一种含铜的低合金钢高韧性电焊条 技术领域：
本发明涉及焊接材料领域，一种含铜的低合金钢高韧性电焊条。
现有技术：
据检索，在国内现有的低合金钢电焊条专利中，尚未查到含铜的低合金钢电焊条。
对于不含铜的普通低合金钢电焊条，为提高电焊条的低温韧性，要对药皮成分和焊芯成分进行精心设计。
(1)药皮成分的设计
焊条药皮的优化设计一般是采用两种方法，一是增大熔渣的碱度，二是提高脱氧效果。而熔渣碱度的提高有一个限度，当BIIW＞2.5时，焊条的工艺性能(脱渣性能、焊缝金属的成型等)就会降低；而在传统脱氧方式的基础上若进一步降低焊缝金属中的含氧量(如O＜300ppm)，又会增大焊条药皮的研制难度，从而也增加了研制成本。
(2)焊芯成分的设计
为提高电焊条的低温韧性，普通低合金钢焊条用焊芯的设计是：一方面是降低焊芯中的夹杂物和气体含量(S＜0.008％、P＜0.010％、N＜60ppm、O＜40ppm＝，另一方面是采取合金化和/或微合金化措施。进一步降低夹杂物和气体含量会增大焊芯生产成本；而采取合金化和/或微合金化措施的焊芯，由于其成分中不含铜成分(因为铜一般会降低焊缝金属的低温韧性等)，因此在焊接含铜的低合金高强度钢时会增加焊接接头地不匹配性。
发明内容：
为了解决上述存在的问题，本发明提供一种含铜的低合金钢高韧性电焊条，在提高含铜的低合金钢焊条的低温韧性的同时增强与含铜的低合金高强度钢焊接时的匹配性。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种含铜的低合金钢高韧性电焊条，该焊条的药皮基本组成为：大理石42-55％，石英3-10％，萤石16-25％，金属锰2-4％，硅铁0.5-3％，钛铁8-12％，增塑剂(纤维素)0.5～1.0％，TiO2为3-9％，在此基础上药皮中还添加0.5～2.0％的氟化稀土；该焊条用焊芯的基本组成为：C：0.02-0.06％，Si≤0.30％，Mn：1.00-1.60％，S和P≤0.015％，Ni：2.50-3.00％，Mo：0.10-0.30％，N≤80ppm，O≤50ppm，在此基础上焊芯中还同时联合加入0.30～0.70％的Cu和0.03～0.15％的Ti。
由于采用了上述技术方案，本发明取得如下积极效果：
试验结果表明：采用该技术方案后，焊条焊缝金属在-40℃时标准冲击Akv达130J以上、16mm规格焊缝金属落锤试验的NDT-90℃、-30℃下焊缝金属的动态撕裂能达700J以上；在相同条件下未采用该技术方案前，焊条焊缝金属在-40℃时标准冲击Akv仅有80J，16mm规格焊缝金属落锤试验的NDT为-65℃、-30℃下焊缝金属的动态撕裂能仅达350J。
本发明不仅可提高低合金钢电焊条的低温韧性，而且增强了与含铜的低合金高强度钢焊接时的匹配性(熔敷金属强韧性与对接接头强韧性的变化率小于10％)；因该焊条药皮的碱度水平和焊缝金属的脱氧方式均采用普通的低合金钢电焊条的设计路线、且焊芯成分设计中的夹杂物和气体含量的技术要求一般，故本发明也降低了低合金钢焊条的研制难度和生产成本。由于该技术方案生产焊条时可采用普通的低合金钢焊条制造工艺，因此不增加生产成本。
具体实施方案：
本发明是在普通的CaO-SiO2-CaF2-TiO2型碱性药皮渣系和普通的Mn-Ni-Mo型合金系低合金焊芯的基础上，通过采取在焊条药皮中加入适量的氟化稀土、在低合金焊芯中同时联合加入适量的Cu和Ti等综合措施来提高低合金钢焊条的低温韧性及与含铜低合金高强钢的焊接匹配性。本发明焊条，其药皮基本组成为：大理石42-55％，石英3-10％，萤石16-25％，金属锰2-4％，硅铁0.5-3％，钛铁8-12％，增塑剂(纤维素)0.5～1.0％，TiO2为3-9％，在此基础上药皮中还添加0.5～2.0％的氟化稀土；与此同时焊条用焊芯的基本组成为：C：0.02-0.06％，Si≤0.30％，Mn：1.00-1.60％，S和P≤0.015％，Ni：2.50-3.00％，Mo：0.10-0.30％，N≤80ppm，O≤50ppm，在此基础上焊芯中还同时联合加入有0.30～0.70％的Cu和0.03～0.15％的Ti。
采用该技术方案生产焊条时可采用普通的低合金钢焊条制造工艺，即：将混合均匀的药粉用钠水玻璃作粘结剂压涂在低合金焊芯上。
对于普通的CaO-SiO2-CaF2-TiO2型碱性药皮渣系以及普通的Mn-Ni-Mo型合金系焊芯中的基本成分，因在各种文献和书籍中有大量说明，在此不再论述，以下仅就焊条药皮中的氟化稀土、焊芯成分中的Cu和Ti的主要作用及其限制原因简述如下：
氟化稀土的主要成分为氟化物和稀土化合物，它不仅可降低焊缝金属中的扩散氢含量，而且可显著提高焊缝金属的韧性，其提高韧性的机理主要是通过改变焊缝金属中夹杂物的大小、形状及分布来实现的。药皮中氟化稀土含量小于0.5％时其作用很小，大于2.0％时会恶化焊条的压涂性能和工艺性能。
焊芯中适量的Cu可提高焊缝金属中的针状铁素体的含量并细化组织；焊芯中的Ti在提高焊缝金属脱氧效果的同时可促进针状铁素体的形成。研究表明，焊芯中Cu含量小于0.30％、Ti含量小于0.03％时其作用不明显，Cu含量大于0.70％、Ti含量大于0.15％时开始恶化焊缝金属韧性。
以下给出本发明技术方案在焊条药皮及焊芯中添加成分的几个实施例及实际试验结果：
本发明的实施例及实际试验结果 实施例及 试验项目 药皮中氟化 稀土的含量 (％) 焊芯中 Cu的含量 (％) 焊芯中 Ti的含量 (％) 焊缝金属-40 ℃时标准 Akv，J16mm规格焊缝金属落锤试验NDT，℃ -30℃下焊缝 金属的动态 撕裂能，J 实施例1 0.7 0.35 0.035 136 -90 750 实施例2 1.2 0.42 0.052 142 -100 720 实施例3 1.8 0.62 0.12 145 -95 740 实施例4 0.5 0.31 0.032 135 -95 760 实施例5 2.0 0.68 0.148 147 -95 745
从表中可以看出，在低合金钢焊条药皮中加入适量的氟化稀土、在焊芯中联合添加适量的Cu和Ti，可使所研制的含铜的低合金钢高韧性电焊条焊缝金属在-40℃时标准冲击Akv达130J以上、16mm规格焊缝金属落锤试验的NDT≤-90℃、-30℃下焊缝金属的动态撕裂能达700J以上。