CN87102782A - 超低氢型焊条 - Google Patents

Abstract

本发明为超低氢型电焊条，主要适用于低碳钢、低合金钢重要结构和厚壁压力容器的焊接等。本发明焊条药皮采用CaO-CaF₂-TiO₂渣系，并加入适量的铁粉。采用本发明焊条施焊，焊缝金属扩散氢含量可低于1毫升/100克(甘油法测定)，其裂纹扩张临界应力比现有低氢焊条提高近一倍，具有优异的抗裂性能。本发明焊接工艺性能良好，飞溅小，脱渣率100％，可进行全位置焊接。

Description

本发明属于焊接材料。主要适用于低碳钢、低合金钢等重要结构和厚壁压力容器的焊接。

在低碳钢和低合金高强度钢重要结构和厚壁压力容器的手工焊中，氢是引起或诱发焊接裂纹的主要因素之一。焊缝金属中扩散氢含量的多少，对焊接裂纹的形成起着决定性的作用。降低氢含量，使氢含量达到不产生裂纹的“安全”范围内，则焊接裂纹就可避免。如对横向裂纹敏感的2.25%Cr-1%Mo钢，只有当焊缝金属中扩散氢含量〔H〕低于3.3毫升/100克（真空热抽取法测定）时，裂纹才不会产生（《溶接学会志》1980，№10）;当焊缝金属中扩散氢含量〔H〕≤1.5毫升/100克（本说明书中，凡未加注明的均为甘油法测氢）时，该钢甚至不预热，亦可避免裂纹产生（《压力技术》1979，№01）。所以，使用扩散氢含量〔H〕＜1毫升/100克的超低氢型焊接材料时，即使不进行预热及中间退火，也不会产生裂纹。

焊缝金属中氢含量的降低还可以大大降低低合金钢焊接时的预热温度，甚至可以不预热，从而大大改善了劳动条件。

目前，国内外用于焊接低碳钢、低合金钢的低氢型碱性焊条，其焊缝金属的扩散氢含量〔H〕都在2毫升/100克以上，个别焊条的〔H〕≤2毫升/100克。日本专利昭58-209499介绍了一种低氢型电焊条。其药皮的主要成分为CaCO₃、CaF₂、TiO₂、SiO₂和铁粉等，但未谈及焊缝金属中扩散氢的含量。昭59-153596提供了一种超低氢型电焊条，药皮的主要成分与昭58-209499相似，它虽然也是外涂药粉焊条，但其焊芯是管状焊丝，管状焊丝内的焊剂先经1000℃高温处理，焊剂水分含量极低，容易达到超低氢效果。但该管状焊丝药皮焊条与实心焊芯药皮焊条是两种不同类型的焊条。

本发明的目的在于提供一种使焊缝金属的扩散氢含量水银法测定（IIW-ISO3690）〔H〕≤3毫升/100克或甘油法测定（GB3965-83）〔H〕≤1毫升/100克的超低氢型焊条。采用本发明焊条施焊所得焊缝金属，不仅扩散氢含量低，而且具有较高的力学性能和优异的抗裂性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下解决方案：

（1）采用CaO-CaF₂-TiO₂渣系。CaCO₃、TiO₂在电弧区域里分解出氧，氧和氢化合，降低了气相中氢的分压;CaF₂与SiO₂反应形成SiF₄，SiF₄和气相中的原子氢和水蒸汽发生反应，达到去氢效果。

（2）通过加入Na₂O、K₂O、BaO、Na₃AlF₆和CMC，使焊缝金属扩散氢含量进一步降低，获得超低氢的效果。

为了改进渣系的物理性能和电弧稳定性，还加入适量的铁粉。

根据上述意旨，本发明焊条药皮的具体化学成分（重量%）如下：20～45%CaCO₃，18～32%CaF₂，2～10%TiO₂，2～8%SiO₂，5～40%Fe粉，Na₃AlF₆、Na₂O、BaO、K₂O、CMC中包括Na₃AlF₆在内的两种或两种以上之和为2～10%，5～20%铁合金及合金元素。其中铁合金为Mn-Fe、Ti-Fe、Si-Fe中任两种或两种以上;合金元素为Cr、Ni、Mo中任一种以上。

