低氢型铁粉焊条及其制备方法与流程

本发明属于焊接材料
技术领域：
，具体涉及一种低氢型铁粉焊条及其制备方法。
背景技术：
：随着社会发展和经济建设的需要钢铁仍然是人类不可替代的重要原材料，是衡量一个国家综合国力和工业水平的重要指标。焊接是钢铁材料的主要连接方式，铁粉焊条利用现在还有很多钢铁厂生产过程中产生的工业废弃物铁粉加入焊条药皮中，提高焊条的熔敷率。良好的焊缝成形要求表面光滑，波纹细密美观，焊缝的几何形状及尺寸正确。焊缝应圆滑地向母材过渡，余高符合标准，无咬边等缺陷。焊缝成形的好坏不仅影响美观，更重要的是影响焊接接头的力学性能。影响焊缝成形的因素主要有熔渣凝固温度、高温熔渣的粘度、表面张力以及密度等。脱渣性差的焊条不仅造成清渣的困难，降低焊接生产率，而且在多层焊施工时，还往往会产生夹渣的缺陷。影响脱渣性的因素主要有熔渣的线膨胀系数、熔渣的氧化性、熔渣的松脆性。目前国内生产低氢焊条，在保证高力学性能的同时，工艺可操作性不好，焊缝成形的波纹不够细腻美观，同时，焊条焊接后的焊渣不易脱落，导致焊接表面缺陷较大。技术实现要素：针对以上不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种焊接后焊缝美观无缺陷，焊渣易脱落的低氢型铁粉焊条。本发明低氢型铁粉焊条，由焊芯和附着在焊芯上的药皮两部分组成，其中所述药皮由以下重量份成分组成：大理石47～49份；萤石13～15份；硅铁2～4份；钛白粉1.5～2.5份；木粉1.5～2.5份；金红石14～16份；长石粉4～6份；石英粉6～8份；云母粉4～6份；钛粉12～14份；铁粉19～21份。进一步的，上述低氢型铁粉焊条，其中所述药皮由以下重量份成分组成：大理石48份；萤石14份；硅铁3份；钛白粉2份；木粉2份；金红石15份；长石粉5份；石英粉7份；云母粉5份；钛粉13份；铁粉20份。上述低氢型铁粉焊条，其中所述药皮组成中的大理石中CaCO3≥97wt％；萤石中CaF2≥96wt％；硅铁粉中含硅75wt％；钛白粉为锐钛型钛白粉，其中TiO2≥91.0wt％；木粉的粒径为80目；金红石为人造金红石，粒度120目；长石粉为精细钠长石粉，粒径为800目；石英粉粒径为200目，其中含硅量≥99.7wt％，含铁量为80～100ppm，水分≤0.05wt％；云母粉为耐高温云母粉，其中SiO2含量为44～50wt％，Al2O3含量为20～33wt％，K2O含量为9～11wt％；钛铁粉为FeTi30-A型，其中Ti含量为25～35wt％，Al含量为8wt％，Si含量为8wt％，Mn含量为2.5wt％；铁粉中Fe≥98wt％，P＜0.03wt％，S＜0.03wt％，氢损为0.1～0.2wt％，粒径为120目。本发明还提供一种低氢型铁粉焊条的制备方法。上述低氢型铁粉焊条的制备方法，包括以下步骤：a、焊芯处理：清理焊芯表面锈迹、油污、杂质，使焊芯表面干净光整；b、水玻璃的调制：在水玻璃中加入5wt％丙烯酸甲酯搅拌，待用；c、配料：按照上述药皮的成分进行称量，待用；d、干混、湿混：将c步骤得到的药皮成分混合均匀后加入b步骤调制好的水玻璃，搅拌，混匀，得到湿团药粉；e、焊条压制：通过油压机将湿团药粉沿焊芯长度方向涂覆在a步骤处理后的焊芯上，使药皮表面平滑，药皮厚度均匀，避免焊芯包头；f、烘干：将f步骤制好的焊条在空气中晾置24小时，待其表面干燥后再在300～400℃烘干1～2h，即得。