药皮变脆；因而，本发明中将其含量控制在0.6～1.0 %为宜。
（电解锰：2.0～8.0%、金属铬：2.0～10.0%、金属镍：0.5～1.0%）
电解锰、金属铬、金属镍主要为过渡合金元素，与母材成分匹配，保证焊缝理化性能满足要求，电解锰还具有一定的脱氧效果。
（长石：12.0~20.0%）长石（主要成分是SiO2、Al2O3、K2O、Na2O）是较为主要的造渣材料，属于酸性氧化物，添加到药皮中用以稳定电弧，改善熔渣的物理特性，与其他造渣成分共同作用调整熔渣形态。
<本发明的有益效果>
（1）本发明的焊条在焊接的过程中，焊接工艺表现优良，电弧稳定，脱渣容易，飞溅小，焊缝成形美观，全位置操作性良好。熔敷金属合金元素控制合理，各项力学性能良好。
（2）本发明的焊条在正常包装情况下焊条开包就能直接施焊，其气孔敏感性小，免去市售同种类型焊条需要进行300℃左右复烘焙的要求。
附图说明
图1为样品放置1天得到的焊道照片（图中5#为免复烘焙A102焊条）；
图2为样品放置2天得到的焊道照片（图中5#为免复烘焙A102焊条）；
图3为样品放置3天得到的焊道照片（图中5#为免复烘焙A102焊条）；
图4为样品放置4天得到的焊道照片（图中5#为免复烘焙A102焊条）；
图5为A102免复烘焙焊条放置5天得到的焊道照片；
图6为A102常规焊条放置5天得到的焊道照片；
图7为A102免复烘焙焊条放置6天得到的焊道照片；
图8为A102常规焊条放置6天得到的焊道照片。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
第一，本发明提供了一种免复烘焙酸性不锈钢焊条，包括焊芯以及裹覆于焊芯表面的药皮，药皮的各组分按重量百分比计，
二氧化钛：30.0～40.0%；长石：12.0～20.0%；碳酸盐：6.0～12.0%；煅烧云母：11.0～15.0%；氟化物：5.0～10.0%；硅灰石：1.0～5.0%；钛酸钾：8.0～10.0%；氧化钼：0.2～0.6%；CMC：0.6～1.0%；电解锰：2.0～8.0%；金属铬：2.0～10.0%；金属镍：0.5～1.0%。
进一步地，药皮的各组分按重量百分比计，
二氧化钛：30.0～39.0%；长石：12.0～15.0%；碳酸盐：6.0～9.0%；煅烧云母：11.0～14.0%；氟化物：5.0～9.0%；硅灰石：2.0～4.0%；钛酸钾：8.0～10.0%；氧化钼：0.3～0.5%；CMC：0.6～1.0%；电解锰：2.0～6.0%；金属铬：4.0～10.0%；金属镍：0.5～1.0%。
优选地，药皮的各组分按重量百分比计，
二氧化钛：30.0%；长石：14.0%；碳酸盐：9.0%；煅烧云母：11.5%；氟化物：7.0%；硅灰石：4.0%；钛酸钾：9.0%；氧化钼：0.3%；CMC：0.6%；电解锰：4%；金属铬：10.0%；金属镍：0.6%。
优选地，药皮的各组分按重量百分比计，
二氧化钛：34.0%；长石：12.5%；碳酸盐：8.0%；煅烧云母：13.0%；氟化物：9.0%；硅灰石：3.0%；钛酸钾：10.0%；氧化钼：0.4%；CMC：0.8%；电解锰：2%；金属铬：6.5%；金属镍：0.8%。
优选地，药皮的各组分按重量百分比计，
二氧化钛：39.0%；长石：13.0%；碳酸盐：6.0%；煅烧云母：14.0%；氟化物：5.0%；硅灰石：2.0%；钛酸钾：8.5%；氧化钼：0.5%；CMC：1.0%；电解锰：6%；金属铬：4.0%；金属镍：1.0%。
