专利名称：焊接焊丝、其用途以及电塔的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种焊接焊丝，尤其涉及一种用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝，特 别是一种用于建造电塔的低合金高强钢焊接用焊接焊丝。
背景技术：
电塔(电力铁塔)广泛用于长距离架建高压电线电缆，尤其是传输高压，如高于50 万伏的高压电线电缆。在架建高压电线电缆时，对电塔的高度有一定的要求，因为高压电线 电缆在两电塔之间的跨度和离地高度要求决定了电塔的最低高度。在以前很长的一段时间，电塔采用低强度钢建造(如Q295钢)；而且，电塔部件表 面没有镀层。但是，在2008年，中国南方发生大面积雪灾，雪灾持续时间长导致电线上结 冰，冰厚最厚处甚至超过50mm。电线产生的线拉力加上积冰所产生的压力，最终将很多电塔 压垮，输电中断，给人们的生活带来很大困难。专家们分析电塔倒塌的原因，是因为南方地 区的电塔承载能力过小，电线表面结冰后，电塔的荷载超出了其能够承受的范围。为了加强 抗灾(包括雪灾)能力，要求提高电塔的承载力。目前，国家正着手建设大能源基地，即选用太阳能、风能或核能在适合发电的地 区，提供大量电能，并将这些大能源基地的电能输送到各地。这些大能源基地可能远离电能 的使用地。为了增加电能输送的距离，一般是采用提高电压的方法，提高输送电压后需要考 虑的问题是，电压输送过程中会对环境带来非常大的影响，尤其是其产生的辐射可能对人 体健康会带来危害。因此，采用高压或者特高压输电时，需要电线距离地面更远，以保证人 体安全。因此也就要求电塔的高度足够高。但是电塔越高，其荷载就越大，对电塔的承载能 力也要求更高。为了增加电塔的高度，需要使用具有更高承载力的电塔部件。另外，对于同样高度的电塔来说，电塔地基越大，电塔体积就可以做得大以增加承 载能力，对电塔部件的强度要求就越低。电塔的地基越小，电塔部件就只能造得较小，对电 塔部件的强度要求就越大。但是，相对于有较大电塔地基的电塔来说，有较小电塔地基的电 塔占地少。为了减少用地，也要求提高电塔的承载力以制造更小体积的电塔。电塔在室外的长期承载力取决于两个因素，一是取决于所采用钢的强度，钢的强 度越高，则承载能力越大。二是电塔所使用部件的使用寿命。电塔长期暴露于大气环境中， 容易受风雨侵蚀，如没有保护，长时间使用后，就会造成钢材的腐蚀，受腐蚀的钢材承载能 力就降低。因此，要提高电塔的承载能力，一是选用低合金高强钢，二是对电塔部件表面进 行镀层保护，如镀锌，以防止电塔被腐蚀、锈蚀。所以，过去的电塔建造材料和建造方法不能 满足经济发展的要求，电力工业提出要求用低合金高强钢(例如Q420钢)来建造电塔，以 增加电塔承载力；并要求对电塔部件表面镀锌，以防止于大气和风雨对电塔部件的侵蚀，以 增加电塔部件的使用寿命。传统建造电塔的方法和工艺使用实芯焊丝来焊接低强度钢电塔部件。发明人对用 传统实芯焊丝来焊接低合金高强钢的电塔部件的工艺进行了观察和研究，发现用传统的实 芯焊丝对低合金高强钢的电塔组件进行焊接，至少有二个缺点。第一个缺点是有许多焊渣牢固的粘结在焊缝处，所以要把焊缝焊渣清理和打磨平整非常困难。第二个缺点经清理焊 渣和打磨后，焊缝仍然粗糙，不平整，镀锌困难，镀层质量不好。而且，焊缝处勉强镀上的锌 层厚度与钢材表面的锌层厚度很难保持相近。影响了用低合金高强钢制造电塔的质量。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种脱渣容易，适于在焊缝镀 保护层的焊接焊丝。为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现一种焊接焊丝，其特征在于
