一种550MPa级高强度酸性焊条及制备、焊接方法与流程

本发明涉及焊接材料，具体而言，涉及一种550mpa级高强度酸性焊条及制备、焊接方法。

背景技术：

1、基础建设中的建筑、桥梁、铁路、公路等用低碳钢材焊接以普通430mpa和490mpa级酸性焊条为主，抗拉强度较为普通，虽然能满足过去的建设需要，但随着时间推移，未来基础建设将要向强度更高、跨度更大、环境要求更苛刻的方向发展，430mpa和490mpa酸性焊条会被逐渐淘汰。目前，已经有部分开始使用550mpa级碱性焊条替代酸性焊条以解决焊接接头抗拉强度问题，虽然使得机械性能可以满足需要，但是焊接操作要求难度大增，而且需要对母材接头除锈、去油污、加之碱性焊条本身耐潮能力差、全位置焊接操作性能普通，实际野外施工中非常影响工作效率。因此开发新型高强度酸性焊条，在提升焊接接头抗拉强度的同时大大降低焊工操作要求，是目前亟需解决的问题。

2、有鉴于此，特提出本技术。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种550mpa级高强度酸性焊条及制备、焊接方法，通过对焊条药皮的组分进行改进，利用各个组份的自身及其协同作用，提升焊接接头抗拉强度的同时大大降低焊工操作要求，解决了目前普通酸性和碱性焊条无法同时满足机械性能和兼顾野外施工方便性的问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供一种550mpa级高强度酸性焊条，包括焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮，所述药皮包括如下重量份组分：微晶纤维1份-3份、中碳锰铁9份-12份、小苏打1份-5份、钼铁0.5份-3份、还原钛铁矿30份-40份、白泥4份-10份、钾长石5份-15份、云母7份-12份、大理石10份-15份、硅钙合金0.5份-3份。

4、本发明通过对药粉组成及配比进行合理控制，尤其是对微量合金元素加入量的精准控制，使该焊条焊接接头抗拉强度≥550 mpa，远高于普通酸性焊条，与同级别碱性焊条比较，具有更加良好的焊接工艺性，焊缝成形美观、渣壳能自动翘起脱落，全位置焊接操作性优良，再引弧性能大幅提高，同时冲击性能依然能满足相关标准要求。

5、其中，还原钛铁矿主要成分为tio2、fe、c，该组分是酸性焊条药皮中最主要的组成之一，其中含有大量的tio2，在酸性焊条中可以起到稳定电弧并且形成焊渣保护焊缝，普通加入量控制在30%-50%之间，可以获得最佳的保护性能。但是由于该材料中含有较多的fe和c，具有极强的还原性，在焊接过程中会造成剧烈的氧化还原反应使得飞溅变大，因此其用量不宜过大。

6、微晶纤维主要成分为有机物，有机物对于焊条电弧吹力和再引弧作用非常关键，特别是在使用交流焊接的场合，能防止焊条断弧、并且适当增加吹力也能更利于全位置焊接。在焊条药皮中的总加入量控制在3%以内，既能提高其交流焊接工艺性能又能防止过多的c带来焊缝的气孔敏感性，因为焊缝熔池温度很高，c元素具有很强的还原能力，能和熔池中氧化物发生剧烈反应，使飞溅变大并且生成的co和co2，如果不及时排出容易产生气孔。

7、小苏打主要成分为nahco3，小苏打在80℃左右开始分解、200℃以上基本完全分解，分解产物为co2和na2co3，而在1000℃以上会进一步分解成na2o和co2。利用该特性，在本焊条中加入可以在药皮熔化前期提供气体保护，隔绝空气对焊缝的氧化。而在焊接形成熔池阶段na2o可以进入焊缝提升熔渣碱度从而提升冲击韧性。这是高抗拉强度酸性焊条保证冲击性能的核心材料，是无机物中能提供气体保护作用和提升焊缝碱度的良好材料，并且na离子钠原子电离电位极低，电弧高温下极易电离，维持电弧通道导电，能改善电弧稳定性。但焊条药皮中加入过多会导致吸潮严重，并且碱度过高不利于焊缝成型，所以经过摸索研究在药皮中加入量控制2%-5%之间能得到最佳效果。

