一种43公斤级耐候钢用焊条及其应用的制作方法

本发明属于焊接材料，具体涉及一种43公斤级耐候钢用焊条及其应用。

背景技术：

1、耐候钢因其具备耐大气腐蚀的特点，在桥梁、汽车、铁路车辆等行业应应用范围逐渐扩大，耐候钢具有减轻自重、节约维护成本、提高建造效率等优势。普通钢结构桥梁现阶段主要采用涂装解决锈蚀问题，但涂装费用及后期维护成本较高，因此耐候桥梁用钢在国内外得到了广泛发展，其配套焊接材料的开发也越来越迫切。

2、目前市场上耐蚀钢焊条品种少且力学性能不稳定，耐候性能参差不齐。参考awsd1.5规定焊缝金属的耐蚀指数i不得低于6.0，而目前鲜少有针对抗拉强度43公斤级耐候钢配套焊条的耐候性能研究。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种43公斤级耐候钢用焊条，至少可以解决现有技术中存在的部分缺陷。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种43公斤级耐候钢用焊条，包括焊芯及包裹于焊芯表面的药皮，所述药皮包括按质量百分比计的如下组分：大理石30～40％，萤石20～30％，氟化钠3～7％，锆英砂1～3％，金红石3～7％，石英2～4％，45#雾化硅铁2～4％，金属锰1.5～3％，镍镁合金1.4～2.5％，金属铬0.7～1.5％，铜粉0.6～1.2％，硅锆铁0～1.5％，三氧化二硼0.3～0.7％，纯碱0～1％，cmc 0～1％，余量为铁粉。

4、进一步的，所述药皮中金红石、石英、锆英砂三者加入量之和占药皮质量百分比为6～11％。

5、进一步的，所述药皮中纯碱与cmc的加入量之和占药皮质量的1％。

6、进一步的，上述43公斤级耐候钢用焊条熔敷金属含有如下质量百分比的化学成分：c：0.02～0.06％，mn：0.4～0.7％，si：0.15～0.40％，s≤0.015％，p≤0.015％，ni：0.4～0.65％，cr：0.25～0.5％，cu：0.2～0.4％。

7、具体的，所述药皮包括按质量百分比计的如下组分：大理石30％，萤石20％，氟化钠7％，锆英砂1％，金红石3％，石英2％，45#雾化硅铁2％，金属锰1.5％，镍镁合金2.5％，金属铬1.5％，铜粉1.2％，硅锆铁1％，三氧化二硼0.7％，纯碱1％，余量为铁粉。

8、具体的，所述药皮包括按质量百分比计的如下组分：大理石35％，萤石30％，氟化钠3％，锆英砂3％，金红石3％，石英4％，45#雾化硅铁3％，金属锰2.5％，镍镁合金2.2％，金属铬0.7％，铜粉0.6％，硅锆铁1.5％，三氧化二硼0.3％，纯碱0.5％，cmc 0.5％，余量为铁粉。

9、具体的，所述药皮包括按质量百分比计的如下组分：大理石40％，萤石30％，氟化钠3％，锆英砂1％，金红石7％，石英3％，45#雾化硅铁4％，金属锰3％，镍镁合金1.4％，金属铬0.9％，铜粉1％，三氧化二硼0.3％，cmc1％，余量为铁粉。

10、进一步的，所述焊芯直径为4mm，该焊芯包裹药皮后的外径为6.5～6.6mm。

11、本发明提供的这种43公斤级耐候钢用焊条在焊接时，焊接电流为160～170a，焊接电压23～25v。

12、本发明的43公斤级耐候钢用焊条中药皮配方设计原理如下：

13、大理石：作为造渣、造气剂，分解形成的co2增加气体吹力，增大熔深；而分解形成的cao为熔点很高的碱性物质，含量太多会影响熔渣的流动性和表面张力，不仅不利于焊缝成型，并且会增大熔滴尺寸，在立焊成型时导致马蹄形出现，使焊接工艺恶化，尤其是本发明提供的焊条药皮厚度较普通产品大，需进一步控制高熔点cao含量，同时与药皮配方中稀渣物质良好的配合；而大理石含量太少，碱度过低，造渣剂量少，对焊缝力学性能及工艺性能均有一定影响，因此本发明中控制大理石含量在30～40％，可获得较好的力学性能和工艺性能。

14、萤石：作为稀渣剂，可显著降低药皮的熔点，改善熔渣的流动性，但是过量会导致电弧不稳定，熔渣从焊缝两侧分离，影响焊缝成型，需与药皮中大理石进行合理匹配，本发明提供的焊条从电弧稳定性、熔渣流动性等方面考虑控制其含量在20～30％。

15、氟化钠：氟化物去氢，稀渣，可替代药皮中部分萤石，同萤石区别在于适量添加有助于稳弧，不能超过7％，否则f破坏电离影响电弧稳定性的特性消失。

16、锆英砂：适量的锆英砂可提高焊缝脱渣效果，使焊缝表面干净，边缘整齐，一般加入1～3％。

17、石英：降低熔池中铁水的表面张力，细化熔滴，降低飞溅、改善熔渣覆盖性能，与药皮中碱性物质反应生成熔点相对较低的化合物，降低熔渣的熔点，改善流动性；加入量少，上述作用不明显，而石英为酸性物质，长渣状态，加入量过多，熔渣凝固温度范围大，不利于全位置焊接，并且熔渣呈玻璃状，不利于脱渣；因此本发明提供的焊条控制石英加入量在2～4％。