所述焊接焊丝外部有外壳；所述焊接焊丝中部有空心部分；所述焊丝中的空心部分容纳有药芯，药芯按照重量百分比包括Mn 20% ； Si 15% ；TiO2 25% ；SiO2 :0. 10% ；Mo :0. 1-5% ；其余为铁。本发明的另一较佳的实施方式是，所述药芯按照重量百分比还包括Mg Al 5%。本发明的另一较佳的实施方式是，所述的药芯中，Mn、Si、TiO2, Si02、Mo、Mg和Al 的重量含量之和为20% 40% ；本发明的另一较佳的实施方式是，所述的焊接焊丝的外壳材料为低碳钢。本发明的另一较佳的实施方式是，所述药芯的重量占整个焊丝总量的 10% -25%。本发明的另一个目的是提供前述焊接焊丝用于焊接高强度钢。本发明的另一个目的是提供前述焊接焊丝的使用方法，其采用气体保护电弧焊 方法焊接。本发明的另一个目的是提供一种用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝，低合金高强 钢表面及焊缝需要镀能形成致密氧化物的保护层，其特征在于 所述焊接焊丝外部有外壳；所述焊接焊丝中部有空心部分；所述焊丝中的空心部分容纳药芯，所述药芯中的成分有助于在低合金高强钢焊缝处清理焊渣。本发明的另一较佳的实施方式是，组成焊接焊丝外壳的材料为低碳钢。本发明的另一较佳的实施方式是，药芯按照重量百分比包括Mn 20% ；Si 15% ；TiO2 25% ；SiO2 :0. 10% ；Mo :0. 1-5% ；其余为铁。本发明的另一较佳的实施方式是，所述药芯按照重量百分比还包括Mg 5%; Al 5%。本发明的另一较佳的实施方式是，所述的药芯中，Mn、Si、TiO2, SiO2, Mo、Mg和Al 的重量含量之和为20% 40%。本发明的另一较佳的实施方式是，所述的药芯的重量占整个焊丝总量的 10% -25%。本发明的另一较佳的实施方式是，所述低合金高强钢包括Q345、Q390、Q420和Q460 钢。本发明的另一较佳的实施方式是，焊接所形成的焊缝处适于镀上能形成致密氧化 物的保护层；所述的能形成致密氧化物的保护层为锌，所述焊缝处含有硅，以便镀锌保护层。本发明的另一较佳的实施方式是，所述的能形成致密氧化物的保护层为锌，所述 焊缝处具有重量比例为0. 1% -0. 4%的硅，以便镀锌保护层。本发明的另一较佳的实施方式是，所述焊接焊丝使用气体保护电弧焊方法焊接低 合金高强钢。本发明的另一个目的是提供一种用于焊接电塔部件的焊接焊丝，所述电塔部件用 低合金高强钢制成，所述低合金高强钢需要镀能形成致密氧化物的保护层，其特征在于所述焊接焊丝外部有外壳；所述焊接焊丝中部有空心部分；焊丝中的空心部分容纳药芯，所述药芯中的成分有助于在低合金高强钢电塔部件 焊缝处清理焊渣。本发明的另一较佳的实施方式是，组成焊接焊丝外壳的材料为低碳钢。本发明的另一较佳的实施方式是，药芯按照重量百分比包括Mn 20% ；Si 15% ；TiO2 25% ；SiO2 :0. 10% ；Mo :0. 1-5% ；其余为铁。本发明的另一较佳的实施方式是，所述药芯按照重量百分比还包括Mg Al 5%。本发明的另一较佳的实施方式是，所述的药芯中，Mn、Si、TiO2, SiO2, Mo、Mg和Al 的重量含量之和为20% 40%。本发明的另一较佳的实施方式是，所述的药芯的重量占整个焊丝总量的 10% -25%。本发明的另一较佳的实施方式是，所述低合金高强钢包括Q345、Q390、Q420和 Q460 钢。本发明的另一较佳的实施方式是，焊接形成的焊缝处适于镀上能形成致密氧化物 的保护层；所述的能致密氧化物的保护层为锌，所述焊缝处含有硅，以便镀锌保护层。本发明的另一较佳的实施方式是，所述的致密氧化物的保护层为锌，所述焊缝处 具有重量比例为0. 