专利名称：用于强度≥780MPa高强钢埋弧焊的焊剂、制法及焊丝的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种焊剂，特别涉及一种用于强度级别彡780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂、制法及专用焊丝。
背景技术：
随着科技技术的飞速发展，低合金高强度钢得到广泛的应用，强度级别> 780MPa高强钢在车辆、起重机、压力容器、建筑机械、石油化工、发电设备等重要工程中的应用也越来越广泛。由于它们具有较高的强度和冲击韧性，满足各领域的使用性能，很受人们的青睐。世界各国也特别重视开发研究强度级别> 780MPa高强钢，通过技术创新或添加微量元素，开发出强度级别> 780MPa高强钢的品种及系列产品越来越多。宝钢、鞍钢等国内各大钢厂已开发出了强度级别> 780MPa高强钢品种及系列产品，但相应的埋弧焊用焊 剂仍然处于空白。
发明内容
针对上述不足之处，本发明的目的之一就在于提供一种用于强度级别彡780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂，该用于强度级别> 780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂焊剂配合专用焊丝对强度级别> 780MPa的高强钢进行焊接，焊缝具有与高强钢本体相近的高强度、高韧性、低裂纹敏感性等优良性能。技术方案是一种用于强度级别> 780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂，所述焊剂组分质量百分比为
SiO2 5-13 ；
MgO 30-40 ；
Al2O3 15-30 ；
CaF2 20-30 ；
CaO 1-4 ；
MnO 2-6 ；
TiO2 1-6。作为优选，所述SiO2 5kg ；
所述 MgO 32kg ；
所述 Al2O3 24kg ；
所述 CaF2 28 kg ；
所述 CaO 4. O kg ；
所述 MnO 2. O kg ；
所述 TiO2 5. O kg。作为优选，所述SiO2 7kg ；所述 MgO 35kg ；
所述 Al2O3 22kg ；
所述 CaF2 26 kg ；
所述 CaO 4. O kg ；
所述 MnO 4. O kg ；
所述 TiO2 2. O kg。作为优选，所述SiO2 8kg ；
所述 MgO 38kg ；
所述 Al2O3 18kg ；
所述 CaF2 25 kg ；
所述 CaO 5.0 kg ；
所述 MnO 3. O kg ；
所述 TiO2 3. Okgo本发明的目的之二在于提供一种上述用于强度级别> 780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂的生产方法。技术方案是一种制造上述用于强度级别彡780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂的生产方法，所采用的步骤为将所述焊剂各组分粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入药粉重量15-20%的粘结剂混合造粒，再经100-200°C低温烘烤，600-800°C高温烧结，筛分。作为优选，所述所述粘结剂为含硅酸锂的钠水玻璃，所述低温烘烤为150°C低温烘烤，所述高温烧结为750°C高温烧结。本发明的目的之三在于提供一种上述用于强度级别> 780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂配合专用焊丝。技术方案是一种上述用于强度级别> 780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂配合专用焊丝，所述焊丝成份按重量百分比为
C O. 083,Mn1. 75,Si O. 12,S O. 004,P O. 009,Cr O. 30, Ni 2. 88,Mo O. 46,Cu O. 15，
余量为Fe。本发明发明原理