8、中碳锰铁主要成分为mn、fe，mn是重要的脱氧剂，同时也是焊缝金属重要的合金剂。对焊缝金属的强度和韧性有重要影响。mn可以降低奥氏体向铁素体转变温度，促进af（针状铁素体）形成，从而提高焊缝的低温冲击性能，但加入量太高时会因抗拉强度增加反而让冲击性能降低。在该焊条中通过合理成分和配比设计、药粉与焊芯的共同作用，让焊接形成的熔敷金属中的mn和si比值达到2:1左右，这样si在焊接熔池未凝固前脱氧能力较强，mn在焊接熔池凝固后期脱氧能力较强，并且还能与杂质元素s形成mns，降低焊缝的杂质、净化焊缝金属的效果。

9、钼铁，主要成分mo、fe，是一种关键的微量金属添加剂，能显著提升焊接接头的强度、韧性、耐热性和耐腐蚀性。但由于该焊条的焊接接头中存在大量c，加入量不宜过高，否则形成大量的moc会大大降低冲击性能，在该焊条药皮中的总加入量控制在3%以内为宜。

10、白泥和钾长石的主要成分是sio2、al2o3、k2o、na2o，它们在熔渣中存在时，因为键能低而被排斥到熔渣的表层，使熔渣的表面张力减小，对熔渣流动性作用良好。在药皮中比例较低时，可以使熔滴颗粒度变细，焊接表现为渣壁过渡。但若加入量过多会使熔渣凝固速度变慢，在立、仰焊时，铁水和熔渣易下淌。

11、云母主要成分是kmg3(alsi3o10)f2，其主要在焊缝中起到造渣作用，保护焊缝金属免受空中氧化，让焊缝得到优质的金属光泽和成型，但应保证加入不易过多，以免带入过多硅酸盐、铝酸盐等影响电弧稳定性。此外该材料对于焊条药皮强度的提升有巨大的作用，是保证焊条正常生产的关键。

12、大理石主要成分是caco3，其主要作用是造渣、造气、稳定电弧、提高熔渣碱度，并有较好的脱硫能力和间接脱磷效果，焊接过程中分解的co2能减少焊缝被氧化、氮化并且降低扩散氢含量。同时配合分解温度不同的其他碳酸盐使用，使其在焊接时来不及完全分解就进入熔池，吸收熔池热能，迅速降低熔渣温度，增加熔渣粘度，加快熔渣凝固速度，有利于全位置焊接。

13、硅钙合金，主要成分是si、ca少量al，si和ca元素脱氧、脱硫能力极强，能极大程度净化焊缝中的氧化性夹杂物，其脱氧后产物是低熔点的cao.sio2（硅酸钙），相比硅铁生成的sio2，更容易上浮进入熔渣，减少硅酸盐夹杂。同时ca有很强脱硫作用，降低热裂纹倾向。硅元素能熔入基体（铁素体）带来少量固溶强化从而提升焊缝抗拉强度。但硅钙合金本身碱度较高，也不能过高加入，否则在酸性焊条中很容易产生大量飞溅、熔池变浑浊，所以本焊条中加入量控制在3%以内最佳。

14、在某一具体实施方式中，所述焊芯包括如下重量百分比组分：碳 0.02%-0.2%、锰0.1%-0.4%、硅 0.01%-0.03%、铁99.5%-99.9%，余量为不可避免的杂质。

15、在某一具体实施方式中，所述药皮包括如下重量份组分：微晶纤维1.4份-1.8份、中碳锰铁10.5份-12.0份、小苏打3份-4份、钼铁1份-2份、还原钛铁矿34份-38.5份、白泥7份-9份、钾长石11.2份-11.8份、云母8.0份-10.5份、大理石12.5份-14份、硅钙合金1.5份-2.5份；所述焊芯包括如下重量百分比组分：碳 0.05%-0.1%、锰0.3%-0.35%、硅0.03%、铁99.555%-99.559%，余量为不可避免的杂质。

