適用於橋梁用Q500QE鋼的配套焊條及其製備方法與流程
2023-06-01 10:45:41 1
本發明涉及橋梁用焊接材料領域技術，尤其涉及一種適用於橋梁用Q500QE鋼的配套焊條、製備方法及焊接方法。
背景技術：
我國鋼橋是在中華人民共和國建國後，在國外對我們實施經濟、技術封鎖的情況下，自力更生成長起來的。
1957年，藉助前蘇聯專家的技術和材料，中國建造完成了武漢長江公鐵兩用大橋。橋梁全長1155.5m，主跨128m，首次在長江上實現了「一橋飛架南北，天塹變通途」。這是在長江上建造的第一座大橋，是我國橋梁史上第一個裡程碑。該橋所用鋼材為蘇聯生產的A3鋼(即Q235)。
20世紀60年代，為了連通京滬鐵路，決定修建南京長江大橋以取代南京輪渡。為解決無低合金結構鋼料的困難，鞍山鋼鐵公司於1962年研製成功16錳低合金高強度橋梁鋼(16Mnq)，屈服點σs＝340MPa，南京橋除少部分仍用原蘇聯已進口的低合金鋼外，其餘全部用國產鋼材代替了原定進口的鋼材，當時這些鋼的研製成功，十分鼓舞人心，被稱之為「爭氣鋼」。
20世紀70年代初，九江長江公鐵路橋決定採用國產高強度鋼建造一座高強、輕型、整體的栓焊接構方案。但採用這一方案面臨的困難很多，當時沒有製造大跨度焊接鋼梁的材料。原來造橋採用的16錳橋鋼，在材質和規格上已不符合製造大跨度焊接鋼橋的需要。因這種鋼材的板厚效應很大，鋼材的強度、韌性隨板厚的增加下降很快，用原來的16錳橋鋼建橋，鐵路單線桁梁橋最大跨度只可能達到112m。為此，鐵道部和原冶金部決定研究開發15錳釩氮橋梁鋼(15MnVNq)，其屈服點比16錳橋梁鋼高，σs＝420MPa。由於當時鋼鐵冶煉及軋制設備落後，合金元素不全，前後經歷了20多年研究。通過大量的焊接及力學性能試驗和在北京密雲建造白河試驗橋的工程實踐，優化生產出了15錳釩氮C級正火橋梁鋼。這種鋼的板厚效應小，板厚56mm，焊接性及力學性均較好。經科研、設計、製造人員的艱苦努力，1993年用這種鋼建成了九江長江公鐵路大橋。該橋正橋鋼梁全長1806m，主跨是216m的剛性梁柔性拱，結構雄偉壯觀，橋形秀麗。
20世紀90年代初，鐵路橋梁建設面臨蕪湖長江的建設，主跨達312米。橋梁鋼問題顯得愈加突出。為此大橋局和武鋼聯合共同開發了大跨度鐵路橋梁用鋼14MnNbq。該鋼採用降碳加鈮和超純淨的冶金方法，並通過鈮的微合金化作用進行控制軋制，保證了屈服強度σs≥340MPa的基礎上，具有優異的-4022低溫衝擊韌性。同時焊接性能也大大提高，解決了板厚效應問題，可大批量供應32-50mm厚鋼板。蕪湖橋建設後，14MnNbq鋼材全面滿足了鐵路橋梁建設的需要。如2009年建成的世界上最大的公鐵兩用橋--武漢天興洲長江大橋，它採用的鋼材就是高韌性、抗層裂14MnNbq(Q345)。
進入新世紀以來，我國橋梁建設又有了新的飛躍。橋梁的跨徑繼續擴大，列車通過時速不斷提高。尤其是京滬高速鐵路南京大勝關長江大橋的建設，繼續使用傳統的14MnNbq鋼已經滿足不了其設計和施工要求。為此，鞍鋼研發了新一代高性能橋梁用鋼(Q345QE、Q420QE、Q500QE、Q690QE)，其韌性進一步提高，冷裂紋敏感性和焊接熱影響區硬度進一步降低，並具有優良的耐大氣腐蝕性能。該系列高性能橋梁用鋼，具有良好的強度和韌性，可提高橋梁服役性能，降低維護成本，滿足國內橋梁建設對高性能鋼種的急需，其實物性能水平達到了國際同類鋼種的先進水平。
現有技術中公開的焊條均不能用於橋梁用Q500QE鋼的焊接，如專利申請號為201110310536.X公開了一種X70等級管線鋼焊接用電焊條，用該焊條抗拉強度能夠滿足，衝擊溫度不能滿足，其衝擊溫度為-20℃，而橋梁用Q500QE鋼的焊接要求衝擊溫度為-40℃，所以，該焊條不能滿足橋梁用Q500QE鋼的焊接。專利申請號為200810046233.X公開了一種X80等級鋼油、氣輸送管手工焊接用電焊條，該焊條抗拉強度能夠滿足，衝擊溫度不能滿足，其衝擊溫度為-10℃，也不能滿足橋梁用Q500QE鋼的焊接。