进一步地，焊芯的化学成分按重量百分比计，
C:≤0.05%；Mn:1.75～2.50%；Si:≤0.30%；S:≤0.020%；P:≤0.025%；Cr:18.5～22.0%；Ni:9.5～11.0%；Mo:≤0.20%；Cu:≤0.20%；N:≤0.060%；余量为Fe。
本发明中，药皮与焊芯的质量比为3:7。
第二，本发明提供了一种免复烘焙酸性不锈钢焊条的制备方法，包括如下步骤：
（1）将药皮原料各组分按配比混合均匀后，加入粘接剂，经混合得到混合物；
（2）将步骤（1）中制备的混合物和焊芯加至压条机中，于焊芯的表面制备药皮，再经第一烘焙、第二烘焙，制得所述焊条。
进一步地，步骤（1）中，粘接剂与药皮原料的重量比为0.18～0.21:1；粘接剂为钾钠水玻璃，钾钠比例为1:1，波美浓度为38.0～41.0Be’。步骤（2）中，第一烘焙的温度为80～120℃，第二烘焙的温度为360℃。
<实施例>
实施例1
药皮各组分及其质量分数如下：
二氧化钛：30.0%；长石：14.0%；CaCO3：9.0%；煅烧云母：11.5%；CaF2：7.0%；硅灰石：4.0%；钛酸钾：9.0%；氧化钼：0.3%；CMC：0.6%；电解锰：4%；金属铬：10.0%；金属镍：0.6%。
焊芯的化学成分质量百分比为：
C:≤0.05%；Mn:1.75～2.50%；Si:≤0.30%；S:≤0.020%；P:≤0.025%；Cr:18.5～22.0%；Ni:9.5～11.0%；Mo:≤0.20%；Cu:≤0.20%；N:≤0.060%；余量为Fe。
将前述药皮各成分混合均匀后，再加入重量为药皮重量的20%的粘结剂（粘接剂为钾钠水玻璃，钾钠比例为1:1，波美浓度为38.0～41.0Be’）搅拌均匀，制备出药皮用膏体，药皮与焊芯的质量比为3:7，然后送入压条机内将其包于所述焊芯上，再经85℃低温烘培（第一烘焙）和360℃高温烘培（第二烘焙）后形成的本实施例的焊条制品。
按照上述工艺生产的焊条，焊接工艺表现优良，电弧稳定，脱渣容易，飞溅小，焊缝成形美观，全位置操作性良好，焊条在正常包装情况下焊条开包就能直接施焊，无需复烘焙，其气孔敏感性小。熔敷金属力学性能为：抗拉强度Rm=585MPa，伸长率A=40%，强度合理、塑性优良。
实施例2
药皮各组分及其质量分数如下：
二氧化钛：34.0%；长石：12.5%；CaCO3：8.0%；煅烧云母：13.0%；CaF2：9.0%；硅灰石：3.0%；钛酸钾：10.0%；氧化钼：0.4%；CMC：0.8%；电解锰：2%；金属铬：6.5%；金属镍：0.8%。
焊芯选的化学成分质量百分比为：
C:≤0.05%；Mn:1.75～2.50%；Si:≤0.30%；S:≤0.020%；P:≤0.025%；Cr:18.5～22.0%；Ni:9.5～11.0%；Mo:≤0.20%；Cu:≤0.20%；N:≤0.060%；余量为Fe。
将前述药皮各成分混合均匀后，再加入重量为药皮重量的19%的粘结剂（同实施例1的粘接剂）搅拌均匀，制备出药皮用膏体，药皮与焊芯的质量比为3:7，然后送入压条机内将其包于所述焊芯上，再经95℃低温烘培（第一烘焙）和360℃高温烘培（第二烘焙）后形成的本实施例的焊条制品。按照上述工艺生产的焊条，焊接工艺表现优良，电弧稳定，脱渣容易，飞溅小，焊缝成形美观，全位置操作性良好，焊条在正常包装情况下焊条开包就能直接施焊，无需复烘焙，其气孔敏感性小。熔敷金属力学性能为：抗拉强度Rm=580 MPa，伸长率A=43%，强度合理、塑性优良。