上述低氢型铁粉焊条的制备方法，所述液体水玻璃的浓度为45波美度、模数M＝2.9，加入5％丙烯酸甲酯可使焊条药皮具有一定的防潮性。上述低氢型铁粉焊条的制备方法，其中f步骤中所述焊条在空气中晾置的温度为15～25℃，空气的相对湿度为50％～55％。本发明低氢型铁粉焊条，通过合理配置原材料和药皮组成成分，加上特殊的工艺和检验方法，使得本发明低氢型铁粉焊条焊缝整体外观较好，边线平行，与母材融合良好。焊缝波纹较好，焊缝整齐，焊缝高低接近。焊缝经检验无气孔、裂纹、夹渣、咬边、焊瘤等缺陷，焊条焊接后的焊渣易脱落。附图说明图1为实施例中ZP1组焊接后焊缝的宏观外貌图；图2为实施例中ZP2组焊接后焊缝的宏观外貌图；图3为实施例中ZP3组焊接后焊缝的宏观外貌图；图4为实施例中ZP4组焊接后焊缝的宏观外貌图。具体实施方式本发明低氢型铁粉焊条，由焊芯和附着在焊芯上的药皮两部分组成，其中所述药皮由以下重量份成分组成：大理石47～49份；萤石13～15份；硅铁2～4份；钛白粉1.5～2.5份；木粉1.5～2.5份；金红石14～16份；长石粉4～6份；石英粉6～8份；云母粉4～6份；钛粉12～14份；铁粉19～21份。进一步的，上述低氢型铁粉焊条，其中所述药皮由以下重量份成分组成：大理石48份；萤石14份；硅铁3份；钛白粉2份；木粉2份；金红石15份；长石粉5份；石英粉7份；云母粉5份；钛粉13份；铁粉20份。上述低氢型铁粉焊条，其中所述药皮组成中的大理石中CaCO3≥97wt％；萤石中CaF2≥96wt％；硅铁粉中含硅75wt％；钛白粉为锐钛型钛白粉，其中TiO2≥91.0wt％；木粉的粒径为80目；金红石为人造金红石，粒度120目；长石粉为精细钠长石粉，粒径为800目；石英粉粒径为200目，其中含硅量≥99.7wt％，含铁量为80～100ppm，水分≤0.05wt％；云母粉为耐高温云母粉，其中SiO2含量为44～50wt％，Al2O3含量为20～33wt％，K2O含量为9～11wt％；钛铁粉为FeTi30-A型，其中Ti含量为25～35wt％，Al含量为8wt％，Si含量为8wt％，Mn含量为2.5wt％；铁粉中Fe≥98wt％，P＜0.03wt％，S＜0.03wt％，氢损为0.1～0.2wt％，粒径为120目。焊芯中各元素对焊接性能的影响为：(1)碳是钢中的主要合金元素，当碳含量增加时，钢的强度、硬度明显提高，而塑性降低。在焊接过程中，碳起到一定的脱氧作用，在电弧高温作用下与氧发生化合作用，生成一氧化碳和二氧化碳气体，将电弧区和熔池周围空气排除，防止空气中的氧、氮有害气体对熔池产生的不良影响，减少焊缝金属中氧和氮的含量。若含碳量过高，还原作用剧烈，会引起较大的飞溅和气孔。考虑到碳对钢的淬硬性及其对裂纹敏感性增加的影响，低碳钢焊芯的含碳量一般小于0.1％；(2)锰在钢中是一种较好的合金剂，随着锰含量的增加，其强度和韧性会有所提高。在焊接过程中，锰也是一种较好的脱氧剂，能减少焊缝中氧的含量。锰与硫化合形成硫化锰浮于熔渣中，从而减少焊缝热裂纹倾向。因此一般碳素结构钢焊芯的含锰量为0.30％～0.55％；(3)硅是一种较好的合金剂，在钢中加入适量的硅能提高钢的屈服强度、弹性及抗酸性能；若含量过高，则降低塑性和韧性。在焊接过程中，硅也具有较好的脱氧能力，与氧形成二氧化硅，但它会提高渣的粘度，易促进非金属夹杂物生成；(4)铬能够提高钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。