技術實現要素：
本發明的目的之一就在於提供一種用適用於橋梁用Q500QE鋼的配套焊條，該焊條表面光滑，成品率高，偏心穩定。
技術方案是：一種適用於橋梁用Q500QE鋼的配套焊條，由焊芯和裹覆於焊芯表面的藥皮組成，該藥皮組成和含量為：大理石300～400重量份、螢石200～320重量份、金紅石30～100重量份、純鹼4～7重量份、鋯英砂1～5重量份、鐵粉150～350重量份、電解錳10～20重量份、矽微粉10～40重量份、冰晶粉10～20重量份、鎳粉5～10重量份和鉬粉2～5重量份，鈦酸鉀5-10重量份，氟矽酸鉀5-10重量份。
作為優選，所述大理石320～380重量份、螢石250～300重量份、金紅石50～80重量份、鋯英砂2～3重量份、鐵粉200～330重量份、電解錳15～18重量份、矽微粉15～20重量份、冰晶粉15～18重量份、鎳粉7～9重量份、鉬粉3～4重量份，鈦酸鉀6-8重量份，氟矽酸鉀5.5-8重量份。
作為優選，C 0.05-0.10wt％、Mn 0.05-0.20wt％、0≤Si≤0.10wt％、0≤S≤0.015wt％和0≤P≤0.015wt％，餘量為Fe及雜質。
作為優選，所述大理石為320重量份，螢石為300重量份，金紅石為50重量份，純鹼為5重量份，鋯英砂為2重量份，鐵粉為200重量份，電解錳為15重量份，矽微粉為20重量份，冰晶粉為15重量份，鎳粉為7重量份，鉬粉為3重量份，鈦酸鉀6重量份，氟矽酸鉀8重量份。
作為優選，所述大理石為360重量份，螢石為280重量份，金紅石為80重量份，純鹼為5重量份，鋯英砂為2重量份，鐵粉為300重量份，電解錳為18重量份，矽微粉為15重量份，冰晶粉為12重量份，鎳粉為7重量份，鉬粉為3.5重量份，鈦酸鉀7重量份，氟矽酸鉀7重量份。
作為優選，所述大理石為380重量份，螢石為250重量份，金紅石為60重量份，純鹼為5重量份，鋯英砂為2重量份，鐵粉為330重量份，電解錳為18重量份，矽微粉為15重量份，冰晶粉為18重量份，鎳粉為8重量份，鉬粉為4重量份，鈦酸鉀8重量份，氟矽酸鉀5.5重量份。
作為優選，所述大理石中，CaCO3≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，顆粒度要求為：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；螢石中，CaF2≥96％、SiO2≤3.0％、C≤0.08％、S≤0.03％、P≤0.03％，顆粒度要求為：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；金紅石中，TiO2≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，粒度要求為：-40目：≥100％、-160目：≤30％；純鹼中，Na2CO3≥99％、NaCl≤0.70％，鋯英砂中，ZrO2≥60％、SiO2≤32％、S≤0.03％、P≤0.09％，顆粒度要求為：-40目：100％、-160目：≤50％；鐵粉中，Fe≥97.0％、Mn≤0.40％、Si≤0.20％、C≤0.10％、S≤0.025％，P≤0.025％，顆粒度要求：-30目：100％；電解錳中，Mn≥99.9％，顆粒度要求-60目：100％；矽微粉中，SiO2≥98.0％、Fe2O3≤0.20％、S≤0.025％，P≤0.025％；冰晶粉中，F：≥53％、Al≥13％、Na≤29，顆粒度要求-80目：100％；鎳粉中，Ni≥99.9％，顆粒度要求-60目：100％；鉬粉中，Mo≥99.9％，顆粒度要求-60：100％；鈦酸鉀中，TiO2≥60％、K2O≥30％、S≤0.05％，P≤0.05％，顆粒度要求：-170目：≤100％；氟矽酸鉀中，K2SiF6≥98.0％，Pb≤0.05％，S≤0.025％，P≤0.025％，顆粒度要求：-30目：100％。