实施例3
药皮各组分及其质量分数如下：
二氧化钛：39.0%；长石：13.0%；CaCO3：6.0%；煅烧云母：14.0%；CaF2：5.0%；硅灰石：2.0%；钛酸钾：8.5%；氧化钼：0.5%；CMC：1.0%；电解锰：6%；金属铬：4.0%；金属镍：1.0%。
焊芯的化学成分质量百分比为：
C:≤0.05%；Mn:1.75～2.50%；Si:≤0.30%；S:≤0.020%；P:≤0.025%；Cr:18.5～22.0%；Ni:9.5～11.0%；Mo:≤0.20%；Cu:≤0.20%；N:≤0.060%；余量为Fe。
将前述药皮各成分混合均匀后，再加入重量为药皮重量的21%的粘结剂（同实施例1的粘接剂）搅拌均匀，制备出药皮用膏体，药皮与焊芯的质量比为3:7，然后送入压条机内将其包于所述焊芯上，再经110℃低温烘培（第一烘焙）和360℃高温烘培（第二烘焙）后形成的本发明焊条制品。
按照上述工艺生产的焊条，焊接工艺表现优良，电弧稳定，脱渣容易，飞溅小，焊缝成形美观，全位置操作性良好，焊条在正常包装情况下焊条开包就能直接施焊，无需复烘焙，其气孔敏感性小。熔敷金属力学性能为：抗拉强度Rm=570 MPa ,伸长率A=45%，强度合理、塑性优良。
<气孔敏感性试验>
以实施例1制得的焊条制品[A102（免复烘焙）]以及常规的需复烘焙焊条[A102（常规）]为样品进行气孔敏感性试验。
A102常规需复烘焙的对比焊条为西冶新材料有限公司生产的焊条，其牌号为XY—A102。
焊接参数：规格Ф3.2，电流DC=120A，焊接位置为平角焊。每根焊条焊接端部5～8cm。
试验方法1：将A102（免复烘焙）与A102（常规）放置于水池旁进行加速吸潮试验，连续吸潮4天，每天各抽取三根焊条进行气孔敏感性对比试验，焊缝气孔的对比情况如图1至图4所示。气孔敏感性试验参数及焊缝气孔情况如下陈述：
吸潮时间：第1天，气温35℃，湿度30%，
A102（免复烘焙）的焊缝气孔情况为3道焊缝均无气孔；A102（常规）的焊缝气孔情况为3道焊缝均无气孔。
吸潮时间：第2天，气温33℃，湿度50%，
A102（免复烘焙）的焊缝气孔情况为3道焊缝均无气孔；A102（常规）的焊缝气孔情况为1道焊缝1个针状小气孔、1道焊缝1个0.5mm气孔。
吸潮时间：第3天（降雨），气温23℃，湿度＞80%，
A102（免复烘焙）的焊缝气孔情况为3道焊缝均无气孔；A102（常规）的焊缝气孔情况为1道焊缝2个约0.8mm气孔、1道焊缝1个针状小气孔、1道焊缝1个约1mm大气孔。
吸潮时间：第4天（降雨），气温23℃，湿度＞80%，
A102（免复烘焙）的焊缝气孔情况为2道焊缝无气孔、1道焊缝2个针状小气孔；A102（常规）的焊缝气孔情况为1道焊缝3个＞1mm大气孔及弧坑裂纹、1道焊缝1个1mm大气孔及弧坑裂纹、1道焊缝无气孔。
试验方法2：将A102（免复烘焙）与A102（常规）放置于水池旁进行加速吸潮试验，连续吸潮5天、6天，分别各抽取4根焊条进行气孔敏感性对比试验，焊缝气孔对比情况如图5至图8。气孔敏感性试验参数及焊缝气孔情况如下陈述：
吸潮时间：第5天，气温14℃，湿度30%，
A102（免复烘焙）的焊缝气孔情况为4道焊缝均无气孔；A102（常规）的焊缝气孔情况为4道焊缝，每道均有1~3个气孔（针状气孔1mm左右气孔）。