18、金红石：在碱性渣系中加入适量的金红石，可提高电弧稳定性，细化熔滴，降低药皮熔点，同时作为短渣物质，金红石的加入可提高立焊工艺性能；但是由于其减低熔渣的碱度，同时避免焊缝中ti合金过多，提高焊缝强度，超出本发明要求的标准，因此不可过量加入，否则将会影响焊缝力学性能；综合研究，本发明提供的焊条配方中控制金红石含量在3～7％。

19、优选的，金红石+石英+锆英砂三者加入量之和控制在6～11％，从熔渣流动性、熔点、脱渣性方面考虑，可实现较好的熔渣性能。

20、45#雾化硅铁：45#雾化硅铁中的si是重要脱氧剂，能降低焊缝金属的氧含量，提高低温冲击韧性，调节铁水的流动性。在耐候钢中si元素有利于细化锈层中的氧化物，从而降低耐候钢的整体腐蚀率，加入量过低时会导致脱氧不足，低温冲击韧性和焊缝耐候指数均不能满足要求，而当加入量过高时会使焊缝强度超标，因此本发明中控制45#雾化硅铁含量在2～4％。

21、金属锰：作为脱氧剂，降低焊缝金属的含氧量，增加焊缝金属强度和抗裂性。本发明的焊缝抗拉强度有一定范围要求，应严格控制其含量，以保证强度的实现，而mn对冲击韧性的有利影响也会随着mn含量的降低而减弱，甚至冲击韧性不能满足标准要求，因此应控制mn含量在合适的范围，既要控制强度，又要保证低温冲击韧性，在本发明中当mn加入量低于1.5％时会导致脱氧不足，焊缝金属强度和低温冲击韧性不能满足要求，当mn加入量超过3％时会使焊缝强度过高。

22、镍镁合金：镍镁合金中的mg作为强脱氧剂，脱氧产物为碱性物质，可提高冲击韧性，加入量过少时提高低温冲击韧性能力及脱氧能力不足，需采用其他物质进行脱氧和韧化；加入量过多时由于脱氧产物含有镁的氧化物，使熔渣的熔点上升导致凝固速度加快，不利于焊缝气体的排除，也会造成立焊成形变差，因此应控制其含量；而mg容易在空气中氧化，不易储存，并且存在爆炸危险，与ni形成镍镁合金可解决镁易氧化的问题。

23、本发明焊材的强度要求在一定范围内，应控制焊缝中c、mn含量，保证强度不超标，但是上述镍镁合金元素低会导致粗大的先共析铁素体析出，对冲击韧性有不利影响，因此ni的加入可提高焊缝的冲击韧性，对强度也有一定提高作用。而ni用量低时，对焊缝冲击韧性不利，耐候指数i偏低；ni用量高时考虑到mg含量对焊接工艺的影响，因此本发明中控制镍镁合金含量在1.4～2.5％之间。

24、金属铬：金属铬cr是耐候钢中常见的合金元素，cr能够在钢表面形成致密的氧化膜，提升电极电位，产生钝化效果，提高钢的耐蚀性，并且与cu元素同时加入钢中时效果尤为明显。当金属铬加入量低于0.7％时，上述效果不明显，耐候指数i偏低；金属铬加入量超过1.5％时会使焊缝强度提升，超出要求范围。

25、铜粉：铜粉cu可提高耐候钢的耐腐性，耐候钢在腐蚀过程中，其表面产生cu的富集现象，在腐蚀层和cu的富集层之间形成一层紧密的cuo中间层，可减缓或阻止腐蚀介质继续向内侵蚀，焊缝中添加适量的cu可提高焊缝的耐候指数。cu含量对焊缝耐候指数的影响很大，并且不是线性关系，存在一个范围，cu含量过高或过低，均会使耐候指数不达标，因此本发明中控制cu含量在0.6～1.2％。

26、硅锆铁：硅锆铁中的锆zr作为强脱氧元素可降低焊缝中的氧含量，同时焊缝中少量的zr可提高焊缝强度，但是应严格控制其含量，避免焊缝强度超出要求范围，本发明中控制硅锆铁含量在0～1.5％。

27、三氧化二硼：少量b元素过渡至焊缝中，对提高焊缝冲击韧性有利，但应控制其含量，否则适得其反。

28、纯碱和cmc(羧甲基纤维素)：有利于焊条压涂，保证焊条外观质量，两者之和控制在1％。

29、另外，本发明中控制焊条形成的熔敷金属化学成分的含量，即利用c、mn提高焊缝强度，而c、mn含量过高，焊缝强度超出要求范围，c、mn含量过低，低温冲击韧性不稳定；利用si提高焊缝强度及耐候指数，si含量过高，焊缝强度超出要求范围，si含量过低，耐候指数偏低；利用ni、cr、cu尤其cu元素对焊缝耐候指数影响大，控制其在合适的范围，以保证强度及耐候指数。

30、本发明的有益效果：

31、(1)本发明提供的这种43公斤级耐候钢用焊条通过药皮向熔敷金属过渡适量的ni、cr、cu、si元素，使焊接金属具有优异的耐候性，其耐候指数i可大于6.5。

32、(2)本发明提供的这种43公斤级耐候钢用焊条通过对药皮组分的调整，控制焊缝金属中c、mn、si及其他合金元素的含量，保证熔敷金属抗拉强度430～550mpa，-20℃低温冲击吸收能量大于47j，具有稳定的力学性能。

33、(3)本发明提供的这种43公斤级耐候钢用焊条可进行全位置焊接，焊接工艺性能优良，电弧稳定，焊缝成形美观。