所设计了一种CaF2-MgO-CaO-Al2O3-SiO2-TiO2高碱度渣系，碱度系数为3. 4。通过对熔渣的表面张力、粘度的调整，改善熔渣的流动性。通过对熔渣熔点、线膨胀系数等方面的调整，改善渣壳的脱渣性。通过对钾、钠等物质含量的调整，改善了焊剂的电弧稳定性。通过对熔敷金属的微合金化，使熔敷金属晶粒细化，提高焊缝金属的塑韧性。为了提高熔敷金属的抗裂性能，通过对原材料的处理，降低焊缝金属晶界边缘低熔点物质的凝聚；通过加入稀土等特殊物质，改变熔敷金属中有害杂质在晶界边缘的形态；通过对某些原辅材料的特殊处理，降低了焊剂的结晶水含量，采用特制的水玻璃，使焊剂表面生成一种抗吸潮的保护膜，提高焊剂的抗吸潮能力来降低熔敷金属扩散氢的含量。本发明焊剂中
SiO2是一种酸性物质，降低焊剂碱度，焊剂中与CaF2搭配，能影响焊剂的抗气孔能力，焊剂中一般采用高SiO2与低CaF2配比，反之，低SiO2采用高CaF2，这样会使焊剂具有优良的抗气孔性能，SiO2参与造渣，调整渣的凝固点、表面张力及熔渣高温粘度，对焊缝成形的控制非常重要。在本次发明中，结合XlOO管线钢的特点，为了得到良好的工艺和机械性能，我们采用少量的SiO2含量，因为过高的SiO2含量会造成焊丝烧损过度，过大地降低焊剂碱度，使焊缝回Si增加，低温冲击韧性下降，为此，确定SiO2含量在5-13%。MgO是一种强碱性物质，也是一种优良的造渣材料，它对焊缝形状的控制非常重要。对于碱性渣系，MgO能提高焊缝金属冲击韧性，降低扩散氢。但MgO熔点较高，增大熔渣粘度，提高熔渣凝固温度，抑制渣的流动性使焊缝成形变差，焊道中央凸起，熔渣变硬，脱渣困难，在本次发明中，为了保证焊缝性能，通过研究和调整，MgO加入量控制在30-40%。Al2O3是两性氧化物，Al2O3具有增大熔渣表面张力的作用，是熔渣粘度的调整剂，通过大量的试验对比认为增加一定量的Al2O3会减少压坑及其倾向，但过高的Al2O3含量会使焊缝弧度更尖且不平滑，易产生气孔和麻点，渣壳变硬，Al2O3含量过低又使焊缝表面凹凸不平，出现压坑及咬边等缺陷，影响焊缝成形，所以含量应控制在15-30%。CaF2是一种多成因的矿物质，属于碱性氟化物，在埋弧焊剂中是一种造渣剂、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，具有与碳酸盐相同的效果。CaF2的分解能降低熔敷金属中氧的含量，有利于提高焊缝金属的低温冲击韧度，CaF2熔点较低，能有效降低熔渣高温粘度，改善熔渣流动性，并提高导电性，改善焊缝成形，对改善焊接工艺，提高熔敷金属机械性能有很大的作用，合理的CaF2含量能起到稳定电弧的作用，如果CaF2过高则电弧稳定性变差，熔渣变硬，交流可焊性变差。在本次发明中，试验证明CaF2在20-30%时有较好效果。CaO是喊性氧化物，在焊剂中起造禮:和提闻焊剂喊度作用，它能有效提闻焊剂抗大电流能力，改善焊缝力学性能。本焊剂发明中加入量控制在1_4%。MnO在焊接过程中与SiO2结合成复合的硅酸盐，形成良好的焊渣，保护熔敷金属，使熔敷金属不受空气中N和O的影响，而且被还原的锰元素是焊缝中主要合金成分，能提高焊缝强度和冲击韧性，同时，被还原的锰与焊缝中的S化合，形成MnS起到了脱S的作用，减少焊缝产生热裂纹倾向，为此，确定MnO含量在2-6%。TiO2是酸性氧化物，能改善渣的物理性能，把长渣变为短渣，使熔渣随温度的变化快，使焊缝成型良好，改善脱渣性，在加入时总量控制在1_6%。此外，为了满足焊缝的脱渣性、脱氧性、焊缝表面成形和良好的机械性能等要求，我们选择了 S1、Ca、Mn联合脱氧并渗[Mn]的脱氧剂，而且锰的加入可以提高强度和韧性，也是一种很好的脱硫剂，Ca的加入对脱磷也有很好的作用，焊剂中各成份合理匹配，对焊接组织和焊缝的机械性能起到了良好的作用。本发明具有以下效果
本发明焊剂配合专用焊丝焊接强度级别> 780MPa高强钢时，通过使用合理的焊接工艺和化学成分的匹配，能够使焊缝金属的化学成分和组织达到最佳，具有合理的拉伸强度、屈服强度、冲击韧性值等机械性能指标，并且焊缝内部气孔、夹渣和裂纹，以及外观边缘过度和咬边等满足标准要求。本发明保护的焊剂用于焊接强度级别> 780MPa高强钢的埋弧焊焊剂配合专用焊丝，焊接质量能够满足车辆、起重机、压力容器、建筑机械、石油化工、发电设备对焊接高强钢的高强度、高韧性和低裂纹敏感性等技术要求。
