CN115846938A - 一种低温高韧性耐火耐候钢用埋弧焊剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低温高韧性耐火耐候钢用埋弧焊剂，组成焊剂的组分按重量百分比计包括：氟化钡20‑25％、煅烧α型三氧化二铝15‑20％、金红石15‑20％、大理石10‑15％、硅灰石8‑12％、锰矿粉7‑11％、金属锰合金5‑10％、镍镁合金5‑8％、钼铁合金1‑5％、钛铁合金1‑2％、硼铁合金1‑2％；各组分的重量百分比之和为100％。该焊剂配合埋弧焊丝使用时，焊缝具有较高的抗拉强度、低温冲击韧性及较好延伸率，添加多种氟化物、氧化物能够降低有害元素硫、磷、氢的含量，可以满足超高层建筑用焊接材料标准，同时具有电弧稳定、成型美观、脱渣容易、使用简单、操作方便等特点。

Description

一种低温高韧性耐火耐候钢用埋弧焊剂

技术领域

本发明涉及焊接材料领域，尤其是涉及一种低温高韧性耐火耐候钢用埋弧焊剂。

背景技术

随着我国超高层建设进入高速发展期，超高层用钢结构焊接施工的特点是焊接任务量很大、焊接质量要求高，不仅要求高效焊接工艺，同时对材料具有非常高的综合性能指标要求。超高层用钢结构用钢材提高了抗拉强度、低温冲击韧性等，对配套焊接材料的抗拉强度、低温冲击韧性也提出了更高的要求，迫切需要大量的专用焊接材料，而且要满足高速高效焊接需求。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种低温高韧性耐火耐候钢用埋弧焊剂，采用该埋弧焊剂能够满足大电流高参数焊接，而且脱渣容易、焊道成型美观、焊后加工余量小，可用于超高层用钢结构用钢的焊接，可以保证焊接质量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种低温高韧性耐火耐候钢用埋弧焊剂，组成焊剂的组分按重量百分比计包括：氟化钡20-25％、煅烧α型三氧化二铝15-20％、金红石15-20％、大理石10-15％、硅灰石8-12％、锰矿粉7-11％、金属锰合金5-10％、镍镁合金5-8％、钼铁合金1-5％、钛铁合金1-2％、硼铁合金1-2％；各组分的重量百分比之和为100％。

其中，氟化钡的添加是本发明的关键技术，氟化钡能够与焊缝中氢结合成氟化氢气体溢出，有利于降低电弧气氛中氢的分压，降低了焊缝中有害元素氢的含量，减少氢致裂纹的产生。氟化钡还具有强烈的稀渣作用，能够增加熔池的流动性，保证焊缝在大参数下成形美观。

三氧化二铝是焊剂的主要组成成分，其特征在于取自煅烧α型氧化铝，通过调节三氧化二铝的含量和配比，可以控制熔渣的粘度、熔点，降低焊剂成品的结晶水含量以及降低有害元素S/P的含量。而且，煅烧α型三氧化二铝具有非常稳定的熔点和凝固点，其可以调节熔池的熔点和凝固点，进而改善脱渣性，添加多种合金，改善焊缝金属低温韧性。

金红石在本发明中属于强造渣剂，可以起到稳定电弧的作用，金红石具有较高的熔点，可以调解熔渣物理性能，能够快速冷凝，辅助焊道成型及脱渣。

大理石生成的焊接熔渣均匀地覆盖在焊缝金属表面，减缓了焊缝金属的冷却速度，并获得良好的焊缝成形。

硅灰石保证熔渣具有合适的熔点，熔渣在电弧的高温作用下形成熔渣，发生一系列化学冶金反应，除去氧化物及硫、磷等有害杂质。

锰矿粉在本发明中属于创新点，其主要作用是调节熔渣粘度、添加合金元素。锰矿粉的主要物质是二氧化锰，向焊缝金属过渡锰元素。在焊接参数较大的情况下使用，锰元素的烧损较为严重，而氧化锰既可抑制锰元素的氧化反应得进行，起到保护作用，同时与有害元素硫反应，结合成硫化物进入熔渣。

金属锰合金是良好的脱氧剂和脱硫剂，可以显著提高焊缝的强度，改善焊缝的韧性，但含量不宜过高，否则容易产生焊缝中心裂纹。

镍镁合金在本发明中可向焊缝中添加镍元素，镍元素能够提高焊缝的强度和韧性，但含量不能过高，过高则易导致焊缝强度过高，冲击韧性下降。

钼铁合金的添加能够显著提高焊缝的强度和韧性，通过焊剂中添加能够保证钼铁合金中钼元素进入焊缝金属中。

钛铁合金是本发明的一项关键技术，钛元素能够提高强度塑性及低温韧性，同时改善金属的可焊性，改善焊缝表面成型，钛元素可以调节焊缝金属的熔合比，改善焊缝组分的均匀性，其含量在1-2％。