1% -0. 4%的硅，以便镀锌保护层。本发明的另一较佳的实施方式是，所述焊接焊丝使用气体保护电弧焊法焊接。本发明的另一个目的是提供一种事先用低合金高强钢预制电塔各部件，所述电塔 各部件需镀锌，而后在现场将预制电塔各部件组装成电塔的方法，其特征在于提供焊接焊丝，所述焊接焊丝外部有外壳，中部有空心部分用以容纳药芯，所述药 芯中的成分有助于在低合金高强钢焊缝处清理焊渣和镀锌；使用焊接焊丝焊接所述电塔各部件；清理所述电塔各部件；对所述电塔部件进行镀锌；在现场将镀好锌的电塔部件组装成电塔。
本发明的另一较佳的实施方式是，组成所述焊接焊丝外壳的为低碳钢。本发明的另一较佳的实施方式是，药芯按照重量百分比包括Mn 20% ；Si 15% ；TiO2 25% ；SiO2 :0. 10% ；Mo :0. 1-5% ；其余为铁。本发明的另一较佳的实施方式是，所述药芯按照重量百分比还包括Mg Al 5%。本发明的另一较佳的实施方式是，所述的药芯中，Mn、Si、TiO2, SiO2, Mo、Mg和Al 的重量含量之和为20% 40%。本发明的另一较佳的实施方式是，所述的药芯的重量占整个焊丝总量的 10% -25%。本发明的另一较佳的实施方式是，所述低合金高强钢包括Q345，Q390，Q420和 Q460 钢。本发明的另一较佳的实施方式是，焊接所形成的焊缝处适于镀上能形成致密氧化 物的保护层。本发明的另一较佳的实施方式是，所述的能形成致密氧化物的保护层为锌，所述 焊缝具有适于镀锌的光洁度和平整度。本发明的另一较佳的实施方式是，所述焊接焊丝使用气体保护电弧焊方法焊接。和现有技术相比，本发明的焊接焊丝在对低合金高强钢进行焊接时，工艺性能优 异，几乎没有飞溅物，有利于清渣，形成光洁和平坦的焊缝表面，易于镀锌的优点。而且具有 更好的焊接操作性能和更少的焊接飞溅。
图IA为塔基结构示意图；图IB为角钢连接件结构示意图；图2为钢管塔的局部结构示意图；图3为本发明中使用的用于焊接低合金高强钢药芯焊丝的钢带示意图；图4为被加工成U型的钢带示意图；图5为U形的钢带槽口被合上后的结构示意图；图6A为拉拔成形后的焊接焊丝结构示意图；图6B为本发明中的焊接焊丝横截面图。图7为锌层厚度与钢材中的硅含量对应关系曲线图。
图8A为试样的立体示意图。图8B为接头细节的示意图。图8C为焊道顺序示意图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明进行详细的描述在现阶段，电塔主要有两种一种是角钢电塔，由塔基、角钢(图中未示出)和角钢 连接件等部件，通过螺栓连接而成；第二种是钢管电塔，由塔基、钢管和钢管连接件等部件， 通过螺栓连接而成。这些电塔部件通过焊接钢材预制而成。图IA和图IB为制造角钢塔部件的示意图，图IA为塔基101结构示意图；图IB为 角钢连接件102结构示意图。塔基101和角钢连接件102均是由多块钢板焊接而成。塔基 101上有多个螺孔103，角钢连接件102上有多个螺孔104，螺孔103和螺孔104均与角钢上的螺孔相配合通过螺栓连接。多个塔基、角钢连接件和角钢，使用螺栓可组合连接为电力铁 塔(电塔)。塔基和角钢连接件均由预先焊接而成，然后镀锌；角钢预先预先后，然后镀锌。 再在安装地现场将多个塔基、角钢连接件和角钢组装成电塔。电塔越高，使用的塔基、角钢 连接件和角钢数量就越多。在图IA中，塔基101有焊缝107(图中未标出所有焊缝)；在图 IB中，角钢连接件102有焊缝109(图中未标出所有焊缝)。只要是焊接，就存在焊缝。而 组成塔基的各块钢板多是相互垂直设置，在两块钢板接触处焊接。组成角钢连接件的各块 钢板也是相互垂直设置，在两块钢板接触处焊接。因此，焊缝主要是位于垂直设置的两块钢 板形成的凹角处，由此也造成在焊缝处清理焊渣和打磨表面特别不便。