对于低碳钢来说，铬便是一种偶然的杂质。铬的主要冶金特征是易于急剧氧化，形成难熔的氧化物三氧化二铬，从而增加了焊缝金属夹杂物的可能性。三氧化二铬过渡到熔渣后，能使熔渣粘度提高，流动性降低；(5)镍对钢的韧性有比较显著的效果，一般低温冲击值要求较高时，适当掺入一些镍；(6)硫是一种有害杂质，随着硫含量的增加，将增大焊缝的热裂纹倾向，因此焊芯中硫的含量不得大于0.04％。在焊接重要结构时，硫含量不得大于0.03％；(7)磷是一种有害杂质，硫的主要危害是使焊缝产生冷脆现象，随着磷含量的增加，将造成焊缝金属的韧性、特别是低温冲击韧性下降，因此焊芯中磷含量不得大于0.04％。在焊接重要结构时，磷含量不得大于0.03％。药皮中各成分的作用与影响具体为：1、大理石在焊接过程中起到脱硫、稳弧、保护焊缝不被氧、氮化等作用。在脱硫时会发生如下反应：CaCO3→CaO+CO2FeS+CaO→CaS+FeOFeO+Mn→MnO+Fe2、萤石为强稀释剂，使焊缝中气体易于逸出，能脱硫。3、硅铁在焊接过程中起脱氧、放热的作用，而且其化学活泼型高，可使焊缝金属石墨化。硅铁在进行脱氧时会发生如下反应：2FeO+Si→SiO2+2Fe4、钛白粉在焊接过程中可以起到多项作用，如稳弧，使焊接飞溅少；形成短渣；能产生活泼的熔渣，均匀覆盖在焊缝上保护焊缝；因TiO2结晶速度快，使脱渣方便；焊波细致；与氧化铁结合成为钛酸盐进入熔渣，起脱氧作用，反应式如下：FeO+TiO2→FeTiO35、有机物(木粉、淀粉、树脂)在燃烧过程中产生气体，使焊缝不与空气氧化、氮化；有机体一般富有弹性，因此对压制有利。6、金红石氧化性弱，焊接电弧稳定、方向性好，焊缝成型美观，熔渣覆盖好。7、长石粉起稳弧、造渣的作用，适量有利于脱渣，过多就会减慢焊速，增加渣的粘度。8、石英粉起造渣的作用，还会与氧化铁反应脱去焊缝中的气体，加快焊速；适量可增加渣的活泼性，过量会使渣黏，飞溅大。9、云母粉起稳弧、造渣的作用，富于弹性，可增加药皮透气性。过多过粗的云母会使药皮疏松，焊条表面质量差。10、钛铁粉比硅铁有更大的脱氧能力，不宜用量过多，因其价格昂贵对与本发明低氢型铁粉焊条来说，随着铁粉量的增加，药皮熔化速度加快，套筒长度变小，会造成电弧吹力减小。故应加入适量的铁粉，以得到合适的套筒长度。合适的铁粉量可以借助于焊渣重量与熔化焊条重量之比来判断，即当焊渣重S与熔化焊条重E之比率S/E＝18～24％时，焊条套筒长度合适，焊接工艺性能良好；当S/E<18％时，焊条套筒短，电弧吹力小，同时焊接渣量少，渣壳太薄，脱渣性变差；然而当S/E>24％时，焊条套筒太长，电弧吹力过大，焊接渣量多，电弧热的有效利用率低。药皮厚度不同时，铁粉的合适加入量也不同,当药皮外径为6.8mm时，铁粉的量宜控制在45％以下；当药皮外径为8mm时，铁粉的合适加人量为45～63％。但是，铁粉的加人量和药皮厚度的增加都是有限度的，铁粉的最大加人量通常不超过70％；药皮厚度，如果用D/d来表示，其最大值可达2.5。另外,铁粉的加入量不同时，所要求的铁粉物理性质也不一样，加入量少时，可采用低松比的铁粉。铁粉在焊接过程中起到很大的作用，可以加速药皮的熔化速度，提高焊接效率；使焊缝金属增加，提高熔敷效率；加入碱性药皮可使电弧稳定。当铁粉在药皮中加入过多时，在焊条制作时就很困难，容易使药皮过厚而无法焊接。本发明还提供一种低氢型铁粉焊条的制备方法。