一种55公斤级耐候钢焊条的焊芯，药皮及其焊条和制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种55公斤级耐候钢焊条，包括焊芯和药皮，所述药皮由固体组分与水玻璃混合搅拌均匀而成，所述水玻璃占固体组分的质量分数为22-24%。而固体组分按照质量份计，包括以下组份：大理石20-30份，萤石15-25份，天然金红石3-6份，钾长石2-6份，钛铁3-6份，中碳锰铁2-6份，硅铁2-5份，碳素铬铁1-2份，镍粉1-2份，铜粉1-2份，海藻酸钠0.5-1份，铁粉20-30份。本发明的焊条焊缝熔敷系数较大，焊条工艺性能极佳，熔深适中，飞溅小，成形美观；焊缝金属具有良好的耐大气腐蚀性能，适用于Q450NQR1等耐大气腐蚀及近海工程的焊接结构的焊接。
【专利说明】一种55公斤级耐候钢焊条的焊芯，药皮及其焊条和制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接材料领域，具体涉及一种55公斤级耐候钢焊条的焊芯，药皮及其焊条和制备方法。
【背景技术】
[0002]随着工业的发展，各种钢材的需求量越来越大，面对着暴露于潮湿的空气中或者近海工程的金属材料发生锈蚀的情况，越来越受到行业中各相关单位的重视。锈蚀不仅给钢结构带来损害，也增加了繁重的管理、维护负担，同时为了防止锈蚀采取周期性涂装的方法也将会消耗大量的人力和资金。耐侯钢因其良好的耐大气腐蚀性能，又具有良好的力学、焊接等使用性能而广泛应用于铁路车辆、集装箱、桥梁、船舶、汽车、锅炉、建筑等领域。
[0003]目前，世界各国耐侯钢的主要系列有Cu-P-N1-Cr系、Mn-Cu-Cr-Ni系和Cu-Cr-Ni系。Cu和P是耐大气、海水侵蚀最有效的兀素，但Cu含量过闻会有热脆问题，P含量过闻会有冷脆问题，随着发现Cr、Ni与Cu、P适量的组合加入可加强耐蚀效果，而且在钢的强度和韧性等使用性能上也获得了更多的满足。
[0004]Cu-Cr-Ni系耐候钢焊条随着此类钢材的发展也被广泛重视。同时为了提高焊条的焊接生产率和改善焊接工艺性能，各工业领域对高效的铁粉耐候钢焊条进行了大量的研究，品种不断开发，并趋向系列化。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题之一在于为了解决上述技术问题而提供一种55公斤级耐候钢焊条的焊芯；
[0006]一种55公斤级耐候钢焊条所使用的焊芯，该焊芯选用H08E盘元，焊芯所含元素的质量百分数如下:C 0.10%、Si 0.030%、Mn:0.30-0.60%、S:≤ 0.020%、P:≤ 0.020%、
其余为Fe。
[0007]本发明所要解决的技术问题之二在于为了解决上述技术问题而提供一种55公斤级耐候钢焊条所使用的药皮；
[0008]一种55公斤级耐候钢焊条所使用的药皮，由固体组份和液体组份混合而成，所述液体组份的加入质量为固体组份质量的22-24% ；
[0009]所述固体组份按照质量份计，包括以下组份:大理石20-30份，萤石15-25份，天然金红石3_6份,钾长石2_6份,钦铁3_6份,中碳猛铁2_6份,娃铁2_5份,碳素络铁1-2份，镍粉1-2份，铜粉1-2份，海藻酸钠0.5-1份，铁粉20-30份；
[0010]所述液体组份为水玻璃。
[0011 ] 在本发明的一个优选实施例中，所述水玻璃由纯钠水玻璃和纯钾水玻璃按照质量比1:1配制而成。
[0012]在本发明的一个优选实施例中，所述固体组份按照质量份计，包括以下组份:[0013]大理石30份、萤石24份、天然金红石4份、钾长石2份、钛铁3份、中碳锰铁4份、硅铁3份、碳素铬铁1.8份、镍粉1.2份、铜粉1.2份、海藻酸钠0.8份、铁粉2份。
[0014]在本发明的一个优选实施例中，所述大理石与萤石的质量比为1-1.5。
[0015]本发明所要解决的技术问题之三在于提供上述药皮的制备方法。
