一種用于高強(qiáng)鋼焊接的焊條及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用于高強(qiáng)鋼焊接的焊條及其制備方 法和應(yīng)用，可應(yīng)用于海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)鋼材的配套材料焊接。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在海洋結(jié)構(gòu)中為了降低海洋平臺(tái)重量和制造成本，必須最大限度的減少鋼 材使用和優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此，采用鋼材的強(qiáng)度級(jí)別將會(huì)越來越高，材料厚度也不斷增加， 屈服強(qiáng)度超過460MPa的EQ47、EQ56、EQ70等鋼種使用比例超過40%。
[0003] 然而，高強(qiáng)度、大厚度材料的使用則對(duì)焊接技術(shù)提出了更大的挑戰(zhàn)，要求選用的焊 接材料不但具有良好焊接操作工藝性能，同時(shí)在大厚度、高強(qiáng)度的拘束度條件下，具有良好 的抗裂性能、良好的強(qiáng)初綜合性能、良好的耐腐蝕性能和良好的抗疲勞裂紋擴(kuò)展能力。
[0004] 經(jīng)過多年研制工作，我國(guó)已經(jīng)開發(fā)出EQ46高強(qiáng)度海洋平臺(tái)用鋼并開始批量供貨， 完全可W替代同級(jí)別進(jìn)口鋼材。但是，在運(yùn)種高強(qiáng)度海洋平臺(tái)用鋼的配套焊接材料方面進(jìn) 度緩慢，國(guó)內(nèi)未能及時(shí)配套研制焊接材料，大多依賴進(jìn)口焊材，導(dǎo)致制造成本增加和建造周 期較長(zhǎng)。因此，盡快開發(fā)出滿足海洋工程建造用的高端焊接材料具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種用于460MPa級(jí)高強(qiáng)鋼焊接 的焊條，該焊條的烙敷金屬化學(xué)成分、烙敷金屬力學(xué)性能和擴(kuò)散氨含量均能能滿足460MPa 級(jí)高強(qiáng)鋼的焊接要求。
[0006] 本發(fā)明提供了一種用于高強(qiáng)鋼焊接的焊條，包括焊忍和藥皮，所述藥皮由如下重 量百分比的組分組成：CaC〇3:：M~48%，CaF2:13 ~23%，Ti〇2:4 ~9%，Si〇2:4~8%， Μη:2 ~7%，Si-化：4 ~10%，Ni:2 ~7%，M〇-化：0. 5 ~2. 5%，C:0. 1 ~0.8%，胞2〇)3: 0. 5~2%，CMC:0. 5~2 %，稀±金屬或其氧化物：1~2 %，余量為鐵粉及不可避免的雜質(zhì)。
[0007] 作為優(yōu)選地，上述藥皮由如下重量百分比的組分組成：CaC化:48%，CaF2:23%， Ti〇2:4%，Si〇2:6%，Μη:2%，Si-Fe:4%，Ni:2%，Mo-Fe:0. 5%，C:0. 1%，化2〔03:1. 5%， CMC:0. 5%，稀±金屬氧化物：2%，余量為鐵粉及不可避免的雜質(zhì)。
[0008] 作為優(yōu)選地，上述藥皮由如下重量百分比的組分組成：CaC化:45%，CaF2:18%， Ti〇2:5%，Si〇2:7%，Μη:3%，Si-Fe:4%，Ni:5%，Mo-Fe:2.5%，C :0.5%，胞2〇)3:0. 5%， CMC :2%，稀±金屬氧化物：1.5%，余量為鐵粉及不可避免的雜質(zhì)。
[0009] 作為優(yōu)選地，上述藥皮中CaC〇3與CaF2的重量比為1. 5~2. 5。
[0010] 作為優(yōu)選地，上述焊忍采用冊(cè)8T碳鋼鋼忍，其化學(xué)成分占焊忍重量百分比為 C:0. 071%，Si:0.ll%，Mn:0. 42%，S:0. 004%，P:0. 005%，其余為鐵。
[0011] 本發(fā)明的運(yùn)種用于高強(qiáng)鋼焊接的焊條可用于海洋平臺(tái)用460MPa級(jí)高強(qiáng)鋼的焊 接。
[0012] 本發(fā)明中，CaC〇3的作用是造氣、造渣，同時(shí)還能去除S、P;CaC〇3比例較高時(shí)，由于 CaC〇3分解出的CO2氣體可增加電弧吹力，改善了電弧穩(wěn)定性，有利于烙滴過渡，焊條端部馬 蹄狀不明顯，焊條具有良好的立焊操作性。但化C〇3含量高于48%時(shí)，烙渣的流動(dòng)性變差， 焊道窄而粗糖，焊縫凸度增加，成型不美觀；CaC〇3含量低于34%時(shí)，分解出的C〇2氣體較少， 對(duì)烙滴保護(hù)不充分，焊縫金屬容易卷入氣體，使焊縫中&和N2增加，易產(chǎn)生裂紋等缺陷，同 時(shí)分解產(chǎn)物CaO較少，導(dǎo)致脫硫、脫憐不充分，易形成結(jié)晶裂紋，同時(shí)焊縫金屬?zèng)_擊初性急 劇下降。綜上所述，藥皮中加入34%~48%的CaC〇3。