图2为钢管塔的局部结构示意图，主干钢管201(201A，201B...)上焊接有钢管连 接件。钢管连接件包括套管固定座202 (202A, 202B. · ·)和套管203 (203A, 203B. · ·)。套管 固定座202A焊接在钢管201A上。套管203A通过螺栓连接在套管固定座202A上。建造钢 管塔时，将塔基(未示出)、主干钢管、钢管，配合螺栓现场安装。套管203A与套管2(X3B朝 向相对，以便一根直的钢管204两端能够分别插入套管203A和20 内。多根主干钢管、钢 管、钢管连接件组合安装连接为钢管塔。主干钢管、钢管连接件、螺栓及钢管结构及连接方 法均为现有技术，在此不再赘述。在图2中，管塔的局部结构示意图中有焊缝209。按照传统的电塔建造方法，各电塔部件如塔基、角钢连接件、角钢、钢管、钢管连接 件均用焊接方法预制好，所要焊接的电塔部件在车间室内进行焊接，再在电塔安装位置现 场组装即可。因此，所需要的焊接操作，均可在室内完成。而室内环境相对于野外，焊接环境 较好，焊接部件的焊缝处的形状较简单。而且传统的电塔使用普通强度钢，焊渣容易清除， 钢材表面及焊缝表面也不要求镀锌，实芯焊丝即可满足要求。所以传统的电塔建造中，所用 的焊丝均为实芯焊丝。发明人观察到，在电力铁塔采用Q345、Q390、Q420和Q460钢等高强钢后，使用实心 焊丝焊接后的焊渣清理变得非常困难。而且新的电塔要求镀锌，清除不净的焊渣严重影响 焊缝处镀锌质量。实芯焊丝是由钢厂的钢线直接拉拔而成，成份调整非常有限，无法解决焊 渣清理和焊缝镀锌困难问题。现有的药芯焊丝也存在焊缝镀锌困难问题，但药芯焊丝因为 有药芯，成份调整范围比较宽，本发明就是通过调整药芯焊丝的药芯成份，解决了电力铁塔 采用高强钢(如Q;345、Q390、Q420和Q460钢等)后出现的焊渣清理和焊缝镀锌困难的问 题。图3-6是本发明用于焊接低合金高强钢药芯焊丝结构和制造方法的示意图。图3是制造本发明用于焊接低合金高强钢药芯焊丝的钢带30，在本发明中，钢带 为低碳钢，现有市场销售的低碳钢均可使用。优选低碳钢各组分的重量百分含量满足要求 C 0. 02-0. 05%。更优选地是，低碳钢其它元素含量为Si 0. 005-0. 02 % ；Mn :0. 2-0. 4 % ;S
<0.01% ;P< 0. 02% ；其余为铁及少量其它微量元素。如图4所示，为了将药芯裹入焊丝中，钢带30首先被加工成U型，形成U型槽36。 U型槽36具有开口 35，这样药芯就能够通过开口 35放入U型槽36中。药芯按照重量百分比包括Mn 20%;Si 0. 10% ；Mo 0. 1-5% ；其余为铁。所述药芯按照重量百分比还可以包括Mg: 5% ；Al 5%。
较佳的实施方式是，Mn、Si、TiO2, SiO2, Mo、Mg和Al的重量含量之和为20% 40%。所述药芯的重量占整个焊丝总量的10% -25%。以上成分，既可以单独的Mn、Si、Ti02、Si02、Mo、Mg和Al的形式加入，也可以以它 们中的几种组成的合金的形式加入。如图5所示，钢带30的U型槽35 口被合上，裹成圆形。药芯31被裹在钢带30 内。图5所示的裹成圆形的钢带30在拉丝机中被拉长成圆形，形成图6A所示的焊丝 60。其具有图4中的钢带30卷成的外壳33，药芯31被包含在外壳33中部。如将药芯31 全部取出，外壳33中部为空腔32。药芯31沿焊丝60在空腔32的轴向均勻分布。焊丝60 经拉丝机拉拔成形，拉成直径为1.4mm药芯焊丝。焊丝直径也可以根据实际使用要求更改， 如拉成直径为1. 6mm、1. 2mm的药芯焊丝。图6B是拉拔后的焊丝60的横截面示意图，药芯31被钢带30制成的外壳33包裹 在焊丝中部。其横截面为搭接，具有接缝34。实施例1 27中的药芯各组分重量百分含量如表1所示表 权利要求