[0016]一种55公斤级耐候钢焊条所使用的药皮的制备方法，包括以下步骤:将固体组份各原料首先经过40目的筛子过筛后，然后按比例混合均匀后制成固体组份，按照固体组份质量的22~24%加入水玻璃，再搅拌均匀后，即制得药皮。
[0017]本发明所要解决的技术问题之四在于为了解决上述技术问题而提供一种55公斤级耐候钢焊条；
[0018]一种55公斤级耐候钢焊条，由焊芯和涂覆焊芯上的药皮制成，所述焊芯选用H08E盘元，焊芯所含元素的质量百分数如下:C ≤0.10%、Si≤ 0.030%、Mn:0.30-0.60%、S:≤0.020%、P ≤0.020%、其余为 Fe ；
[0019]所述药皮由固体组份和液体组份混合而成，所述液体组份的加入质量为固体组份质量的22-24% ；
[0020]所述固体组份按照质量份计，包括以下组份:大理石20-30份，萤石15-25份，天然金红石3_6份，钾长石2_6份，钦铁3_6份，中碳猛铁2_6份，娃铁2_5份，碳素络铁1-2份，镍粉1-2份，铜粉1-2份，海藻酸钠0.5-1份，铁粉20-30份； [0021 ] 所述液体组份为水玻璃。
[0022]本发明所要解决的技术问题之五在于提供上述焊条的制备方法。
[0023]一种55公斤级耐候钢焊条的制备方法，包括以下步骤:将固体组份各原料首先经过40目的筛子过筛后，然后按比例混合均匀后制成固体组份，按照固体组份质量的22~24%加入水玻璃，再搅拌均匀后，通过常规焊条生产设备将其压涂在焊芯上制备出焊条。
[0024]通过上述技术方案，本发明的有益效果是:
[0025]本发明的焊条焊缝熔敷系数较大，焊条工艺性能极佳，熔深适中，飞溅小，成形美观；焊缝金属具有良好的耐大气腐蚀性能，适用于Q450NQR1等耐大气腐蚀及近海工程的焊接结构的焊接。
【具体实施方式】
[0026]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，进一步阐述本发明。
[0027]—种55公斤级耐候钢焊条所使用的焊芯，该焊芯选用H08E盘元，焊芯所含元素的质量百分数如下:C≤ 0.10%、Si≤ 0.030%、Mn:0.30-0.60%、S:≤ 0.020%、P:≤ 0.020%、
其余为Fe。
[0028]一种55公斤级耐候钢焊条所使用的药皮，由固体组份和液体组份混合而成，所述液体组份的加入质量为固体组份质量的22-24% ；
[0029]所述固体组份按照质量份计，包括以下组份:大理石20-30份，萤石15-25份，天然金红石3_6份，钾长石2_6份，钦铁3_6份，中碳猛铁2_6份，娃铁2_5份，碳素络铁1-2份，镍粉1-2份，铜粉1-2份，海藻酸钠0.5-1份，铁粉20-30份；
[0030]上述固体组份按照质量份计，也可以为以下组份:大理石30份、萤石24份、天然金红石4份、钾长石2份、钛铁3份、中碳锰铁4份、硅铁3份、碳素铬铁1.8份、镍粉1.2份、铜粉1.2份、海藻酸钠0.8份、铁粉2份。
[0031]本发明药皮中各组份的主要作用如下:
[0032]I)大理石(CaCO3≥97%):大理石主要起到的作用为造渣剂和造气剂，对焊接冶金反应影响较大。分解产生的CaO属于碱性氧化物。能提高熔渣的碱度，增强熔渣的脱S、脱P能力。但同也增加熔渣的表面张力和熔渣与熔化金属之间的界面张力，粗化熔滴(量过大时，电弧吹力过大，飞溅增大)。经过试验并综合有利和不利因素，确定大理石的加入量在20-30份范围内。
[0033]2)萤石(CaF2≥95%):铁粉焊条中由于铁粉加入量较多，导致降低了熔池的温度，使得焊条的流动性变差。萤石主要起到造渣和稀渣作用.它可降低碱性熔渣的熔点、粘度和表张力，增加熔渣的流动性，亦可减少液体金属的吸氢量。但在CaCO3含量一定时，CaF2加入量过多时，将影响焊接电弧的稳定性，使焊接过程中的熔滴直径增大。因此根据CaC03/CaF2的最佳比值1_1.5，同时考虑CaF2对焊接工艺性能影响因素，确定萤石的加入量在15-25份的范围内。