[0013]CaFz主要作用是造渣，同時(shí)去除焊縫中出]，需要控制CaF2的加入量。CaF2含量高 于23%時(shí)，易導(dǎo)致藥皮烙點(diǎn)降低，套筒變短，電弧吹力減小，穩(wěn)定性變差，烙渣板結(jié)，不利于 脫渣，CaFz為反電離物質(zhì)，而且氣與電子親和力很大，極易奪取電弧中的電子，使得電弧中 電子數(shù)量減少，電弧穩(wěn)定性變差，同時(shí)，立焊時(shí)焊條端部容易產(chǎn)生馬蹄形，使立焊操作困難； CaFz含量低于13%時(shí)，去氨作用減弱，焊縫中出]含量增加，造成氨脆，使焊縫金屬塑性下 降、形成白點(diǎn)、產(chǎn)生冷裂紋等，因此，將CaFz含量控制在13%~23%。
[0014] 堿性焊條的焊接工藝性能主要取決于化OVCaFz的比例，為使焊條具有良好的工 藝性能，控制CaC〇3/C￡iF2的比例為1. 5~2. 5。
[0015] Ti〇2的作用是使烙渣具有適當(dāng)?shù)睦狱c(diǎn)和粘度，使焊縫金屬與烙渣之間具有較大的 線膨脹系數(shù)之差，從而改善脫渣性；還可使烙渣凝固速度加快，形成短渣，有利于全位置焊 接；此外，金紅石燈i〇2)還具有良好的穩(wěn)弧性，可明顯降低飛瓣。Ti〇2含量低于4%時(shí)，Ti〇2 的熱脫渣性作用不明顯。Ti〇2含量高于9%時(shí)，焊縫易裂，機(jī)械性能嚴(yán)重下降，因此，TiO2含 量控制在4~9%范圍為宜。
[0016] 藥皮中加入適量Si〇2,電弧燃燒時(shí)Si〇2和化C03分解的CaO結(jié)合可生成偏娃酸巧， 在烙渣凝固過程中，α偏娃酸巧轉(zhuǎn)化為β偏娃酸巧，由于二者膨脹系數(shù)不同，渣質(zhì)松脆，使 脫渣性大大提高，特別有利于坡口內(nèi)脫渣。但Si〇2含量超過8%時(shí)，會(huì)使烙渣粘度過大，阻 礙烙渣與液態(tài)金屬間的傳質(zhì)作用，影響冶金反應(yīng)充分進(jìn)行，阻礙烙池內(nèi)氣體逸出，易產(chǎn)生氣 孔，同時(shí)，飛瓣較大，爆炸聲顯著。而Si〇2含量低于4%時(shí)，烙渣粘度又過小，又會(huì)使烙渣覆 蓋不均勻，失去應(yīng)有的保護(hù)作用，粘度過小還直接影響焊條的全位置施焊性。
[0017] 藥皮中加入娃鐵主要是作脫氧劑，娃鐵的加入可使焊縫成型美觀，波紋細(xì)致； Si-Fe含量為4~10%，當(dāng)藥皮中Si-Fe含量低于4%時(shí)，脫氧不充分，焊縫中氧含量增加， 焊縫金屬?zèng)_擊初性和延伸率均降低，當(dāng)藥皮中Si-Fe含量高于10%時(shí)，焊縫金屬?gòu)?qiáng)度劇增， 初性下降，同時(shí)焊縫金屬石墨化嚴(yán)重，氧化生成Si化使渣的粘度增加，氣體不易逸出。
[0018] 而Μη是過渡合金，參與脫S反應(yīng)，W及通過固溶強(qiáng)化，增加針狀鐵素體含量，提高 焊縫金屬?gòu)?qiáng)度和初性的作用。Μη含量高于7%時(shí)，焊縫金屬延展性、初性變差；Μη含量低于 2%時(shí)，針狀鐵素體極少，形成粗大鐵素體晶粒，不能組織裂紋傳播，達(dá)不到強(qiáng)化效果；
[0019]Mo-Fe的作用是提高焊縫金屬?gòu)?qiáng)度，在一定范圍內(nèi)可調(diào)高低溫沖擊初性。當(dāng)Mo-Fe 含量大于2. 5%時(shí)，對(duì)沖擊初性極為不利，Mo-Fe含量低于0. 5%時(shí)，強(qiáng)化效果不明顯。
[0020]Ni是焊縫金屬中重要的合金元素，能提高焊縫金屬的低溫初性，降低初脆轉(zhuǎn)變溫 度，Ni本身還具有良好的耐腐蝕性能。而當(dāng)Ni含量低于3%時(shí)，對(duì)提高鐵素體基體初性作 用不大，不能獲得良好的低溫初性，Ni含量高于6%時(shí)，易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，為了獲得優(yōu) 良的低溫初性，藥皮中加入了 3%~6%Ni。
[0021] 藥皮中加入NazCOs、CMC可有效改善焊條的壓涂性能。
[0022] 藥皮中加入稀±元素的作用是凈化焊縫，減少焊縫中非金屬夾雜物，同時(shí)增強(qiáng)藥 皮還原性，提高合金元素的過渡系數(shù)，然而，稀±元素價(jià)格昂貴，加入量較少，因此，將其加 入量控制在1~2%。
[0023] 另外，本發(fā)明還提供了一種制備上述焊條的方法，包括如下步驟：
[0024] 1)按照所述量稱取藥皮的各組分混合均勻；
[00巧]2)將步驟1)所得的混合組分采用K:化為2:1的水玻璃作為粘結(jié)劑粘合；
[0026] 3)將步驟2)所得的粘合物由油壓機(jī)涂覆于焊忍上，在自然環(huán)境驚曬至藥皮干 硬后，再放入烘干爐中加熱至120°C保溫兩小時(shí)，繼續(xù)加熱至250°C保溫兩小時(shí)，再加熱至 360 °C~380 °C烘干兩個(gè)小時(shí)。
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