16、在某一具体实施方式中，所述药皮包括如下重量份组分：微晶纤维1.5份、中碳锰铁11.0份、小苏打3.5份、钼铁1.4份、还原钛铁矿38.0份、白泥8.5份、长石11.5份、云母9.0份、大理石13.5份、硅钙合金2.1份；所述焊芯包括如下重量百分比组分：碳 0.05%、锰0.35%、硅 0.03%、铁99.555%，余量为不可避免的杂质。

17、在某一具体实施方式中，所述药皮包括如下重量份组分：微晶纤维1.6份、中碳锰铁11.2份、小苏打3.4份、钼铁1.4份、还原钛铁矿37.8份、白泥8.0份、长石11.7份、云母9.3份、大理石13.5份、硅钙合金2.1份；所述焊芯包括如下重量百分比组分：碳 0.1%、锰0.3%、硅 0.03%、铁99.559%，余量为不可避免的杂质。

18、在某一具体实施方式中，微晶纤维1.5份、中碳锰铁 11.2份、小苏打 3.8份、钼铁1.1份、还原钛铁矿 37.2份、白泥8.8份、长石11.5份、云母9.5份、大理石13.0份、硅钙合金2.4份；所述焊芯包括如下重量百分比组分：碳 0.1%、锰0.3%、硅 0.03%、铁99.556%，余量为不可避免的杂质。

19、在某一具体实施方式中，所述中碳锰铁：mn≥75%，si≤2.5%；所述钼铁：mo≥55.0%、c≤0.2%。

20、在某一具体实施方式中，tio2≥56.0%；所述白泥：sio2≥59.0%，al2o3≥17.0%。

21、在某一具体实施方式中，所述钾长石：sio2≥62.0%，al2o3≥16.0%，k2o+na2o≥12.0%；所述云母：sio2≥45.0%，al2o3≥22.0%，k2o+na2o≥7.0%。

22、在某一具体实施方式中，所述大理石：caco3≥96.0%；所述硅钙合金：ca:25%-32%、si:50%-65%。

23、第二方面，本发明提供一种所述550mpa级高强度酸性焊条的制备方法，包括如下步骤：

24、（1）按比例将药粉中的各组成的粉料加入到混合器内，搅拌混合均匀后，加入模数2.6、粘度为39be’、重量百分比为19.0%-22.0%的钾钠水玻璃混合调粉，得到混合药粉；

25、（2）将粉料和焊芯（混合药粉占焊条总重量的百分比为22%~32%，所述焊芯占焊条总重量的百分比为68%~78%）置于焊条涂压机中，涂压成型后为药粉包裹焊芯的焊条；

26、（3）依次经70℃-130℃低温烘焙、140℃-190℃高温烘焙、印字、包装。

27、第三方面，本发明提供一种焊接550mpa级低碳钢的焊接方法，采用权利要求所述550mpa级高强度酸性焊条进行焊接，焊接参数为：焊接电流140-210a、电弧电压20-30v、焊接道间温度90-130℃。

28、本发明采用上述的焊条焊接550mpa级低碳钢可获得高于普焊酸性焊条抗拉强度的熔敷金属，得到室温下良好的抗拉强度和满足相关标准要求的力学性能。所述熔敷金属的抗拉强度550 mpa-620mpa，焊缝金属0℃冲击功akv在80 j-110j。

29、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

30、1、本发明实施例提供的一种550mpa级高强度酸性焊条及制备、焊接方法，通过对药粉组成及配比进行合理控制，尤其是对微量合金元素加入量的精准控制，使该焊条焊接接头抗拉强度≥550 mpa，远高于普通酸性焊条，同时冲击性能依然能满足相关标准要求；

31、2、本发明实施例提供的一种550mpa级高强度酸性焊条及制备、焊接方法，为550mpa高强度酸性焊条，与同级别碱性焊条比较，具有更加良好的焊接工艺性，焊缝成形美观、渣壳能自动翘起脱落，全位置焊接操作性优良，再引弧性能大幅提高。