[0034]3)天然金红石(TiO2 ≥ 90%):天然金红石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。适量的TiO2有利于全位置焊接，改善焊缝成形，减少飞溅，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，使熔池内部气体逸出阻力增大，易形成气孔、夹杂等缺陷。
[0035]经过试验并综合有利和不利因素，确定天然金红石的加入量在3-6份范围内。
[0036]4)钾长石(KAlSi3O8≥90%):钾长石起到造渣稳弧并提高再引弧性能，对碱性渣系具有稀渣作用，同时能给熔滴增氧，减小表面张力，起到细化熔滴的作用。
[0037]但加入量过多时会使得脱渣变差，而且钾长石容易吸潮，对焊条的扩散氢含量不利。经过试验并综合有利和不利因素，确定钾长石的加入量在2-6份的范围内。
[0038]5)钛铁(T1: 35~45%) =Ti起脱氧作用，减少了焊缝中的含氧量，生成TiN作为结晶核心，促进焊缝成为细晶粒组织。Ti过多时，对焊缝金属冲击韧性的也会产生不利影响。经过试验并综合有利和不利因素，确定钛铁的加入量在3-6份范围内。
[0039]6)中碳锰铁(Mn:78~85%):Mn焊条配方中主要起脱氧和合金化作用。Mn脱氧后的生成物为MnO，属于碱性氧化物，它提高熔渣的碱度，同时起造渣的作用。经过试验，中碳猛铁的加入量为2-6份范围内。
[0040]7)硅铁(S1:43~47%) =Si的焊条配方中主要起脱氧和合金化作用。脱氧后的生成物为二氧化硅，属于酸性氧化物，它降低熔渣的碱度及熔渣中FeO的活度，同时起造渣作用。经过试验，娃铁的加入量为2-5份范围。
[0041]8)碳素铬铁(Cr:52~65%):碳素铬铁起到合金剂的作用，过渡Cr起到防氧化、防腐蚀的作用，同时给熔滴增碳，又能起到细化熔滴的作用。经过试验，碳素铬铁的加入量为1-2份范围。
[0042]9)镍粉(Ni):Ni提高耐腐蚀的能力，满足焊缝金属的性能要求，经过试验，镍粉的加入量为1-2份范围。
[0043]10)铜粉(Cu):Cu是耐大气、海水侵蚀最有效的兀素,但Cu含量过闻会有热脆问题,经过试验,镍粉的加入量为1-2份范围。[0044]11)海藻酸钠:提高焊条的压涂性能。经过试验，海藻酸钠的加入量为0.5-1份范围。
[0045]12)铁粉(Fe):焊条配方中加入适量的铁粉，具有降低熔池温度，增加结晶速度，有利于获得细晶粒焊缝组织。同时也能提高焊条的熔敷效率，并改善焊接工艺性能。但过多的铁粉可能使焊缝产生气孔。经过试验，铁粉的加入量控制在20-30份范围内。
[0046]液体组份:水玻璃(1:1钾钠、模数3.1M、波美度43’ Be):此种有利于焊条电弧的稳定，同时又适用于此配方焊条的压涂。经过试验，1:1钾钠、3.1M、43’ Be水玻璃的加入量占固体组份质量的22-24% ；
[0047]水玻璃为混合物，由纯钠水玻璃和纯钾水玻璃按照质量比1:1配制而成，也可向水玻璃生产厂家直接购买。
[0048]一种55公斤级耐候钢焊条所使用的药皮的制备方法，包括以下步骤:将固体组份各原料首先经过40目的筛子过筛后，然后按比例混合均匀后制成固体组份，按照固体组份质量的22~24%加入水玻璃，再搅拌均匀后，即制得药皮。[0049]一种55公斤级耐候钢焊条，由焊芯和涂覆焊芯上的药皮制成，所述焊芯选用H08E盘元，焊芯所含元素的质量百分数如下:C 0.10%、Si 0.030%、Mn:0.30-0.60%、S:(0.020%、P..( 0.020%、其余为 Fe ；
[0050]所述药皮由固体组份和液体组份混合而成，所述液体组份的加入质量为固体组份质量的22-24% ；
[0051 ] 所述固体组份按照质量份计，包括以下组份:大理石20-30份，萤石15-25份，天然金红石3_6份，钾长石2_6份，钦铁3_6份，中碳猛铁2_6份，娃铁2_5份，碳素络铁1-2份，镍粉1-2份，铜粉1-2份，海藻酸钠0.5-1份，铁粉20-30份；
[0052]所述液体组份为水玻璃。