吸潮时间：第6天，气温12℃，湿度50%，
A102（免复烘焙）的焊缝气孔情况为4道焊缝，仅1个针状小气孔；A102（常规）的焊缝气孔情况为4道焊缝，每道均有2~4个气孔（针状气孔、1mm左右气孔、大气孔）。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (8)

1.一种免复烘焙酸性不锈钢焊条，其特征在于，药皮的各组分按重量百分比计，
二氧化钛：30.0～39.0%；长石：12.0～15.0%；碳酸盐：6.0～9.0%；煅烧云母：11.0～14.0%；氟化物：5.0～9.0%；硅灰石：2.0～4.0%；钛酸钾：8.0～10.0%；氧化钼：0.3～0.5%；CMC：0.6～1.0%；电解锰：2.0～6.0%；金属铬：4.0～10.0%；金属镍：0.5～1.0%。
2.根据权利要求1所述的免复烘焙酸性不锈钢焊条，其特征在于，药皮的各组分按重量百分比计，
二氧化钛：30.0%；长石：14.0%；碳酸盐：9.0%；煅烧云母：11.5%；氟化物：7.0%；硅灰石：4.0%；钛酸钾：9.0%；氧化钼：0.3%；CMC：0.6%；电解锰：4%；金属铬：10.0%；金属镍：0.6%。
3.根据权利要求1所述的免复烘焙酸性不锈钢焊条，其特征在于，药皮的各组分按重量百分比计，
二氧化钛：34.0%；长石：12.5%；碳酸盐：8.0%；煅烧云母：13.0%；氟化物：9.0%；硅灰石：3.0%；钛酸钾：10.0%；氧化钼：0.4%；CMC：0.8%；电解锰：2%；金属铬：6.5%；金属镍：0.8%。
4.根据权利要求1所述的免复烘焙酸性不锈钢焊条，其特征在于，药皮的各组分按重量百分比计，
二氧化钛：39.0%；长石：13.0%；碳酸盐：6.0%；煅烧云母：14.0%；氟化物：5.0%；硅灰石：2.0%；钛酸钾：8.5%；氧化钼：0.5%；CMC：1.0%；电解锰：6%；金属铬：4.0%；金属镍：1.0%。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的免复烘焙酸性不锈钢焊条，其特征在于，焊芯的化学成分按重量百分比计，
C:≤0.05%；Mn:1.75～2.50%；Si:≤0.30%；S:≤0.020%；P:≤0.025%；Cr:18.5～22.0%；Ni:9.5～11.0%；Mo:≤0.20%；Cu:≤0.20%；N:≤0.060%；余量为Fe。
6.根据权利要求5所述的免复烘焙酸性不锈钢焊条，其特征在于，药皮与焊芯的质量比为3:7。
7.一种如权利要求1至4中任意一项所述的免复烘焙酸性不锈钢焊条的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将药皮原料各组分按配比混合均匀后，加入粘接剂，经混合得到混合物；
（2）将步骤（1）中制备的混合物和焊芯加至压条机中，于焊芯的表面制备药皮，再经第一烘焙、第二烘焙，制得所述焊条。
8.根据权利要求7所述的免复烘焙酸性不锈钢焊条的制备方法，其特征在于，粘接剂与药皮原料的重量比为0.18～0.21:1；粘接剂为钾钠水玻璃，钾钠比例为1:1，波美浓度为38.0～41.0Be’；第一烘焙的温度为80～120℃，所述第二烘焙的温度为360℃。
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