上述低氢型铁粉焊条的制备方法，包括以下步骤：a、焊芯处理：将事先准备好的焊芯，用砂纸打磨，清理焊芯表面，使焊芯表面干净光整，对其进行校直，并称量；b、水玻璃的调制：在45波美度、模数M＝2.9的普通水玻璃中加入5wt％丙烯酸甲酯，搅拌，待用；配置水玻璃时，需要清洁的自来水，并切忌油脂、污物等混入，影响水玻璃质量；c、配料：按照上述药皮的成分进行称量，待用；切记因本身所称量的重量值较小，可能存在实验误差，故一定要称量准确，以免影响焊条的质量；d、干混、湿混：将c步骤得到的药皮成分混合均匀后药粉呈现统一颜色，且不能有块状、粒状，不能将干粉撒出；再逐渐加入b步骤调制好的水玻璃，轻轻搅拌，混匀，直到可以形成面团状为止，使涂料有良好的塑性和适宜的黏性，保证易于塑造成形，有较好的流动性，并牢固地黏附在焊芯周围，使药皮具有一定的强度；在接近面团状时水玻璃要逐渐滴入，防止混合的药粉过稀，最终得到湿团药粉；e、焊条压制：将湿团药粉团倒入压制机中，通过压制机使其牢固黏附在焊芯周围，沿焊芯长度方向均匀涂覆在处理后的焊芯上，焊条一段留有20mm无药皮的夹持端，另一端焊芯露出，避免焊芯包头；f、烘干：将f步骤制好的焊条在空气中晾置24h，待其表面干燥后再在300～400℃的烘箱里烘干1～2h，即得。上述低氢型铁粉焊条的制备方法，所述液体水玻璃的浓度为45波美度、模数M＝2.9，加入5wt％丙烯酸甲酯可使焊条药皮具有一定的防潮性。上述低氢型铁粉焊条的制备方法，其中f步骤中所述焊条在空气中晾置的温度为15～25℃，空气的相对湿度为50％～55％。脱渣性是评定焊条质量的主要工艺性能之一，它直接影响焊接质量及焊接生产效率。脱渣性主要取决于熔渣的热膨胀系数、微观结构。脱渣性差的焊条，容易造成焊缝夹渣、成形不好等缺陷，降低了综合工艺水平。通过试验观察在焊后冷却过程中焊渣是否自行脱落；用小锤敲击焊缝处，焊渣是否易脱落。试验表明，研制的低氢型铁粉焊条易脱渣，脱渣干净不会造成夹杂物等缺陷。由于低氢型焊条的力学性能较好而工艺性能较差，同时焊条的工艺性能主要决定于焊条药皮的组成，因此，为了更好的研究药皮中各个成分及其配比对焊条的某一或某些性能的影响，本发明发明人通过大量实验对药皮成分进行了研究发现，当焊条药皮的组成在以下范围时焊条外观和脱渣性能优于其他配比：大理石47～49份；萤石13～15份；硅铁2～4份；钛白粉1.5～2.5份；木粉1.5～2.5份；金红石14～16份；长石粉4～6份；石英粉6～8份；云母粉4～6份；钛粉12～14份；铁粉19～21份；尤其是选择大理石48份；萤石14份；硅铁3份；钛白粉2份；木粉2份；金红石15份；长石粉5份；石英粉7份；云母粉5份；钛粉13份；铁粉20份的时候，其得到的焊条的外观最好，脱渣最快。下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。实施例11、以下仅选取了大量实验中最具有代表性的几组实验，以证明本发明选择的焊条药皮配方具有更好脱渣性能和外观形貌，具体实验步骤如下：(1)焊芯处理：将事先准备好的H08A焊芯(其化学成分见表1所示)，进行表面处理，去除其表面油污、灰尘、锈迹等，对其进行校直，并称量；表1H08A焊芯化学成分(/wt％)化学成分CSiMnPSNiCr焊芯H08A≤0.10≤0.030.30～0.55≤0.03≤0.03≤0.30≤0.20(2)水玻璃的调制：在水玻璃调配池中，调配成所需要的浓度，并按液体水玻璃重量加入0.25％～0.5％的高锰酸钾，搅拌均匀即可使用；(3)配料：按照表2研制好的药皮配方，将配方中的各个成分进行称量。