本發明的目的之二在於提供一種適用於橋梁用Q500QE鋼的配套焊條的製備方法。
技術方案是：一種適用於橋梁用Q500QE鋼的配套焊條的製備方法，包括以下步驟：
①將藥皮粉料拌混合均勻；
②加入藥皮總量的20-30％的粘結劑攪拌混合均勻，送入條壓機內將其裹覆於焊芯上；
③經低溫80～100℃烘焙2～3小時及高溫380～400℃烘焙1.5～2小時後得焊條。
本發明的目的之三在於提供一種橋梁用Q500QE鋼的焊接方法。
技術方案是：一種橋梁用Q500QE鋼的焊接方法，該焊接方法焊縫熔敷金屬化學成分為(wt％)：C 0.01-0.10wt％、Mn 1.00-1.60wt％、0≤Si≤0.60wt％、0≤S≤0.015wt％、0≤P≤0.020wt％、Ni 0.80-1.70wt％和Mo 0.10-0.40wt％，餘量為Fe及雜質。
作為優選，所述焊縫熔敷金屬在焊態情況下，焊縫熔敷金屬力學性能的室溫抗拉強度Rm≥610Mpa，室溫屈服強Rp0.2≥500MPa，室溫伸長率A≥20％，-40℃衝擊功KV單值≥60J；在620℃±15℃保溫1小時情況下，焊縫熔敷金屬力學性能的室溫抗拉強度Rm≥610Mpa，室溫屈服強Rp0.2≥500MPa，室溫伸長率A≥20％，-40℃衝擊功KV單值≥60J；所述焊接方法焊條上述的焊條。
發明原理：本發明焊條通過焊接中各成分在製備時及焊接時的相互結合，相互影響，交互作用。
有益效果：
本發明採用的焊條通過藥皮以碳酸鹽、氟化物和矽酸鹽為主，同時添加少量的含二氧化鈦原材料和改善壓塗物質，在各組成成分的綜合作用下，焊條性能優良，焊條表面光滑，成品率高，偏心穩定；直流反接焊接時電弧穩定、基本無飛濺，脫渣性良好，焊條操作性能優異，全位置焊接性能優良；焊縫成型美觀，焊道高度適中，焊縫侵潤角適中，熔敷金屬理化性能適中。焊接時電弧穩定、飛濺小、脫渣好，成型好，全位置操作性能好。所提供的焊條主要用於橋梁用Q500QE鋼的焊接，焊縫熔敷金屬化學成分控制嚴格，特別是S、P等有害雜質元素控制極低。
本發明焊條是承壓設備專用鹼性藥皮的高韌性焊條。全位置焊接操作性能良好。熔敷金屬具有良好的綜合力學性能，並具有良好的衝擊韌性和抗裂性能。適用於橋梁用鋼的焊接及相應強度等級的低合金鋼結構焊接。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明。
實施例1
本實施例中，焊芯化學成分為(wt％)：C 0.05-0.10wt％、Mn 0.05-0.20wt％、Si≤0.10wt％、S≤0.015wt％、P≤0.015wt％，餘量為Fe及雜質。
本實施例中，當焊芯為1000g時，藥皮組成成分及含量為(g)：大理石320、螢石300、金紅石50、純鹼5、鋯英砂2、鐵粉200、電解錳15、矽微粉20、冰晶粉15、鎳粉7、鉬粉3。
將上述藥皮混合均勻後，加入濃度為43°的鉀鈉水玻璃250g攪拌混合均勻，送入條壓機內按常規方法將其裹覆於規格4.0mm的上述焊芯上，再經低溫88℃烘焙2小時、高溫380℃烘焙1.5小時，即得本實施例焊條。
將本實施例所得的焊條進行焊接試驗(直流反接焊接，焊接母材為橋梁用Q500QE鋼)，電弧穩定、基本無飛濺、脫渣性能好，焊縫成形美觀。
熔敷金屬化學成分為：C：0.070wt％、Mn：1.25wt％、Si：0.25wt％、S：0.008wt％、P：0.009wt％、Ni：1.51wt％、Mo：0.25wt％，餘量為鐵及雜質。