具体实施例方式下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。实施例1
将 SiO2 5kg、MgO 32kg、Al2O3 24kg、CaF2 28 kg、CaO 4.0 kg、MnO 2.0 kg、TiO2 5.0 kg的粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入18 kg钠水玻璃混合造粒，再经150°C低温烘烤、750°C高温烧结、筛分，即制得焊剂产品。将该焊剂配合专用焊丝(焊丝 成份按重量百分比为C O. 083,Mn1. 75,Si O. 12,SO. 004,P O. 009,Cr O. 30,Ni 2. 88,Mo O. 46、Cu O. 15，余量为 Fe)，对 20mm 厚的 Q690D 钢板进行埋弧焊焊接实验，焊接工艺性能优良，经检测焊缝金属的力学性能为焊接接头抗拉强度800-840MPa，焊缝的硬度为215-255HV10，焊缝的夏比冲击功为Akv (-40°C)= 95-115J ；热影响区的夏比冲击功为Akv (-40°C) = 90-110J。该实验用强度级别彡780MPa高强钢钢板Q690D的化学成份为C O. 14、Mn1. 48、Si O. 18、Cr O. 80、Ni1. 08%、Nb O. 05、Cu O. 08、Ti O. 01、Mo O. 48、S O. 005、P O. 009、NO. 008, Al O. 015、余量为Fe及微量的杂质。实施例2
将 SiO2 7kg、MgO 35kg、Al2O3 22kg、CaF2 26 kg、CaO 4. 0 kg、MnO 4. 0 kg, TiO2 2. 0 kg的工业纯粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入18 kg钠水玻璃混合造粒，再经150°C低温烘烤、750°C高温烧结、筛分，即制得焊剂产品。将该焊剂配合专用焊丝(焊丝成份按重量百分为C 0.083%、Mn1. 75%, SiO. 12%,S O. 004%,P O. 009%,Cr O. 30%,Ni 2. 88%,Mo O. 46%,Cu O. 15%，余量为 Fe)，对20mm厚的 Q690D钢板进行埋弧焊焊接实验，焊接工艺性能优良，经检测焊缝金属的力学性能为焊接接头抗拉强度790-830MPa，焊缝的硬度为210-248HV10，焊缝的夏比冲击功为Akv (-40°C) = 90-110J ;热影响区的夏比冲击功为Akv (-40°C) = 90-115J。该实验用强度级别彡780MPa高强钢钢板的化学成份为C O. 14%,Mn1. 48%,SiO. 18%, Cr O. 80%, Ni1. 08%、Nb O. 05%、Cu O. 08%, Ti O. 01%, Mo O. 48%、S O. 005%, PO. 009%,N O. 008%,Al O. 015%、余量为Fe及微量的杂质。实施例3
将 SiO2 8kg,MgO 38kg,Al2O3 18kg,CaF2 25 kg,CaO 5. 0 kg,MnO 3. 0 kg,TiO2 3. Okg 的工业纯粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入18 kg钠水玻璃混合造粒，再经150°C低温烘烤、750°C高温烧结、筛分，即制得焊剂产品。将该焊剂配合专用焊丝(焊丝成份按重量百分为C 0.083%、Mn1. 75%, SiO. 12%,S O. 004%,P O. 009%,Cr O. 30%,Ni 2. 88%,Mo O. 46%,Cu O. 15%，余量为 Fe)，对20mm厚的 Q690D钢板进行埋弧焊焊接实验，焊接工艺性能优良，经检测焊缝金属的力学性能为焊接接头抗拉强度795-835MPa，焊缝的硬度为210-248HV10，焊缝的夏比冲击功为Akv (-40°C) = 100-125J ;热影响区的夏比冲击功为Akv (-40°C) = 90-110J。该实验用强度级别彡780MPa高强钢钢板的化学成份为C O. 14%,Mn 1.48%,SiO. 18%, Cr O. 80%, Ni1. 08%、Nb O. 05%、Cu O. 08%, Ti O. 01%, Mo O. 48%、S O. 005%, PO. 009%,N O. 008%,Al O. 015%、余量为Fe及微量的杂质。实施例1-3各项实验其性能均满足强度级别>780MPa高强钢对焊缝的技术要求。