硼铁合金为本发明的创新点，少量的稀土元素硼可进一步细化晶粒。在本发明中，其含量在1-2％。

进一步，组成焊剂的组分按重量百分比计包括：氟化钡20％、煅烧α型三氧化二铝15％、金红石15％、大理石10％、硅灰石12％，锰矿粉11％、金属锰合金5％、镍镁合金5％、钼铁合金5％、钛铁合金1％、硼铁合金1％。

进一步，组成焊剂的组分按重量百分比计包括：氟化钡25％、煅烧α型三氧化二铝20％、金红石15％、大理石10％、硅灰石8％，锰矿粉7％、金属锰合金5％、镍镁合金5％、钼铁合金2％、钛铁合金1.5％、硼铁合金1.5％。

进一步，组成焊剂的组分按重量百分比计包括：氟化钡22％、煅烧α型三氧化二铝18％、金红石16％、大理石10％、硅灰石8％，锰矿粉7％、金属锰合金6％、镍镁合金8％、钼铁合金1％、钛铁合金2％、硼铁合金2％。

进一步，组成焊剂的组分按重量百分比计包括：氟化钡20％、煅烧α型三氧化二铝15％、金红石20％、大理石10％、硅灰石8％，锰矿粉7％、金属锰合金10％、镍镁合金6％、钼铁合金1.7％、钛铁合金1.1％、硼铁合金1.2％。

相对于现有技术，本发明所述的低温高韧性耐火耐候钢用埋弧焊剂具有以下优势：

本发明所述的低温高韧性耐火耐候钢用埋弧焊剂添加多种微量合金元素，通过细化晶粒、改善晶间组织结构，可以显著提高冲击韧性，保证焊缝的屈强比。添加特殊氟化物能够有效降低有害元素硫、磷、氢的含量，减少对冲击韧性的破坏，提高焊缝的综合性能，本发明的合金元素含量较高，可以满足较大参数下的焊接，能够有效补充焊接过程中的合金元素的烧损，保证焊缝的力学性能符合标准要求。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合实施例来详细说明本发明。

本发明的焊剂原材料经过严格的选料控制，对每一种原材料制定严格的化学成分范围，以及对部分原材料颗粒度进行控制，保证焊剂的颗粒强度。在生产过程中，实行全程在线监控，将药粉按一定比例配制混合，将水玻璃按照25％的重量比例加入辅料混合粉中，用最新焊剂生产设备，将混合粉制成均匀颗粒度的焊剂，保证焊接颗粒度均匀能够使焊接过程平稳，进而得到优良的焊缝成形，因此，本焊剂生产过程中使用焊剂优选装置。

而且，本发明所述的焊剂具有较高的碱度，必须保证电弧及各项工艺性能的稳定性，因此严格控制每种原材料的成分及品质。

实施例1：

表1实施例1焊剂药粉中各原材料重量百分比(％)

粘合剂为高模钾钠水玻璃，模数为3.1-3.2、钾钠比为2:1。

按照上述成分制成埋弧焊剂进行检测，根据美标AWS A5.23标准规定，配合钢结构用埋弧焊丝ENi3，规格Φ5.0，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试。焊接规范：焊接电源为直流反接，电流700A,电压35V,焊速25m/h，道间温度145-155℃。

表2实施例1焊剂S/P含量

项目	S	P
			保证值	≤0.010	≤0.015
例值	0.005	0.012

表3实施例1焊剂熔敷金属化学成分

项目	S	P
			保证值	≤0.010	≤0.015
例值	0.003	0.010

表4实施例1焊剂熔敷金属力学性能实测值

力学项目	Rm(N/mm<sup>2</sup>)	Rel(N/mm<sup>2</sup>)	A(％)	KV2(J)-50℃
					标准值	780-900	≥690	≥17.0	≥47
实测值	838	742	19.0	113

实施例2：

表5实施例2焊剂药粉中各原材料重量百分比(％)

粘合剂为高模钾钠水玻璃，模数为3.1-3.2、钾钠比为2:1。

按照上述成分制成埋弧焊剂进行检测，根据美标AWS A5.23标准规定，配合钢结构用埋弧焊丝ENi3，规格Φ5.0，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试。焊接规范：焊接电源为直流反接，电流700A,电压35V,焊速25m/h，道间温度145-155℃。

表6实施例2焊剂S/P含量

表7实施例2焊剂熔敷金属化学成分

项目	S	P
			保证值	≤0.010	≤0.015
例值	0.005	0.010

表8实施例2焊剂熔敷金属力学性能实测值

力学项目	Rm(N/mm<sup>2</sup>)	Rel(N/mm<sup>2</sup>)	A(％)	KV2(J)-50℃
					标准值	780-900	≥690	≥17.0	≥47
实测值	861	759	18.0	65

实施例3：

表9实施例3焊剂药粉中各原材料重量百分比(％)

