一种55公斤级耐候钢用焊条及其应用
阅读说明：本技术 一种55公斤级耐候钢用焊条及其应用 (Welding rod for 55 kg-grade weathering steel and application thereof ) 是由 杨恒闯 续杰 陈成 汪涛 刘飞 刘�东 蔡俊 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种55公斤级耐候钢用焊条,包括焊芯以及涂覆于焊芯表面的药皮,所述药皮由干粉和粘合剂混合而成,所述药皮中干粉的成分及各成分占干粉总质量的百分比如下：大理石35～40％,萤石15～20％,锆英砂3～5％,金红石3～8％,石英2～4％,硅铁3～6％,金属锰5～8％,镍粉4～8％,金属铬1～3％,铜粉1～3％,纯碱0.5～1.0％,Fe余量。该发明通过药皮向熔敷金属过渡适量的Ni、Cr、Cu及其他合金元素,使焊接金属具有优异的耐候性,其耐候指数I可大于6.5；同时通过对药皮组分的调整,控制焊缝金属中Mn、Si、C及其他合金元素的含量,保证熔敷金属抗拉强度高于550MPa,延伸率大于22％,-40℃低温冲击吸收能量大于60J。(The invention provides a welding rod for 55 kg-grade weathering steel, which comprises a core wire and a coating coated on the surface of the core wire, wherein the coating is formed by mixing dry powder and an adhesive, and the dry powder in the coating comprises the following components in percentage by mass of the total dry powder: 35-40% of marble, 15-20% of fluorite, 3-5% of zircon sand, 3-8% of rutile, 2-4% of quartz, 3-6% of ferrosilicon, 5-8% of manganese metal, 4-8% of nickel powder, 1-3% of chromium metal, 1-3% of copper powder, 0.5-1.0% of soda and the balance of Fe. According to the invention, a proper amount of Ni, Cr, Cu and other alloy elements are transferred from the coating to the deposited metal, so that the welding metal has excellent weather resistance, and the weather resistance index I can be more than 6.5; meanwhile, the contents of Mn, Si, C and other alloy elements in the weld metal are controlled by adjusting the components of the coating, so that the tensile strength of the deposited metal is higher than 550MPa, the elongation is more than 22%, and the low-temperature impact absorption energy at minus 40 ℃ is more than 60J.)
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种55公斤级耐候钢用焊条及其应用。
背景技术
耐候钢之所以具备耐大气腐蚀的能力，是因为在其使用过程中表面会逐渐形成致密的、稳定的保护性氧化膜，这层氧化膜阻止了腐蚀介质向钢的进一步渗透，从而使腐蚀率大大降低。腐蚀不仅给结构带来损害，也增加了繁重的管理、维护负担，同时周期性的涂装也会耗费大量的人力和资金。资源节约型与环境友好型社会发展的趋势，要求在桥梁建造等结构上采用耐候钢的呼声越来越高，其配套焊接材料的开发也越来越迫切。
目前市场上耐蚀钢焊条品种少且力学性能不稳定，耐候性能参差不齐。参考AWSD1.5规定焊缝金属的耐蚀指数I不得低于6.0，而目前鲜少有针对抗拉强度55公斤级耐候钢配套焊条的耐候性能研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种55公斤级耐候钢用焊条，解决现有耐蚀钢焊条力学性能不稳定的问题，并且保证其焊条的耐蚀性能，使其耐候指数I不低于6.5。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种55公斤级耐候钢用焊条，包括焊芯以及涂覆于焊芯表面的药皮，所述药皮由干粉和粘合剂混合而成，所述药皮中干粉的成分及各成分占干粉总质量的百分比如下：大理石35～40％，萤石15～20％，锆英砂3～5％，金红石3～8％，石英2～4％，硅铁3～6％，金属锰5～8％，镍粉4～8％，金属铬1～3％，铜粉1～3％，纯碱0.5～1.0％，Fe余量。
进一步的，所述焊芯采用H08A焊芯，所述焊芯质量占焊条总质量的65～70％，药皮质量占焊条总质量的30～35％。
进一步的，所述药皮中CaO与CaF2的质量比为(0.3～0.8)：1；CaO与SiO2的质量比为(8～12)：1。
进一步的，所述粘合剂采用钾钠水玻璃。
