本發明屬于焊接材料
技術領域：
，具體涉及一種高熔敷率低氫型鐵粉焊條及其制備方法。
背景技術：
：鐵粉焊條是在藥皮中加入一定數量的鐵粉，以改善焊條的焊接工藝性能，提高焊條的熔敷效率，這類焊條藥皮外徑比普通焊條略粗，仍可進行全位置焊接，當鐵粉加入量超過30％，并適當加大藥皮厚度時，就可以大大提高熔敷效率，通常稱為高效鐵粉焊條，熔敷效率為130％～160％，最高可達250％。鐵粉焊條具有優良的工藝性能，焊縫成形平滑，無咬邊，溶滴呈噴射狀過渡，飛濺很小。與相同直徑普通焊條相比，焊條熔敷速度提高132％，熔化系數提高18％，熔敷效率提高125.6％，每千克熔敷金屬燃弧時間減少124.8％，每千克熔敷金屬的耗電量節約37.8％，焊芯用量節約96.9％。顯而易見，高效鐵粉焊條熔敷效率高，可節約大量工時、人力、電力及鋼材消耗，技術經濟效益顯著，目前國內生產低氫焊條，力學性能和熔敷效率還有待提升。技術實現要素：針對以上不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種硬度和熔敷率高的低氫型鐵粉焊條。本發明高熔敷率低氫型鐵粉焊條，由焊芯和附著在焊芯上的藥皮兩部分組成，其中所述藥皮由以下重量份成分組成：大理石29～31份份；螢石13～15份；硅鐵2～4份；鈦白粉1.5～2.5份；木粉1.5～2.5份；金紅石14～16份；長石粉4～6份；石英粉6～8份；云母粉4～6份；鈦粉12～14份；鐵粉39～41份。進一步的，上述高熔敷率低氫型鐵粉焊條，其中所述藥皮由以下重量份成分組成：大理石30份；螢石14份；硅鐵3份；鈦白粉2份；木粉2份；金紅石15份；長石粉5份；石英粉7份；云母粉5份；鈦粉13份；鐵粉40份。上述高熔敷率低氫型鐵粉焊條，其中所述大理石中CaCO3含量＞97wt％，P≤0.037wt％，S≤0.037wt％；所述螢石中CaF2含量＞90wt％，粒度120目；所述硅鐵中硅含量≥75wt％；所述鈦白粉中采用攀西地區銳鈦型鈦白粉≥91.0wt％；所述木粉的粒徑為80目；所述金紅石中金紅石為人造金紅石，粒度120目；所述長石粉為精細鈉長石粉，粒徑為800目；所述石英粉粒徑為200目，其中硅含量≥99.7wt％，含鐵量為80～100ppm，水分≤0.05wt％；所述云母粉為耐高溫云母粉，其中SiO2含量為44～50wt％，Al2O3含量為20～33wt％，K2O含量為9～11wt％；所述鈦鐵粉選用FeTi30-A型，其中Ti含量為25～35wt％，Al含量為8wt％，Si含量為8wt％，Mn含量為2.5wt％；所述鐵粉中Fe含量≥98wt％，P＜0.03wt％，S＜0.03wt％，氫損為0.1～0.2wt％，粒徑為120目。本發明還提供一種高熔敷率低氫型鐵粉焊條的制備方法。上述高熔敷率低氫型鐵粉焊條的制備方法，包括以下步驟：a、焊芯處理：清理焊芯表面銹跡、油污、雜質，使焊芯表面干凈光整；b、鐵合金的鈍化處理：在大氣環境下，使得藥皮中含鐵成分氧化鈍化；c、水玻璃的調制：在水玻璃中加入5wt％丙烯酸甲酯攪拌，待用；d、配料：按照上述藥皮的成分進行稱量，待用；e、干混、濕混：將d步驟得到的藥皮成分混合均勻后加入c步驟調制好的水玻璃，攪拌，混勻，得到濕團藥粉；f、焊條壓制：通過油壓機將濕團藥粉沿焊芯長度方向涂覆在a步驟處理后的焊芯上，使藥皮表面平滑，藥皮厚度均勻，避免焊芯包頭；g、烘干：將f步驟制好的焊條在空氣中晾置24小時，待其表面干燥后再在300～400℃烘干1～2h，即得。