权利要求
1.一种用于强度级别> 780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂，其特征在于所述焊剂组分质量百分比为SiO25-13 ；MgO30-40Al2O315-30CaF220-30CaO1-4；MnO2-6 ；TiO91-6。
2.根据权利要求1所述的用于强度级别>780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂，其特征在于所述 SiO2 5kg ；所述 MgO 32kg ；所述 Al2O3 24kg ；所述 CaF2 28 kg ；所述 CaO 4. O kg ；所述 MnO 2. O kg ；所述 TiO2 5. O kg。
3.根据权利要求1所述的用于强度级别>780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂，其特征在于所述 SiO2 7kg ；所述 MgO 35kg ；所述 Al2O3 22kg ；所述 CaF2 26 kg ；所述 CaO 4. O kg ；所述 MnO 4. O kg ；所述 TiO2 2. O kg。
4.根据权利要求1所述的用于强度级别>780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂，其特征在于所述 SiO2 8kg ；所述 MgO 38kg ；所述 Al2O3 18kg ；所述 CaF2 25 kg ；所述 CaO 5.0 kg ；所述 MnO 3. O kg ；所述 TiO2 3. Okgo
5.一种制造权利要求1-4任一权利要求所述的用于强度级别> 780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂的生产方法，其特征在于所采用的步骤为将所述焊剂各组分粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入药粉重量15-20%的粘结剂混合造粒，再经100-200°C低温烘烤，600-800°C高温烧结，筛分。
6.根据权利要求5所述的用于强度级别>780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂的生产方法，其特征在于所述粘结剂为含硅酸锂的钠水玻璃，所述低温烘烤为150°C低温烘烤，所述高温烧结为750°C高温烧结。
7.—种权利要求1-4任一权利要求所述的用于强度级别> 780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂配合专用焊丝，其特征在于所述焊丝成份按重量百分比为C O. 083,Mn1. 75、Si O. 12、S O. 004, P O. 009、Cr O. 30, Ni 2. 88,Mo O. 46、Cu O. 15，余量为Fe。
全文摘要
本发明公开了一种用于强度级别≥780MPa的高强钢埋弧焊的焊剂，涉及焊接领域，所述焊剂组分质量百分比为SiO2 5-13；MgO 30-40；Al2O3 15-30；CaF2 20-30；CaO1-4；MnO 2-6；TiO2 1-6。本发明焊条焊剂配合专用焊丝对强度级别≥780MPa的高强钢进行焊接，焊缝具有与高强钢本体相近的高强度、高韧性、低裂纹敏感性等优良性能。
文档编号B23K35/30GK103008918SQ201210547489
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者杨飞, 贾兴旺 申请人:四川大西洋焊接材料股份有限公司