[0053]一种55公斤级耐候钢焊条的制备方法，包括以下步骤:将固体组份各原料首先经过40目的筛子过筛后，然后按比例混合均匀后制成固体组份，按照固体组份质量的22~24%加入水玻璃，再搅拌均匀后，通过常规焊条生产设备将其压涂在焊芯上制备出焊条。
[0054]实施例1
[0055]本实施例的一种55公斤级耐候钢焊条所使用的药皮,所述药皮由固体组份和液体组份混合而成,所述液体组份的加入质量为固体组份质量的22% ；
[0056]所述固体组份按照质量份计，包括以下组份:大理石:25份、萤石:25份、天然金红石:6份、钾长石:2份、钛铁:3份、中碳锰铁:5份、硅铁:4份、碳素铬铁:1.8份、镍粉:1.2份、铜粉:1.2份、海藻酸钠:0.8份、铁粉:25份。
[0057]所述液体组份为1:1钾钠、模数3.1M、波美度43’ Be的水玻璃，
[0058]该实施例的焊条的焊芯经熔炼后，经化学分析方法测焊芯化学成分质量百分数为:焊芯所含元素的质量百分数如下:C:≤0.10%、S1:≤0.030%、Mn:0.30-0.60%、S:(0.020%、P:≤ 0.020%、其余为 Fe ；
[0059]将上述固体组份的药皮原材料混合均匀后，用40目的筛子过筛到40目以下，固体组份搅拌均匀后，加入占固体组分质量含量20~30%的40~45Be '的钠水玻璃，再搅拌均匀后，通过常规焊条生产设备将其压涂在上述焊芯上制备出焊条。生产出的焊条表面光滑、成品率高、无偏心。[0060]对焊条的熔敷金属化学成分检测得:C:0.073%、Si:0.41%、Mn:1.30%、S:0.013%、P:0.016%、Cr:0.46%、N1:0.47%、Cu:0.45%、Fe 为余量。
[0061]常温力学性能=Rni:673MPa, Rel:560MPa ;_40°C平均 KV2:88J。
[0062]实施例2
[0063]本实施例的一种55公斤级耐候钢焊条所使用的药皮，所述药皮由固体组份和液体组份混合而成,所述液体组份的加入质量为固体组份质量的23% ；
[0064]所述固体组份按照质量份计，包括以下组份:大理石:30份、萤石:24份、天然金红石:4份、钾长石:2份、钛铁:3份、中碳锰铁:4份、硅铁:3份、碳素铬铁:1.8份、镍粉:1.2份、铜粉:1.2份、海藻酸钠:0.8份、铁粉:2份。
[0065]其它条件与实施例1相同。
[0066]对焊条的熔敷金属化学成分检测得:C:0.068%、S1:0.39%、Mn:1.26%、S:0.012%、P:0.015%、Cr:0.43%、N1:0.46%、Cu:0.44%、Fe 为余量。
[0067]常温力学性能:抗拉强度Rm:647MPa,屈服强度Rel:546MPa ;_40°C平均冲击吸收功(KV2):105J。
[0068]实施例3
[0069]本实施例的一种55公斤级耐候钢焊条所使用的药皮，所述药皮由固体组份和液体组份混合而成,所述液体组份的加入质量为固体组份质量的24% ；
[0070]所述固体组份按照质量份计，包括以下组份:大理石:30份、萤石:20份、天然金红石:5份、钾长石:3份、钛铁:3份、中碳锰铁:5份、硅铁:4份、碳素铬铁:1.8份、镍粉:1.2份、铜粉:1.2份、海藻酸钠:0.8份、铁粉:25份。
[0071]对焊条的熔敷金属化学成分检测得:C:0.065%、Si:0.30%、Mn:1.22%、S:0.010%、P:0.015%、Cr:0.41%、N1:0.45%、Cu:0.42%、Fe 为余量。
[0072]常温力学性能=Rni:613MPa, Rel:52IMPa ;_40°C平均冲击吸收功(KV2) =IOlJ0
[0073]国家标准中要求Q450NQR1钢化学成分要求值:C≥0.12%、Si ( 0.75%、Mn:
0.70-1.50%,S S 0.008%,P S 0.025%,Cr:0.30-1.25%,Ni:0.12-0.65%,Cu:0.20-0.55%。
[0074]Q450NQR1 钢常温力学性能 ^:≥ 530MPa, Rel:≥ 450MPa ;_40°C平均 KV2:≥ 60Jo