本发明生产工艺简单。按上述化学成分范围配料后，混合均匀，采用水玻璃作为粘合剂，将配好的药粉均匀地压涂在相应的低碳钢焊芯或低合金钢焊芯上，即制成本发明的电焊条。

采用本发明的渣系涂料，可以生产抗拉强度为450～700兆帕（MPa）的超低氢低合金钢焊条。焊条的压涂性能良好，不需要任何附加工序和设备，凡能生产低氢型焊条的厂商均可实施本发明。

本发明焊条经400℃烘烤1小时，焊缝金属中的扩散氢含量〔H〕低于1毫升/100克。采用本发明焊条施焊，具有焊接工艺性能良好，飞溅小，脱渣率100%，焊缝成形美观和再引弧性能优异等特点。该焊条可以进行全位置焊接。

本发明焊条具有优异的抗裂性能。采用本发明与结507焊条在σs≥439兆帕（MPa）的15MnVN正火钢板和σs＝612兆帕（MPa）的2.25%Cr-1%Mo钢板做的试板上进行JIS-Y型坡口拘束抗裂对比试验。试验结果如下：

①对15MnVN正火钢板，结507焊条不产生根部裂纹的预热温度为200℃，本发明焊条不产生根部裂纹的预热温度为150℃;

②对于2.25%Cr-1%Mo钢板，热407焊条不产生根部裂纹的预热温度为≥200℃，采用本发明焊条不产生根部裂纹的预热温度为150℃。

同时，还采用本发明焊条与热407焊条和结507焊条分别对2.25%Cr-1%Mo钢和C-Mn低合金钢制插销进行了插销试验。试验结果如下：

①对于2.25%Cr-1%Mo钢，热407焊条相应的焊缝金属扩散氢含量〔H〕＝1.08毫升/100克，其临界应力〔σ〕cr＝204兆帕（MPa）;本发明焊条相应的焊缝金属中扩散氢含量〔H〕＝0.27毫升/100克，其临界应力〔σ〕cr＝490兆帕（MPa）;

②对于C-Mn低合金钢，结507焊条所对应的焊缝金属中扩散氢含量〔H〕＝2～5毫升/100克，其临界应力〔σ〕cr＝388兆帕（MPa）;本发明焊条对应的焊缝金属扩散氢含量〔H〕＝0.72毫升/100克，其临界应力〔σ〕cr＞612兆帕（MPa）

由上述结果看出，与对比焊条相比，采用本发明焊条施焊，预热温度低，焊缝金属中扩散氢含量低，对应的临界应力高，抗裂性能优异。

实施例

按照本发明的药皮化学成分范围，配制了三种焊条药皮。药皮的具体化学成分如表1。将配制好的药皮加入适量的水玻璃，调匀后压涂在HO₈焊芯上，制成三种电焊条。然后按照国家标准GB5118-85、GB5117-85进行焊接试验。焊后测量了焊缝金属的扩散氢含量（水银法和甘油法）和室温机械性能，所得结果分别列入表2和表3。

为了对比，还配制了三个对比焊条药皮，该三种药皮的化学成分中，不含Na₃AlF₆、Na₂O、BaO、K₂O和CMC，而其它组分和含量与本发明相同。焊芯及焊条的制备以及焊接试验均与本发明相同。对比例的药皮化学成分、焊缝金属扩散氢含量和室温机械性能分别列入表1、表2和表3。

由试验结果看出，在药皮化学成分中加入Na₃AlF₆、BaO Na₂O、K₂O和CMC，对焊缝金属获取超低氢的效果起着重要的作用。

表2    实施例本发明与对比例焊缝金属扩散氢含量

（毫升/100克）

表3    实施例本发明与对比例焊缝金属的室温机械性能

Claims (2)

1、一种超低氢型电焊条，其特征在于药皮的化学成分(重量%)为：20～45% CaCO₃，18～32%CaF₂，2～10%TiO₂，2～8%SiO₂，5～40%Fe粉，Na₃AlF₆Na₂O、BaO、K₂O、CMC中包括Na₃AlF₆在内的两种或两种以上之和为2～10%，5～20%铁合金和合金元素。

2、根据权利要求1所述的电焊条，其特征在于铁合金为Mn-Fe、Ti-Fe、Si-Fe中任两种或两种以上，合金元素为Cr、Ni、Mo中任一种以上。