具体的，所述药皮中干粉的成分及各成分占干粉总质量的百分比如下：大理石35％，萤石20％，锆英砂5％，金红石3％，石英4％，硅铁6％，金属锰5％，镍粉8％，金属铬3％，铜粉2％，纯碱0.5％，Fe余量。
具体的，所述药皮中干粉的成分及各成分占干粉总质量的百分比如下：大理石40％，萤石15％，锆英砂3％，金红石6％，石英2％，硅铁4％，金属锰6％，镍粉7％，金属铬1.5％，铜粉1.5％，纯碱1.0％，Fe余量。
具体的，所述药皮中干粉的成分及各成分占干粉总质量的百分比如下：大理石36％，萤石18％，锆英砂4％，金红石5％，石英3％，硅铁3％，金属锰8％，镍粉4.5％，金属铬1％，铜粉3％，纯碱0.8％，Fe余量。
具体的，所述药皮中干粉的成分及各成分占干粉总质量的百分比如下：大理石37％，萤石17％，锆英砂4％，金红石7％，石英2.5％，硅铁5％，金属锰6％，镍粉6％，金属铬2％，铜粉1％，纯碱0.7％，Fe余量。
具体的，所述药皮中干粉的成分及各成分占干粉总质量的百分比如下：大理石38％，萤石16％，锆英砂3.5％，金红石8％，石英2％，硅铁4％，金属锰7％，镍粉5％，金属铬1.5％，铜粉2％，纯碱0.8％，Fe余量。
本发明提供的这种55公斤级耐候钢用焊条在焊接时，采用直流反接式电源进行焊接操作，且焊接电流为160A，焊接速度为25.7cm/min。
本发明55公斤级耐候钢用焊条中药皮配方设计原理如下：
本发明中药皮采用CaO-CaF2-TiO2-SiO2型碱性渣系，通过这种碱性渣系可以更好的脱氧、脱氢和脱硫，性能更加稳定，为改善碱性焊条的工艺性能，通过大量试验验证，确定药皮的基本组分和含量。
在药皮中添加少量的石英，因石英中SiO2的含量较高，可以适当降低熔渣碱度，提高熔渣流动性，可使焊缝成形更加美观，脱渣更加容易。为提高焊条的压涂性能，在药皮中加入少量的纯碱，增加药皮的润滑性。为了提高焊缝金属的低温冲击韧性，药皮中加入硅铁和金属锰脱氧，降低焊缝中的氧含量，降低氧化物夹杂对低温冲击韧性的危害；Ni元素可降低低温脆性转变温度，对提高低温冲击韧性非常有利。为了提高耐蚀性能，药皮中加入了铜粉和金属铬粉，Cr能够在钢表面形成致密的氧化膜，提升电极电位，产生钝化效果，提高钢的耐蚀性，Cu含量增加对腐蚀产物颗粒起到一定细化作用，有利于改善锈层的致密性，有效地降低耐候钢的平均腐蚀深度和腐蚀速率，利于提高钢的耐蚀性能。
另外，本发明通过对药皮中CaO与CaF2、SiO2的比例控制，保证焊条的焊接工艺性能，即当CaO与CaF2的比值为(0.3～0.8)：1时，电弧柔和，飞溅小，可全位置焊接；在CaO与SiO2的比值为(8～12)：1时，熔池流动性好，透气性好，不易产生气孔。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种55公斤级耐候钢用焊条通过药皮向熔敷金属过渡适量的Ni、Cr、Cu及其他合金元素，使焊接金属具有优异的耐候性，其耐候指数I可大于6.5。
(2)本发明提供的这种55公斤级耐候钢用焊条通过对药皮组分的调整，控制焊缝金属中Mn、Si、C及其他合金元素的含量，保证熔敷金属抗拉强度高于550MPa，延伸率大于22％，-40℃低温冲击吸收能量大于60J。
(3)本发明提供的这种55公斤级耐候钢用焊条可进行全位置焊接，焊接工艺性能优良，焊缝成形美观。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例中的55公斤级耐候钢用焊条采用焊芯的质量占焊条总质量的65～70％，药皮的质量占焊条总质量的30～35％；所述焊芯采用H08A焊芯，而对应实施例中药皮所采用的干粉组分配比如表1所示，制作焊条时，按普通碱性低氢焊条制造方法，用钾钠水玻璃作粘合剂，将混合均匀的药皮均匀的压涂在焊芯表面，制成Φ4.0mm的焊条。
表1：各实施例药皮中干粉的组成(质量百分比，％)
干粉组成
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
大理石
35
40
36
37
38
萤石
20
15
18
17
16
锆英砂
5
3
4
4
3.5
金红石
3
6
5
7
8
石英
4
2
3
2.5
2
硅铁
6
4
3
5
4
金属锰
5
6
8
6
7
镍粉
8
7
4.5
6
5
金属铬
3
1.5
1.0
2.0
1.5
铜粉
2
1.5
3.0
1.0
2.0
纯碱
0.5
1.0
0.8
0.7
0.8
铁粉
8.5
13
13.7
11.8
12.2
对采用上述5个实施例的焊条粉料制得的5种焊条进行熔敷金属理化性能试验，试板坡口、尺寸、取样方法与位置均按照中国国家标准GB/T5117《非合金钢及细晶粒钢焊条》进行。采用直流反接式电源进行焊接操作，焊接电流为160A，焊接速度为25.7cm/min。
各实施例所制得的焊条熔敷金属化学成分、耐候指数I、力学性能如表2和表3所示，其中，耐候指数I的计算按如下公式计算，其化学成分为熔覆金属的化学成分含量：
I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.20(％Cr)+1.48(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)×(％Ni)-9.10(％Ni)×(％P)-33.39(％Cu)2。
表2：熔敷金属化学成分(质量百分比％)及耐候指数I
表3：熔敷金属力学性能
综上所述，本发明提供的这种55公斤级耐候钢用焊条通过药皮向熔敷金属过渡适量的Ni、Cr、Cu及其他合金元素，使焊接金属具有优异的耐候性，其耐候指数I可大于6.5；同时通过对药皮组分的调整，控制焊缝金属中Mn、Si、C及其他合金元素的含量，保证熔敷金属抗拉强度高于550MPa，延伸率大于22％，-40℃低温冲击吸收能量大于60J。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
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