[发明专利]高强度高韧性氟碱性烧结焊剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度高韧性氟碱型烧结焊剂，主要用于铁路桥梁高强度Q420q结构钢的埋弧焊接，以及Q345q、Q375q等桥梁钢的焊接。

背景技术

焊剂是用于埋弧自动焊接的材料，分为熔炼焊剂和烧结焊剂两大类。烧结焊剂具有可以连续生产、无污染、碱度高、适应较高强度的焊接，并能得到较高的塑性和韧性等优点，被广泛用于桥梁、压力容器、金属结构、造船、车辆和石油天然气输送管道等焊接制造。低碱度高硅、锰渣系烧结焊剂，容易获得良好工艺性能，但焊缝冲击韧性不高。高碱度渣系的烧结焊剂容易获得高韧性焊缝，但要获得高强度高韧性的焊缝金属和良好的焊接工艺性能具有很大的技术困难，特别是焊接厚度大于32mm，甚至是60mm的大厚钢板时，由于多层多道焊接，后焊的焊道对前道焊缝起到热处理的作用，使焊缝组织发生变化，容易造成焊缝金属低温冲击吸收功下降和大幅度波动。

我国桥梁用钢的发展起步较早，但发展缓慢，20世纪60～80年代开发了16Mnq、15MnVq、15MnVNq等。其中16Mnq应用广泛，但冲击韧性偏低。80年代九江大桥采用了15MnVNq，但由于采用提高强度的钒，导致钢板低温冲击韧性和焊接性能差。90年代开发了14MnNbq(Q370q)铁路桥梁用钢，具有优良的低温冲击韧性，可以满足目前桥梁建设的要求。然而，京沪高速铁路建设的主要桥梁，如南京大胜关长江大桥，拱肋部位最大轴力达9300吨的构件需要采用更高级别的高性能结构钢，才能满足结构受力需要。采用新型高强度结构钢(Q420q)能有效地降低部分杆件规模。但是，采用现有的焊接材料，不能满足高强度高韧性的焊接要求。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种高强度高韧性氟碱性烧结焊剂，在保证焊缝金属具有高强度的前提下，进一步提高焊缝金属低温冲击韧性以满足Q420q钢种的焊缝要求，使焊缝金属在具有高强度的同时具有高韧性。

本发明的技术解决方案：

1、根据焊剂熔渣物理性能对焊缝金属的影响，设计以CaF₂-MgO-Al₂O₃-SiO₂为该焊剂的渣系。

2、提高焊缝金属低温冲击韧性的主要技术手段：控制焊剂的碱度(B_IIW)范围2.0～2.5；降低焊剂中的氧含量，设计成低氧焊剂；尽量减少原材料中带来的有害杂质，保证焊缝金属的纯净度，加入适量CaO进一步增加焊缝脱S、P的效果。

3、通过调整焊剂熔渣的粘度、表面张力和熔点等，从而改善焊缝的成形性能和渣渣的脱渣性能，改善焊接工艺性能，保证焊缝表面质量。

本发明由下述重量百分比的成份组成：MgO 22～26，CaF₂ 25～27，Al₂O₃21～23，SiO₂ 14～16，CaO 4～7，MnO 3～5，Na₂O 0.3～0.6，FeO＜3，S≤0.03，P≤0.04。

本发明与现有技术相比具有的优点和效果：

1、本发明采用优化技术，合理地选配了各种材料的比例，使焊接熔渣具有适应的熔点、粘度、表面张力，焊剂具有电弧燃烧稳定，焊后脱渣容易，焊缝边缘过渡平稳，表面光滑，焊缝外观成形好等优良的综合焊接工艺性能。

2、本发明通过控制焊剂的碱度(B_IIW)范围，降低焊剂中的氧含量和杂质，保证焊缝金属的纯净度，提高焊缝金属低温冲击韧性。

3、本发明与YS-H08D焊丝匹配，焊接高强度Q420q桥梁结构钢，焊缝金属具有很高的低温冲击韧性，夏比冲击吸收功Akv(-40℃)：169J～202J，而且冲击吸收功的离散度很小。完全满足“南京大胜关长江大桥”Q420q桥梁结构钢焊接要求。

4、本发明与YS-H08D焊丝匹配，焊接高强度Q420q桥梁结构钢，焊缝金属具有较高的屈服强度和抗拉强度，符合桥梁焊接规范。

5、本发明还可与多种焊丝匹配，可焊接多种低合金钢，如X80钢级螺旋缝埋弧焊钢管，同样具有较高的低温冲击韧性。

具体实施方式

实施例一(焊剂批号：001)：

(1)焊剂组份(Wt％)：MgO 24.8，CaF₂ 25.8，Al₂O₃ 22.2，SiO₂ 15.3，CaO5.3，MnO 3.8，FeO 2.3，Na₂O 0.462，S 0.009，P 0.029。