熔敷金屬力學性能如表1：
表1焊條熔敷金屬力學性能
實施例2
實施例焊芯成分與實施例1相同。
本實施例中，當焊芯為1000g時，藥皮組成成分及含量為(g)：大理石360、螢石280、金紅石80、純鹼5、鋯英砂2、鐵粉300、電解錳18、矽微粉15、冰晶粉12、鎳粉7、鉬粉3.5。
將上述藥皮混合均勻後，加入濃度為43°的鉀鈉水玻璃250g攪拌混合均勻，送入條壓機內按常規方法將其裹覆於規格3.2mm焊芯上，再經低溫88℃烘焙2小時、高溫380℃烘焙1.5小時，即得本實施例焊條。
將本實施例所得的焊條進行焊接試驗(直流反接焊接，焊接母材為橋梁用Q500QE鋼)，電弧穩定、基本無飛濺、脫渣性能好，焊縫成形美觀。
熔敷金屬化學成分為：C：0.077wt％、Mn：1.35wt％、Si：0.20wt％、S：0.005wt％、P：0.010wt％、Ni：1.50wt％、Mo：0.23wt％，餘量為鐵及雜質。
熔敷金屬力學性能如表2：
表2焊條熔敷金屬力學性能
實施例3
實施例焊芯成分與實施例1相同。
本實施例中，當焊芯為1000g時，藥皮組成成分及含量為(g)：大理石380、螢石250、金紅石60、純鹼5、鋯英砂2、鐵粉330、電解錳18、矽微粉15、冰晶粉18、鎳粉8、鉬粉4。
將上述藥皮混合均勻後，加入濃度為43°的鉀鈉水玻璃250g攪拌混合均勻，送入條壓機內按常規方法將其裹覆於規格5.0mm焊芯上，再經低溫88℃烘焙2小時、高溫380℃烘焙1.5小時，即得本實施例焊條。
將本實施例所得的焊條進行焊接試驗(直流反接焊接，焊接母材為橋梁用Q500QE鋼)，電弧穩定、基本無飛濺、脫渣性能好，焊縫成形美觀。
熔敷金屬化學成分為：C：0.082wt％、Mn：1.31wt％、Si：0.23wt％、S：0.006wt％、P：0.008wt％、Ni：1.55wt％、Mo：0.29wt％，餘量為鐵及雜質。
焊條熔敷金屬力學性能如表3：
表3焊條熔敷金屬力學性能
本發明中，大理石：CaCO3≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，顆粒度要求為：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；螢石：CaF2≥96％、SiO2≤3.0％、C≤0.08％、S≤0.03％、P≤0.03％，顆粒度要求為：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；金紅石：TiO2≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，粒度要求為：-40目：≥100％、-160目：≤30％；純鹼：Na2CO3≥99％、NaCl≤0.70％，鋯英砂：ZrO2≥60％、SiO2≤32％、S≤0.03％、P≤0.09％，顆粒度要求為：-40目：100％、-160目：≤50％；鐵粉：Fe≥97.0％、Mn≤0.40％、Si≤0.20％、C≤0.10％、S≤0.025％，P≤0.025％，顆粒度要求：-30目：100％；電解錳：Mn≥99.9％，顆粒度要求-60目：100％；矽微粉：SiO2≥98.0％、Fe2O3≤0.20％、S≤0.025％，P≤0.025％；冰晶粉：F：≥53％、Al≥13％、Na≤29，顆粒度要求-80目：100％；鎳粉：Ni≥99.9％，顆粒度要求-60目：100％；鉬粉：Mo≥99.9％，顆粒度要求-60：100％。
總之，以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所作的均等變化與修飾，皆應屬本發明專利的涵蓋範圍。