一种船用高强度高韧性酸性焊条 【技术领域】
本发明涉及一种焊条，特别是一种船用高强度高韧性酸性焊条。属于焊接材料及焊接技术领域。
背景技术
焊接过程中氧将与金属发生反应，影响焊缝金属力学性能，因此在焊条药皮中必须加入合金粉料作为脱氧剂，以保护焊缝金属以及需要过渡到焊缝的合金元素。目前市场上所用的酸性焊条均采用锰铁作为脱氧剂，同时由于锰对于保证酸性焊条的低温韧性等力学性能非常重要，锰铁也作为合金剂。为保证焊缝锰含量，须在焊条药皮中加入大量的锰铁。锰的过量加入，会导致锰过渡到焊缝中的效率降低，也大大提高了焊条的原材料成本，同时，大量加入锰铁不仅使过渡效率降低，还导致焊接烟尘中锰的含量大幅上升，增加了焊接烟尘的毒性，严重影响焊工身体健康。
现有船用酸性焊条的抗拉强度多为420MPa级，目前用于DH36、EH36高强度船用钢板焊缝焊接等用途的高强度酸性焊条的需求显现。现有420MPa级酸性焊条在抗拉强度和低温冲击韧性等方面均无法达到490MPa级(3Y级)高强度酸性焊条的技术要求。
【发明内容】
本发明的目的是克服现有酸性焊条中锰铁的含量过大，过渡效率低，焊缝强度和低温冲击韧性较低的缺陷和不足，提供一种锰的过渡效率高，焊接烟尘毒性小，成本低的船用高强度高韧性酸性焊条。它在抗拉强度、低温冲击韧性和焊接工艺性等方面均可达到3Y级高强度酸性焊条的技术要求。
本发明的技术解决方案是：一种船用高强度高韧性酸性焊条，包括焊芯和药皮，焊芯为H08A钢，所述药皮组分的质量百分比含量为：还原钛铁矿15-45，金红石3-30，大理石6-30，伊利石3-20，绢云母3-10，云母1-10，中碳锰铁5-15，铝0.1-6；镁0.05-6，硅铁0.5-3，纤维素1-5。
所述的铝和镁为铝粉和镁粉或者为铝镁合金。
所述的硅铁为45号硅铁。
所述药皮组分的质量百分比含量为：还原钛铁矿34，金红石10，大理石30，伊利石3，绢云母4，云母1，中碳锰铁9.3，铝粉0.1，镁粉6，硅铁0.6，纤维素2。
所述药皮组分的质量百分比含量为：还原钛铁矿15，金红石30，大理石27，伊利石3，绢云母3，云母9，中碳锰铁5.3，铝镁合金6.2，其中铝和镁各3.1，硅铁0.5，纤维素1。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.为保证船用酸性焊条的抗拉强度和-20℃低温冲击韧性达到船级社规范3Y等级要求，使焊条具有良好的焊接工艺性，本发明在酸性焊条渣系中创造性地应用Al-Mg-Si脱氧机理，采取锰与铝-镁-硅联合脱氧方式，以提高焊条药皮中锰的过渡效率，其原理是：铝、镁、硅与氧元素的亲和力大于锰，氧优先与铝、镁、硅发生氧化反应，减少锰的氧化，从而提高了锰作为合金剂过渡到焊缝的效率。
2.提高了锰在焊接过程中的过渡效率，降低了药皮中锰的用量和原料成本，并使焊接烟尘中锰含量减少，从而减少了焊接烟尘的毒性，保护了焊工身体健康，同时也节约了锰资源。
3.本发明的酸性焊条具有优良的焊接工艺性能，熔敷金属和焊接接头综合性能优良，其力学性能和低温冲击韧性均达到了490MPa级(3Y级)高强度酸性焊条的技术要求，工艺简便，制作成本低。特别适于DH36、EH36船用钢板3Y级焊缝焊接及装配点焊和修复。
【具体实施方式】
以下结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述：
本发明的一种船用高强度高韧性酸性焊条，包括焊芯和药皮，焊芯为H08A钢，所述药皮组分的质量百分比含量为：还原钛铁矿15-45，金红石3-30，大理石6-30，伊利石3-20，绢云母3-10，云母1-10，中碳锰铁5-15，铝0.1-6；镁0.05-6，硅铁0.5-3，纤维素1-5。
酸性焊条中锰是常用的脱氧剂，也是最重要的合金剂。在酸性焊条渣系环境中，通过在药皮中引入铝-镁-硅参与焊接脱氧过程，解决锰过渡效率偏低问题，提高焊缝中锰的含量，保证焊缝性能达到船级社规范3Y等级要求。
本发明焊条在焊接过程中Al、Mg、Si与O发生氧化反应生成Al2O3、MgO、SiO2，其中Al2O3是中性氧化物、MgO是碱性氧化物、SiO2是酸性氧化物，Al、Mg、Si在药皮中的含量直接影响焊接产生的熔渣中Al2O3、MgO、SiO2的含量，从而影响熔渣特性，对焊接操作工艺产生影响。本发明焊条施焊中Al2O3、MgO、SiO2过少或过多将严重影响熔渣对焊缝的覆盖保护作用以及立焊操作工艺性能，经试验，作为脱氧剂的Al、Mg、Si在焊条药皮中质量百分比含量控制在Al 0.1-6％；Mg 0.05-6％；硅铁0.5-3％，可使焊条获得良好的综合性能。
实施例
参见表1，表1中分别列出了12种药皮组份的质量百分比参数，其中有1个未加入铝、镁和硅铁的对比例和11个本发明焊条药皮的实施例，所用的焊芯为H08A，采用常规酸性焊条制造工艺制作出本发明焊条，其中所述的铝和镁为铝粉和镁粉或者为铝镁合金，所述的硅铁为45号硅铁。并对表1中对比例和各实施例焊条的熔敷金属的化学成分与力学性能进行测试。其结果参见表2。
表1焊条药皮组份(质量百分比)
表2熔敷金属的化学成分与力学性能
参见表2，从表2中11个实施例与1个对比例的化学成分可以看出：本发明焊条地药皮中使用铝-镁-硅组合联合脱氧时，锰的过渡效率得到了大幅提高。熔敷金属性能满足了船级社规范3Y级要求，尤其是-20℃，冲击韧性Akv≥50J。焊条的焊接工艺性好，特别适于船用钢板3Y级焊缝焊接及装配点焊和修复。本发明酸性焊条具有优良的焊接工艺性能，熔敷金属和焊接接头综合性能优良：屈服强度≥375MPa；抗拉强度≥490MPa；伸长率≥22％；-20℃条件下，Akv≥50J。