上述高熔敷率低氫型鐵粉焊條的制備方法，其中所述液體水玻璃的濃度為45波美度、模數M＝2.9，加入5wt％丙烯酸甲酯可使焊條藥皮具有一定的防潮性。上述高熔敷率低氫型鐵粉焊條的制備方法，其中g步驟中所述焊條在空氣中晾置的溫度為15～25℃，空氣的相對濕度為50％～55％。本發明高熔敷率低氫型鐵粉焊條，通過合理配置原材料和藥皮組成成分，加上特殊的工藝和檢驗方法，使得本發明高熔敷率低氫型鐵粉焊條熔敷效率高，達到了134％；焊條焊接后硬度值較大，達到185.8，且數值波動較小，焊條焊接后焊縫硬度最為理想。具體實施方式本發明高熔敷率低氫型鐵粉焊條，由焊芯和附著在焊芯上的藥皮兩部分組成，其中所述藥皮由以下重量份成分組成：大理石29～31份；螢石13～15份；硅鐵2～4份；鈦白粉1.5～2.5份；木粉1.5～2.5份；金紅石14～16份；長石粉4～6份；石英粉6～8份；云母粉4～6份；鈦粉12～14份；鐵粉39～41份。進一步的，上述高熔敷率低氫型鐵粉焊條，其中所述藥皮由以下重量份成分組成：大理石30份；螢石14份；硅鐵3份；鈦白粉2份；木粉2份；金紅石15份；長石粉5份；石英粉7份；云母粉5份；鈦粉13份；鐵粉40份。上述高熔敷率低氫型鐵粉焊條，其中所述大理石中CaCO3含量＞97wt％，P≤0.037wt％，S≤0.037wt％；所述螢石中CaF2含量＞90wt％，粒度120目；所述硅鐵中硅含量≥75wt％；所述鈦白粉中采用攀西地區銳鈦型鈦白粉≥91.0wt％；所述木粉的粒徑為80目；所述金紅石中金紅石為人造金紅石，粒度120目；所述長石粉為精細鈉長石粉，粒徑為800目；所述石英粉粒徑為200目，其中硅含量≥99.7wt％，含鐵量為80～100ppm，水分≤0.05wt％；所述云母粉為耐高溫云母粉，其中SiO2含量為44～50wt％，Al2O3含量為20～33wt％，K2O含量為9～11wt％；所述鈦鐵粉選用FeTi30-A型，其中Ti含量為25～35wt％，Al含量為8wt％，Si含量為8wt％，Mn含量為2.5wt％；所述鐵粉中Fe含量≥98wt％，P＜0.03wt％，S＜0.03wt％，氫損為0.1～0.2wt％，粒徑為120目。焊芯中各元素對焊接性能的影響為：(1)碳是鋼中的主要合金元素，當碳含量增加時，鋼的強度、硬度明顯提高，而塑性降低。在焊接過程中，碳起到一定的脫氧作用，在電弧高溫作用下與氧發生化合作用，生成一氧化碳和二氧化碳氣體，將電弧區和熔池周圍空氣排除，防止空氣中的氧、氮有害氣體對熔池產生的不良影響，減少焊縫金屬中氧和氮的含量。若含碳量過高，還原作用劇烈，會引起較大的飛濺和氣孔。考慮到碳對鋼的淬硬性及其對裂紋敏感性增加的影響，低碳鋼焊芯的含碳量一般小于0.1％；(2)錳在鋼中是一種較好的合金劑，隨著錳含量的增加，其強度和韌性會有所提高。在焊接過程中，錳也是一種較好的脫氧劑，能減少焊縫中氧的含量。錳與硫化合形成硫化錳浮于熔渣中，從而減少焊縫熱裂紋傾向。因此一般碳素結構鋼焊芯的含錳量為0.30％～0.55％；(3)硅是一種較好的合金劑，在鋼中加入適量的硅能提高鋼的屈服強度、彈性及抗酸性能；若含量過高，則降低塑性和韌性。在焊接過程中，硅也具有較好的脫氧能力，與氧形成二氧化硅，但它會提高渣的粘度，易促進非金屬夾雜物生成；(4)鉻能夠提高鋼的硬度、耐磨性和耐腐蝕性。對于低碳鋼來說，鉻便是一種偶然的雜質。鉻的主要冶金特征是易于急劇氧化，形成難熔的氧化物三氧化二鉻，從而增加了焊縫金屬夾雜物的可能性。