粘合剂为高模钾钠水玻璃，模数为3.1-3.2、钾钠比为2:1。

按照上述成分制成埋弧焊剂进行检测，根据美标AWS A5.23标准规定，配合钢结构用埋弧焊丝ENi3，规格Φ5.0，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试。焊接规范：焊接电源为直流反接，电流700A,电压35V,焊速25m/h，道间温度145-155℃。

表10实施例3焊剂S/P含量

项目	S	P
			保证值	≤0.010	≤0.015
例值	0.004	0.010

表11实施例3焊剂熔敷金属化学成分

项目	S	P
			保证值	≤0.010	≤0.015
例值	0.004	0.011

表12实施例3焊剂熔敷金属力学性能实测值

力学项目	Rm(N/mm<sup>2</sup>)	Rel(N/mm<sup>2</sup>)	A(％)	KV2(J)-50℃
					标准值	780-900	≥690	≥17.0	≥47
实测值	845	751	19.0	94

实施例4：

表13实施例4焊剂药粉中各原材料重量百分比(％)

粘合剂为高模钾钠水玻璃，模数为3.1-3.2、钾钠比为2:1。

按照上述成分制成埋弧焊剂进行检测，根据美标AWS A5.23标准规定，配合钢结构用埋弧焊丝ENi3，规格Φ5.0，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试。焊接规范：焊接电源为直流反接，电流700A,电压35V,焊速25m/h，道间温度145-155℃。

表14实施例4焊剂S/P含量

项目	S	P
			保证值	≤0.010	≤0.015
例值	0.004	0.010

表15实施例4焊剂熔敷金属化学成分

项目	S	P
			保证值	≤0.010	≤0.015
例值	0.003	0.010

表16实施例4焊剂熔敷金属力学性能实测值

力学项目	Rm(N/mm<sup>2</sup>)	Rel(N/mm<sup>2</sup>)	A(％)	KV2(J)-50℃
					标准值	780-900	≥690	≥17.0	≥47
实测值	848	749	20.0	128

通过上述焊接试验，验证本发明综合性能，得到如下结果：

(1)本发明焊剂脱渣容易、焊道成型美观，具有非常优良的工艺性能，能满足超高层用耐火耐候钢结构的焊接要求。

(2)本发明焊剂为专用烧结焊剂，能够将合金元素过渡到焊缝中，能够有效补充焊接过程中的合金元素烧损，保证焊缝综合性能。

(3)本发明焊剂能够满足超高层用耐火耐候钢结构焊接需求，具有非常高的抗拉强度和冲击韧性。

综上所述，本发明所述的低温高韧性耐火耐候钢用埋弧焊剂焊接性能优良，焊缝成形美观，其焊缝化学成分、力学性能均能满足超高层用耐火耐候钢结构的焊接应用，可以保证焊接质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低温高韧性耐火耐候钢用埋弧焊剂，其特征在于：组成焊剂的组分按重量百分比计包括：氟化钡20-25％、煅烧α型三氧化二铝15-20％、金红石15-20％、大理石10-15％、硅灰石8-12％、锰矿粉7-11％、金属锰合金5-10％、镍镁合金5-8％、钼铁合金1-5％、钛铁合金1-2％、硼铁合金1-2％；各组分的重量百分比之和为100％。

2.根据权利要求1所述的低温高韧性耐火耐候钢用埋弧焊剂，其特征在于：组成焊剂的组分按重量百分比计包括：氟化钡20％、煅烧α型三氧化二铝15％、金红石15％、大理石10％、硅灰石12％，锰矿粉11％、金属锰合金5％、镍镁合金5％、钼铁合金5％、钛铁合金1％、硼铁合金1％。

3.根据权利要求1所述的低温高韧性耐火耐候钢用埋弧焊剂，其特征在于：组成焊剂的组分按重量百分比计包括：氟化钡25％、煅烧α型三氧化二铝20％、金红石15％、大理石10％、硅灰石8％，锰矿粉7％、金属锰合金5％、镍镁合金5％、钼铁合金2％、钛铁合金1.5％、硼铁合金1.5％。

4.根据权利要求1所述的低温高韧性耐火耐候钢用埋弧焊剂，其特征在于：组成焊剂的组分按重量百分比计包括：氟化钡22％、煅烧α型三氧化二铝18％、金红石16％、大理石10％、硅灰石8％，锰矿粉7％、金属锰合金6％、镍镁合金8％、钼铁合金1％、钛铁合金2％、硼铁合金2％。

5.根据权利要求1所述的低温高韧性耐火耐候钢用埋弧焊剂，其特征在于：组成焊剂的组分按重量百分比计包括：氟化钡20％、煅烧α型三氧化二铝15％、金红石20％、大理石10％、硅灰石8％，锰矿粉7％、金属锰合金10％、镍镁合金6％、钼铁合金1.7％、钛铁合金1.1％、硼铁合金1.2％。