本發明屬于焊接材料
技術領域：
，具體涉及一種低氫型鐵粉焊條及其制備方法。
背景技術：
：提高焊接效率的方法有很多，提高焊縫金屬的熔敷效率是方法之一。國內為很多焊接材料的研究人員都在開發和應用高效鐵粉焊條。適當的提高焊條藥皮中鐵粉的含量，調整其他藥皮成分，能夠有效的提高焊接時熔敷金屬量，加快焊縫的形成，提高電弧的穩定性，減少飛濺，提高焊接生產率。公開號為“CN1657224A”，發明名稱為“低合金高強度鋼用超低氫型高效鐵粉焊條”公開了一種采用球狀物化鐵粉，該鐵粉的生產成本較高，因此生產的焊條價格不夠經濟。目前國內生產的很多低氫焊條，在保證高力學性能的同時，工藝可操作性較差，焊接過程中飛濺嚴重，導致焊條綜合性能不高。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綜合性能優異的低氫型鐵粉焊條。本發明一種低氫型鐵粉焊條，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19～21份。進一步的，上述一種低氫型鐵粉焊條，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20份。上述一種低氫型鐵粉焊條，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，本發明采用鋼鐵廠生產過程中產生的工業廢棄物鐵粉作為原料，廢物利用，經濟性高。本發明還提供一種低氫型鐵粉焊條的制備方法。上述一種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：按照權利要求1或2所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。上述一種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％。所述液體水玻璃的濃度為45波美度、模數M＝2.9，加入5％丙烯酸甲酯可使焊條藥皮具有一定的防潮性。本發明一種低氫型鐵粉焊條，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，使得本發明一種低氫型鐵粉焊條焊接性能、工藝性能最好，焊縫外觀較好，焊縫表面無明顯焊接缺陷，焊縫平整；脫渣性較好，焊接接頭組織為細小的針狀鐵素體，母材與焊縫連接處結合很好，組織過渡明顯，熱影響區組織與理論相接近；硬度較好，提高了焊條的利用率及焊接效率。附圖說明圖1為實施例中ZP1組焊接接頭焊縫處金相組織；圖2為實施例中ZP1組母材與焊縫連接處金相組織；圖3為實施例中ZP2組焊接接頭焊縫處金相組織；圖4為實施例中ZP2組母材與焊縫連接處金相組織；圖5為實施例中ZP3組焊接接頭焊縫處金相組織；圖6為實施例中ZP3組母材與焊縫連接處金相組織；圖7為實施例中ZP4組焊接接頭焊縫處金相組織；圖8為實施例中ZP4組母材與焊縫連接處金相組織。具體實施方式本發明一種低氫型鐵粉焊條，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19～21份。進一步的，上述一種低氫型鐵粉焊條，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20份。上述一種低氫型鐵粉焊條，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％，還有微量的Na2O和MgO；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。對與本發明一種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。本發明還提供一種低氫型鐵粉焊條的制備方法。上述一種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％。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的焊接性能、工藝性能以及硬度等均優于其他配比：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19～21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20份的時候，其得到的焊條的焊接性能、工藝性能最好。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好的焊接性能和工藝性能，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45波美度、模數M＝2.9的普通水玻璃中加入5％丙烯酸甲酯攪拌均勻即可使用；(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：將稱量好的藥皮成分混合均勻，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：將制作好的焊條在空氣中放置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、焊接接頭由焊縫和焊接熱影響區組成，在焊接時母材與焊縫間的距離遠近大小，會出現不同的組織，從而會產生不一樣的性能影響。從圖1、圖2兩組圖片可以看出，ZP1組得到的焊條其柱狀晶明顯分布，且母材與焊縫連接處等軸狀珠光體加鐵素體分布均勻；從圖3、圖4兩組圖片可以看出，ZP2組得到的焊條焊縫處柱狀晶相對明顯，先共析鐵素體沿晶界分布，整體效果良好，母材與焊縫連接處的等軸狀珠光體加鐵素體分布其中，但不是特別均勻；從圖5、圖6兩組圖片可以看出，ZP3組得到的焊條同ZP2組一樣，其焊縫處柱狀晶相對明顯，先共析鐵素體沿晶界分布，整體效果良好，母材與焊縫連接處的等軸狀珠光體加鐵素體分布其中，但不是特別均勻；從圖7、圖8兩組圖片可以看出，ZP4組得到的焊條焊縫處柱狀晶相對明顯，先共析鐵素體沿晶界分布，整體效果良好。母材與焊縫連接處的等軸狀珠光體加鐵素體分布其中，但不是特別均勻。母材與焊縫連接處的組織，先共析鐵素體沿晶界析出分布，均勻分布的等軸狀珠光體加鐵素體，以及少量的無碳貝氏體；焊縫區組織，柱狀晶和沿晶界分布的先共析鐵素體，以及少量的無碳貝氏體。綜上分析可知ZP1組焊條焊接后組織最好，焊縫處組織柱狀晶明顯，分布均勻，且先共析鐵素體沿晶界分布明顯。母材與焊縫連接處等軸狀的珠光體和鐵素體均勻分布，組織美觀。3、焊條力學性能檢驗(1)焊接接頭拉伸實驗在焊接接頭垂直與焊縫軸線方向處截取試樣，使用MCE5582型萬能材料拉伸機測定接頭的抗拉強度。在拉伸實驗進行之前，對每一個試樣的厚度、寬度均進行了測量，測量數據如表3所示：表3試樣的厚度與寬度ZP1ZP2ZP3ZP4寬度(mm)18.520.223.425.0厚度(mm)7.77.27.68.2載荷最大值、應力最大值如表4所示：表4拉伸載荷及應力最大值試樣編號厚度/cm寬度/cm面積/cm2載荷/N拉伸應力/MPaZP10.771.851.4235861.32251.75ZP20.722.021.4529477.28202.68ZP30.762.341.7838499.06216.48ZP40.822.502.0535679.49174.05計算得出材料的抗拉強度如下表5所示。表5抗拉強度從表5中數據可以看出，ZP1組焊條焊接后材料的抗拉強度最大，說明該種藥皮成分配方制作后的焊條，使材料焊接接頭具有一定的抗拉能力。(2)焊接接頭的硬度實驗本次實驗采用顯微硬度計，實驗參數為：保壓時間T＝15s，壓力F＝98.07N，放大倍數為20倍，具體數據見表6所示。表6焊縫處硬度值ZP1ZP2ZP3ZP41175.5192.7161.5161.42180.1182.7169.6162.23179.1179.9164.1159.64174.4187.7165.6159.6平均值177.3185.8165.2160.7從表6可以看出，ZP2號焊條焊接后硬度值較大，數值波動較小；其次是ZP1組焊條的硬度值。4、焊接飛濺檢驗分析以下數據為反應焊接飛濺的大小，見表7所示。表7焊接飛濺從表7中可知，ZP1組焊條的飛濺最小。說明該焊條的藥皮配方良好，藥粉攪拌均勻，藥皮中含水量小，藥渣不是過黏，焊接時電弧穩定。綜上所述，ZP1組焊條的焊接性能、工藝性能最好，焊縫外觀較好，焊縫表面無明顯焊接缺陷，焊縫平整；脫渣性較好，焊渣易脫落；焊接接頭組織，焊縫處出現較為明顯的粗大柱狀晶，達到焊接要求，母材與焊縫連接處結合很好，組織過渡明顯，熱影響區組織與理論相接近；硬度較好，提高了焊條的利用率及焊接效率。當前第1頁1 2 3