三氧化二鉻過渡到熔渣后，能使熔渣粘度提高，流動性降低；(5)鎳對鋼的韌性有比較顯著的效果，一般低溫沖擊值要求較高時，適當摻入一些鎳；(6)硫是一種有害雜質，隨著硫含量的增加，將增大焊縫的熱裂紋傾向，因此焊芯中硫的含量不得大于0.04％。在焊接重要結構時，硫含量不得大于0.03％；(7)磷是一種有害雜質，硫的主要危害是使焊縫產生冷脆現象，隨著磷含量的增加，將造成焊縫金屬的韌性、特別是低溫沖擊韌性下降，因此焊芯中磷含量不得大于0.04％。在焊接重要結構時，磷含量不得大于0.03％。藥皮中各成分的作用與影響具體為：1、大理石在焊接過程中起到脫硫、穩弧、保護焊縫不被氧、氮化等作用。在脫硫時會發生如下反應：CaCO3→CaO+CO2FeS+CaO→CaS+FeOFeO+Mn→MnO+Fe2、螢石為強稀釋劑，使焊縫中氣體易于逸出，能脫硫。3、硅鐵在焊接過程中起脫氧、放熱的作用，而且其化學活潑型高，可使焊縫金屬石墨化。硅鐵在進行脫氧時會發生如下反應：2FeO+Si→SiO2+2Fe4、鈦白粉在焊接過程中可以起到多項作用，如穩弧，使焊接飛濺少；形成短渣；能產生活潑的熔渣，均勻覆蓋在焊縫上保護焊縫；因TiO2結晶速度快，使脫渣方便；焊波細致；與氧化鐵結合成為鈦酸鹽進入熔渣，起脫氧作用，反應式如下：FeO+TiO2→FeTiO35、有機物(木粉、淀粉、樹脂)在燃燒過程中產生氣體，使焊縫不與空氣氧化、氮化；有機體一般富有彈性，因此對壓制有利。6、金紅石氧化性弱，焊接電弧穩定、方向性好，焊縫成型美觀，熔渣覆蓋好。7、長石粉起穩弧、造渣的作用，適量有利于脫渣，過多就會減慢焊速，增加渣的粘度。8、石英粉起造渣的作用，還會與氧化鐵反應脫去焊縫中的氣體，加快焊速；適量可增加渣的活潑性，過量會使渣黏，飛濺大。9、云母粉起穩弧、造渣的作用，富于彈性，可增加藥皮透氣性。過多過粗的云母會使藥皮疏松，焊條表面質量差。10、鈦鐵粉比硅鐵有更大的脫氧能力，不宜用量過多，因其價格昂貴對與本發明高熔敷率低氫型鐵粉焊條來說，隨著鐵粉量的增加，藥皮熔化速度加快，套筒長度變小。故應加入適量的鐵粉，以得到合適的套筒長度。合適的鐵粉量可以借助于焊渣重量與熔化焊條重量之比來判斷，即當焊渣重S與熔化焊條重E之比率S/E＝18～24％時，焊條套筒長度合適，焊接工藝性能良好；當S/E<18％時，焊條套筒短，電弧吹力小，同時焊接渣量少，渣殼太薄，脫渣性變差；然而當S/E>24％時，焊條套筒太長，電弧吹力過大，焊接渣量多，電弧熱的有效利用率低。藥皮厚度不同時，鐵粉的合適加入量也不同,當藥皮外徑為6.8mm時，鐵粉的量宜控制在45％以下；當藥皮外徑為8mm時，鐵粉的合適加人量為45～63％。但是，鐵粉的加人量和藥皮厚度的增加都是有限度的，鐵粉的最大加人量通常不超過70％；藥皮厚度，如果用D/d來表示，其最大值可達2.5。另外,鐵粉的加入量不同時，所要求的鐵粉物理性質也不一樣，加入量少時，可采用低松比的鐵粉。鐵粉在焊接過程中起到很大的作用，可以加速藥皮的熔化速度，提高焊接效率；使焊縫金屬增加，提高熔敷效率；加入堿性藥皮可使電弧穩定。當鐵粉在藥皮中加入過多時，在焊條制作時就很困難，容易使藥皮過厚而無法焊接。本發明還提供一種高熔敷率低氫型鐵粉焊條的制備方法。