1.一种焊接焊丝，其特征在于 所述焊接焊丝中部有外壳；所述焊接焊丝中部有空心部分；所述焊丝中的空心部分容纳有药芯，药芯按照重量百分比包括Mn 20% ；Si 15% ；TiO2 25% ；SiO2 :0. 10% ；Mo :0. 1-5% ；其余为铁。
2.根据权利要求1所述的焊接焊丝，其特征在于所述药芯按照重量百分比还包括Mg 5% ；Al 5%。
3.根据权利要求1所述的焊接焊丝，其特征在于 所述的焊接焊丝外壳材料为低碳钢。
4.根据权利要求1、2或3所述的的焊接焊丝，其特征在于 所述药芯的重量占整个焊丝总量的10% -25%。
5.权利要求1 4任一权利要求所述的焊接焊丝，其特征在于 所述焊接焊丝用于焊接高强度钢。
6.权利要求1 4任一权利要求所述的焊接焊丝，其特征在于 所述焊接焊丝用于气体保护电弧焊。
7.一种用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝，低合金高强钢表面及焊缝需要镀能形成致 密氧化物的保护层，其特征在于焊接焊丝中部有外壳； 焊接焊丝中部有空心部分；所述焊丝中的空心部分容纳有药芯，所述药芯中的成分有助于在低合金高强钢焊缝处清理焊渣。
8.根据权利要求7所述的用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝，其特征在于 组成焊接焊丝外壳的材料为低碳钢。
9.根据权利要求7所述的用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝，其特征在于药芯按照 重量百分比包括Mn 20% ；Si 15% ；TiO2 25% ；SiO2 :0. 10% ； Mo 0. 1-5% ；其余为铁。
10.根据权利要求9所述的用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝，其特征在于所述药芯 按照重量百分比还包括Mg: 5% ；Al 5%。
11.根据权利要求8、9或10所述的焊接焊丝，其特征在于 所述的药芯的重量占整个焊丝总量的10% -25%。
12.根据权利要求7所述的用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝，其特征在于所述低合 金高强钢包括Q;345、Q390、Q420和Q460钢。
13.根据权利要求7所述的用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝，其特征在于焊接所形 成的焊缝处适于镀上能形成致密氧化物的保护层；所述的能形成致密氧化物的保护层为锌，所述焊缝处的熔敷金属含有硅，以便镀锌保 护层。
14.根据权利要求13所述的用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝，其特征在于所述的 能形成致密氧化物的保护层为锌，所述焊缝处的熔敷金属含有重量比例为0. 1-0. 4%的硅， 以便镀锌保护层。
15.根据权利要求14所述的用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝，其特征在于所述焊 接焊丝使用气体保护电弧焊方法焊接低合金高强钢。
16.一种用于焊接电塔部件的焊接焊丝，所述电塔部件用低合金高强钢制成，所述低合 金高强钢需要镀致密氧化物的保护层，其特征在于所述焊接焊丝中部有外壳； 所述焊接焊丝中部有空心部分；焊丝中的空心部分容纳有药芯，所述药芯中的成分有助于在低合金高强钢电塔部件焊 缝处清理焊渣。