切记因本身所称量的重量值较小，可能存在实验误差，故一定要称量准确，以免影响焊条的质量；(3)干混：将称量好的药皮配方放入小盆中，用处理好的焊芯对其进行搅拌直至将其混合均匀，药粉呈现一种颜色，且不能有块状、粒状，搅拌时不能将干粉撒出；(4)湿混：在混合好的药粉中逐渐加入水玻璃，轻轻搅拌，混合均匀，直到可以形成面团状为止；(5)焊条压制：将湿混好的药粉通过压制机沿焊芯长度方向均匀的涂覆在处理好的焊芯上，焊条一段留有20mm无药皮的夹持端，另一端焊芯露出，不要形成包头；(6)烘干：将制作好的焊条放置24h，使之晾干，要求温度控制在15～25℃，空气的相对湿度为50％～55％，将晾干的焊条放置在烘干箱里，在350～400℃下烘干1～2个小时。将制定好的药皮配方制作焊条，根据实验需求，每组配方分别制作两根，并将各焊条进行编号，编号依次为：ZP1、ZP2、ZP3、ZP4。表2焊条中药皮成分配方2、为了保证显微组织检验结果的准确性，必须制备一个高质量的金相试样，具体制备方法以及外观检测如下：①试样截取：用金相试样切割机在距引弧区和熄弧区一定距离处截取试样，保证在取样过程中不能有任何变形、受热，防止试样组织发生变化，内部缺陷扩展和失真。②试样的打磨：打磨是为了得到一个平整的磨面，一般要经过粗磨和细磨。粗磨在砂轮上进行；细磨用砂纸进行，砂纸型号由粗到细，逐渐减轻磨痕深度，在换下一张砂纸打磨前用清水冲洗，并将试样旋转90°后打磨。③试样抛光：将试样在放有抛光膏的抛光机上进行抛光，先粗抛，再细抛。抛光是为了除去细磨后留在金相试样表面上的细微痕迹，使磨面平整光洁。④试样侵蚀：将抛光好的试样用侵蚀剂侵蚀，侵蚀剂为4％的硝酸酒精，水洗后涂饰无水乙醇，用吹风机吹干。⑤试样组织观察：将试样放在载玻片上并用橡皮泥将其按压平整，在光学显微镜上观察试样组织，并拍照。焊条制作完成后，应对焊条外观进行检查，包括：焊条直径、焊条长度、夹持端长度、包头、倒角、磨尾不净、药皮损伤、发泡、皱皮等。将制作的没跟焊条均按照要求进行检验，观察其是否有缺陷，有缺陷的焊条将不能使用，采取从新制作的方式处理。对焊条外观进行检查，从图1～4发现，上述相同制备条件下，ZP1组焊条药皮配方下的焊条焊缝整体外观较好，边线平行，与母材融合良好。焊缝波纹较好，焊缝整齐，焊缝高低接近，焊缝表面无气孔、裂纹、夹渣、咬边、焊瘤等缺陷。ZP2焊缝整体外观较好，边线近于平行，与母材融合良好，焊缝波纹粗劣，不是很整齐，焊缝高低略有不平，焊缝表面无裂纹、夹渣、咬边、焊瘤等缺陷，有一气孔缺陷。ZP3焊缝整体外观较好，边线近于平行，与母材融合良好。焊缝波纹较好，但不是很整齐，焊缝高低略有不平，焊缝表面无气孔、裂纹、夹渣、咬边、焊瘤等缺陷。ZP4焊缝外观整体美观，边线间相互平行，与母材融合很好，焊缝波纹平整，整齐，焊缝表面无气孔、夹渣、裂纹、咬边、焊瘤等缺陷，但焊缝两边线条不平直。3、脱渣性检验分析焊缝表面的熔渣在焊后是否容易除去，是评定焊条质量的主要指标之一，主要是用小锤敲击焊缝处，焊渣易脱落，说明焊接质量好，焊接生产率高，焊条符合实际应用水准；上述四组试样在焊接后冷却过程中，随着温度的降低，熔渣大部分自行脱落，其中ZP1号焊条焊接后的焊渣最易脱落。当前第1页1 2 3