上述高熔敷率低氫型鐵粉焊條的制備方法，包括以下步驟：a、焊芯處理：將事先準備好的焊芯，用砂紙打磨，清理焊芯表面，使焊芯表面干凈光整，對其進行校直，并稱量；b、鐵合金的鈍化處理：在大氣環境下，使得藥皮中含鐵成分氧化鈍化；焊條涂料中一般加入一種或多種鐵合金，尤其是堿性焊條，其涂料中加入的鐵合金較多，這些鐵合金粉末，在濕混過程中要與水玻璃中的游離堿相互作用，可發生下列反應：水玻璃的水解：Na2SiO3+2H2O＝2NaOH+H2SiO3涂料中所加硅鐵因含有單質硅Si，所以：Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑還有涂料中的錳和水之間發生的反應：Mn+2H2O＝Mn(OH)2+H2↑上述反應產生氣體，是涂料膨脹、硬化等，這些現象嚴重影響焊條的質量，使焊條藥皮起泡，導致制作的焊條報廢。為了避免以上的現象的發生，應對鐵合金進行鈍化處理，鈍化法有自然鈍化法、干法鈍化法、濕法鈍化法；本發明采用自然鈍化法處理；c、水玻璃的調制：在45波美度、模數M＝2.9的普通水玻璃中加入5wt％丙烯酸甲酯攪拌，待用；配置水玻璃時，需要清潔的自來水，并切忌油脂、污物等混入，影響水玻璃質量；d、配料：按照上述藥皮的成分進行稱量，待用；切記因本身所稱量的重量值較小，可能存在實驗誤差，故一定要稱量準確，以免影響焊條的質量；e、干混、濕混：將d步驟得到的藥皮成分攪拌混合，混合均勻后藥粉呈現一種顏色，且不能有塊狀、粒狀，不能將干粉撒出；再逐漸加入c步驟調制好的水玻璃，輕輕攪拌，混勻，直到可以形成面團狀為止，使涂料有良好的塑性和適宜的黏性，保證易于塑造成形，有較好的流動性，并牢固地黏附在焊芯周圍，使藥皮具有一定的強度；f、焊條壓制：通過油壓機將濕團藥粉沿焊芯長度方向涂覆在a步驟處理后的焊芯上，使藥皮表面平滑，藥皮厚度均勻，避免焊芯包頭；g、烘干：將f步驟制好的焊條在空氣中晾置24小時，待其表面干燥后再在300～400℃烘干1～2h，即得。上述一種高熔敷率低氫型鐵粉焊條的制備方法，其中g步驟中所述焊條在空氣中晾置的溫度為15～25℃，空氣的相對濕度為50％～55％。焊條的效率是在焊接施工中使人工和材料等費用降低的特別重要的問題。一般測定下列項目：名義焊條效率、實際焊條效率、焊條金屬回收率、熔敷效率、熔敷系數，以比較焊條的效率。由于低氫型焊條的力學性能較好而工藝性能較差，同時焊條的工藝性能主要決定于焊條藥皮的組成，因此，為了更好的研究藥皮中各個成分及其配比對焊條的某一或某些性能的影響，本發明發明人通過大量實驗對藥皮成分進行了研究發現，當焊條藥皮的組成在以下范圍時焊條熔敷性能優于其他配比：大理石29～31份；螢石13～15份；硅鐵2～4份；鈦白粉1.5～2.5份；木粉1.5～2.5份；金紅石14～16份；長石粉4～6份；石英粉6～8份；云母粉4～6份；鈦粉12～14份；鐵粉39～41份；尤其是選擇大理石30份；螢石14份；硅鐵3份；鈦白粉2份；木粉2份；金紅石15份；長石粉5份；石英粉7份；云母粉5份；鈦粉13份；鐵粉40份的時候，其得到的焊條的硬度值大，焊條熔敷效率高。下面結合實施例對本發明的具體實施方式做進一步的描述，并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。