17.根据权利要求16所述的焊接焊丝，其特征在于 组成焊接焊丝外壳的材料为低碳钢。
18.根据权利要求16所述的用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝，其特征在于药芯按 照重量百分比包括Mn 20% ;Si 15% ；TiO2 25% ；SiO2 :0. 10% ； Mo 0. 1-5% ；其余为铁。
19.根据权利要求18所述的用于焊接低合金高强钢的焊接焊丝，其特征在于所述药 芯按照重量百分比还包括Mg: 5% ；Al 5%。
20.根据权利要求17、18或19所述的的焊接焊丝，其特征在于 所述的药芯的重量占整个焊丝总量的10% -25%。
21.根据权利要求16所述的焊接焊丝其特征在于所述低合金高强钢包括Q 345, Q 390、Q420和Q460钢。
22.根据权利要求16所述的焊接焊丝，其特征在于 焊接形成的焊缝处适于镀上能形成致密氧化物的保护层；所述的能形成致密氧化物的保护层为锌，所述焊缝处含有硅，以便镀锌保护层。
23.根据权利要求22所述的焊接焊丝，其特征在于所述的能形成致密氧化物的保护层为锌，所述焊缝处具有重量比例为0. 1% -0. 4%的 硅，以便镀锌保护层。
24.根据权利要求16所述的焊接焊丝，其特征在于 所述焊接焊丝使用气体保护电弧焊法焊接。
25.一种事先用低合金高强钢预制电塔各部件，所述电塔各部件需镀锌，而后在现场将 预制电塔各部件组装成电塔的方法，其特征在于提供焊接焊丝，所述焊接焊丝外部有外壳，中部有空心部分用以容纳药芯，所述药芯中 的成分有助于在低合金高强钢焊缝处清理焊渣和镀锌； 使用焊接焊丝焊接所述电塔各部件； 清理所述电塔各部件； 对所述电塔部件进行镀锌； 在现场将镀好锌的电塔部件组装成电塔。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于组成所述钢带的材料为低碳钢。
27.根据权利要求25所述的方法，其特征在于药芯按照重量百分比包括Mn 20% ；Si 15% ；TiO2 25% ；SiO2 0. 10% ；Mo 0. 1-5% ；其余为铁。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于所述药芯按照重量百分比还包括Mg 5% ；Al 5%。
29.根据权利要求沈、27或28所述的方法，其特征在于 所述的药芯的重量占整个焊接焊丝总量的10% -25%。
30.根据权利要求25所述的方法，其特征在于所述低合金高强钢包括Q;345，Q 390，Q420和Q460钢。
31.根据权利要求25所述的方法，其特征在于焊接所形成的焊缝处适于镀上能形成致密氧化物的保护层。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于所述的能形成致密氧化物的保护层为锌，所述焊缝具有适于镀锌的光洁度和平整度。
33.根据权利要求25所述的方法，其特征在于 所述焊接焊丝使用气体保护电弧焊方法焊接。
全文摘要
本发明公开了一种焊接焊丝，其特征在于所述焊接焊丝中部有空心部分；所述焊丝中的空心部分容纳药芯，药芯按照重量百分比包括Mn5％～20％；Si1％～15％；TiO25％～25％；SiO20.1％～10％；Mo0.1-5％；其余为铁。和现有技术相比，本发明的焊接焊丝在对低合金高强钢进行焊接时，有利于清渣，可形成光洁焊缝表面，易于镀锌的优点，而且具有更好的焊接操作性能和更少的焊接飞溅。
文档编号B23K103/04GK102079020SQ201010528149
公开日2011年6月1日 申请日期2010年10月21日 优先权日2009年10月21日
发明者曹宪贵, 杨铭潜, 陈伏虎, 颜杰 申请人:天泰焊材(昆山)有限公司