[0075]对比实施例1-3的焊条直流反接焊接时，虽然工艺性能上稍有差别，但是总体操作性能良好，熔深适中，飞溅小，成形美观，其中实例2的焊条综合工艺性能最佳，焊缝熔敷系数约为110%。
[0076]检测所得焊条的熔敷金属化学成分、机械性能能满足Q450NQR1等耐大气腐蚀及近海工程的焊接结构的焊接要求。
[0077]试验结果表明:本发明的铁粉耐候钢钢焊条不仅工艺性能极佳，而且焊条熔敷效率高。适用于Q450NQR1等耐大气腐蚀及近海工程的焊接结构的焊接。
[0078]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种55公斤级耐候钢焊条所使用的焊芯，该焊芯选用H08E盘元，焊芯所含元素的质量百分数如下:C 0.10%、Si 0.030%、Mn:0.30-0.60%、S:≤ 0.020%、P S 0.020%、其余为Fe。
2.—种55公斤级耐候钢焊条所使用的药皮，其特征在于，所述药皮由固体组份和液体组份混合而成，所述液体组份的加入质量为固体组份质量的22-24% ； 所述固体组份按照质量份计，包括以下组份:大理石20-30份，萤石15-25份，天然金红石3-6份，钾长石2-6份，钛铁3-6份，中碳猛铁2-6份，娃铁2_5份，碳素铬铁1-2份，镍粉1-2份，铜粉1-2份，海藻酸钠0.5-1份，铁粉20-30份； 所述液体组份为水玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种55公斤级耐候钢焊条所使用的药皮，其特征在于，所述水玻璃由纯钠水玻璃和纯钾水玻璃按照质量比1:1配制而成。
4.根据权利要求1所述的一种55公斤级耐候钢焊条所使用的药皮，其特征在于，所述固体组份按照质量份计，包括以下组份: 大理石30份、萤石24份、天然金红石4份、钾长石2份、钛铁3份、中碳锰铁4份、硅铁3份、碳素铬铁1.8份、镍粉1.2份、铜粉1.2份、海藻酸钠0.8份、铁粉2份。
5.根据权利要求1所述的一种55公斤级耐候钢焊条所使用的药皮，其特征在于，所述大理石与萤石的质量比为1-1.5。
6.一种权利要求2至5任一项权利要求所述的一种55公斤级耐候钢焊条所使用的药皮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 将固体组份各原料首先经过40目的筛子过筛后，然后按比例混合均匀后制成固体组份，按照固体组份质量的22~24%加入水玻璃，再搅拌均匀后，即制得药皮。
7.—种55公斤级耐候钢焊条，由焊芯和涂覆焊芯上的药皮制成，其特征在于: 所述焊芯选用H08E盘元，焊芯所含元素的质量百分数如下:C:< 0.10%、Si:≤0.030%、Mn:0.30-0.60%、S:≤ 0.020%、P:≤ 0.020%、其余为 Fe ； 所述药皮由固体组份和液体组份混合而成,所述液体组份的加入质量为固体组份质量的 22-24% ； 所述固体组份按照质量份计，包括以下组份:大理石20-30份，萤石15-25份，天然金红石3-6份，钾长石2-6份，钛铁3-6份，中碳猛铁2-6份，娃铁2_5份，碳素铬铁1-2份，镍粉1-2份，铜粉1-2份，海藻酸钠0.5-1份，铁粉20-30份； 所述液体组份为水玻璃。
8.—种权利要求7所述的一种55公斤级耐候钢焊条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 将固体组份各原料首先经过40目的筛子过筛后，然后按比例混合均匀后制成固体组份，按照固体组份质量的22~24%加入水玻璃，再搅拌均匀后，通过常规焊条生产设备将其压涂在焊芯上制备出焊条。
【文档编号】B23K35/365GK103934592SQ201410158472
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2014年4月18日
【发明者】王尧俊, 陆伟康, 仇陆弟, 王蒙, 刘亮 申请人:上海电力修造总厂有限公司