實施例11、以下僅選取了大量實驗中最具有代表性的幾組實驗，以證明本發明選擇的焊條藥皮配方具有更高的熔敷效率和硬度，具體實驗步驟如下：(1)焊芯處理：將事先準備好的H08A焊芯(其化學成分見表1所示)，用砂紙打磨，直到焊芯表面曾光亮為止，對其進行校直，并稱量；表1H08A焊芯化學成分(/wt％)化學成分CSiMnPSNiCr焊芯H08A≤0.10≤0.030.30～0.55≤0.03≤0.03≤0.30≤0.20(2)鐵合金的鈍化處理：采用的是自然鈍化法，使鐵合金在大氣中氧化；(3)水玻璃的調制：在水玻璃調配池中，調配成所需要的濃度，并按液體水玻璃重量加入0.25％～0.5％的高錳酸鉀，攪拌均勻即可使用；(3)配料：按照表2研制好的藥皮配方，將配方中的各個成分進行稱量。切記因本身所稱量的重量值較小，可能存在實驗誤差，故一定要稱量準確，以免影響焊條的質量；(4)干混：將稱量好的藥皮配方放入小盆中，用處理好的焊芯對其進行攪拌直至將其混合均勻，藥粉呈現一種顏色，且不能有塊狀、粒狀，攪拌時不能將干粉撒出；(5)濕混：在混合好的藥粉中逐漸加入水玻璃，輕輕攪拌，混合均勻，直到可以形成面團狀為止；(6)焊條壓制：通過油壓機將濕團藥粉沿焊芯長度方向涂覆在a步驟處理后的焊芯上，使藥皮表面平滑，藥皮厚度均勻，避免焊芯包頭；(7)烘干：將制作好的焊條放置24h，使之晾干，要求溫度控制在15～25℃，空氣的相對濕度為50％～55％，將晾干的焊條放置在烘干箱里，在350～400℃下烘干1～2個小時。將制定好的藥皮配方制作焊條，根據實驗需求，每組配方分別制作兩根，并將各焊條進行編號，編號依次為：ZP1、ZP2、ZP3、ZP4。表2焊條中藥皮成分配方2、焊接接頭硬度檢驗分析焊接接頭硬度試驗的試樣應通過機械切割的方法截取，通常垂直于焊接接頭，并且應包括焊接接頭的所有區域。通過實驗測試焊縫硬度所得到如下表3的數值：表3焊縫處硬度值(/HV)ZP1ZP2ZP3ZP41192.7159.0175.5164.52182.7166.0180.1178.93179.9159.4179.1174.74187.7157.3174.4174.0平均值185.8160.4177.3173.0從表3中數據可看出，ZP1組焊條焊接后硬度值最大，且數值波動較小，該焊條焊接后焊縫硬度最為理想3、熔敷效率試驗焊條熔敷效率系指焊條焊接后所形成熔敷金屬的質量與所熔化焊芯的名義質量之比。眾所周知，焊條熔化后，焊芯中的大部分形成熔敷金屬，但在焊接冶金過程中，伴隨著復雜的氧化還原反應，部分元素被氧化、燒損，進入渣殼，因此，焊芯的質量不可能全部形成熔敷金屬，意味著熔敷效率難以達到100％。但是，作為焊條重要組成部分的藥皮，也會參與焊接冶金反應，同樣，藥皮中含有的鐵合金除了起保護熔融金屬的作用，也將部分過渡到熔敷金屬中，使熔敷效率得到提高。隨著藥皮中鐵合金尤其是鐵粉加入量的提高，熔敷效率相應提高，某些高效鐵粉焊條的熔敷效率甚至達到200％以上。熔敷金屬量等于母材的重量加上焊接時熔化的焊條重量，再減去熔渣的重量。表4各個焊條對應焊接母材重量焊條標號ZP1ZP2ZP3ZP4重量(g)193.97152.89156.85177.77表5焊條焊接前后及母材焊接前后重量表6焊接消耗焊芯重量焊條標號ZP1ZP2ZP3ZP4焊接消耗焊芯重量(g)7.5957.9058.4328.215通過計算得熔敷效率如下表7所示：表7焊條熔敷效率焊條標號ZP1ZP2ZP3ZP4熔敷效率(％)134114110121從表7中數據可知，ZP1組焊條熔敷效率最高，說明該成分焊條利用率高，成分中鐵粉含量提高了焊條的熔敷效率，此時的大理石、螢石與鐵粉的配比也最好。綜上可知：ZP1組焊條熔敷效率最高，達到了134％；ZP1組焊條焊接后硬度值較大，達到185.8，且數值波動較小，焊條焊接后焊縫硬度最為理想。當前第1頁1 2 3