[发明专利]一种低合金钢水下湿法焊接用焊条

说明书

本发明公开了一种低合金钢水下湿法焊接用焊条，焊芯采用选用H08A钢丝；药皮粉体由以下重量百分比的组分构成：金红石40～52％，大理石6～14％，云母8～14％，赤铁矿7～15％，萤石2～8％，硅钙锰复合脱氧剂3～8％，锰铁4～14％，钒铁0.1～4％；采用钾钠水玻璃作为粘结剂，其添加量为药皮粉体重量的22～28％；焊条经压涂成型、室内晾晒及烘箱烘干后，浸渍涂覆石蜡作为防水层。本发明公开的焊条焊接过程中电弧稳定，焊缝成型美观，脱渣容易，焊缝金属中无夹渣。该焊条水下湿法焊接熔敷金属在‑40℃冲击韧性ak≥40J/cm²，且焊接接头在室温下经180°弯曲不开裂，显示出高韧性的显著优点，可用于机械性能要求较高场合的低合金钢结构的水下湿法焊接。

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，特别涉及一种低合金钢水下湿法焊接用焊条。

背景技术

水下焊接技术是海洋工程结构物建设和维护中不可缺少的一项关键性支撑技术；以海洋采油平台建设为代表的海洋工程对高质量的水下焊接技术提出了迫切的技术需求。与水下干法焊接及局部干法焊接技术相比，水下湿法焊接技术具有设备简单、操作灵活和适应性强的特点，在实际工程应用中具有显著的优势。然而在水下湿法焊接过程中，焊接电弧燃烧和熔池凝固过程都是在水中进行，存在焊接电弧稳定性差、焊缝熔敷金属扩散氢含量高、焊缝易生成淬硬组织等不利因素，使得水下湿法焊接接头的组织和机械性能较差，极大地危害海洋结构物的服役安全。如何通过设计水下焊接材料组分来获取高性能的焊接接头，成为了水下湿法焊接技术的研究热点和难点。

目前，国内外商品化的水下湿法焊接用焊条材料品种很少，国外产品为英国产Hydroweld FS水下焊条和美国产Broco水下焊条，国内产品为TS202和TS208水下焊条。与提高焊接接头强度相比，改善焊缝金属的韧性对于水下湿法焊接更为重要，其技术难度也更大。从文献报道和专利检索情况来看，国内尚无针对低合金钢水下湿法焊接用高韧性焊条产品。仅有涉水环境下焊接用的焊条和药皮，“涉水环境下焊接”指工件潮湿或处于下雨环境等表面带水焊接工况，而“湿法水下焊接”指工件完全处入水面以下、焊接电弧在水下燃烧的焊接工况，焊接冶金环境和焊缝冷却速度与前者截然不同。湿法水下焊接具有熔池氢含量高、焊缝冷却速度快的显著特点，因此要严格控制焊条药皮中的造气剂和合金剂成分和含量，才能在保证湿法水下焊接电弧燃烧稳定的基础上，抑制焊缝中气孔和淬硬组织的生成。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种低合金钢水下湿法焊接用焊条，以达到具有良好的焊接工艺性，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观，在保障焊接接头抗拉强度的同时，焊缝金属具有较高的韧性，焊缝金属在-40℃环境下冲击韧性不低于40J/cm²，能满足海洋钢结构的水下焊接需求的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种低合金钢水下湿法焊接用焊条，焊芯采用选用H08A钢丝；药皮粉体由以下重量百分比的组分构成：金红石40～52％，大理石6～14％，云母8～14％，赤铁矿7～15％，萤石2～8％，硅钙锰复合脱氧剂3～8％，锰铁4～14％，钒铁0.1～4％；采用钾钠水玻璃作为粘结剂，其添加量为药皮粉体重量的22～28％；焊条经压涂成型、室内晾晒及烘箱烘干后，浸渍涂覆石蜡作为防水层。

上述方案中，所述金红石粉体满足以下条件：TiO₂≥93％，S≤0.02％，P≤0.02％，粉体颗粒度100％过80目。添加金红石主要用作稳弧剂和造渣剂。经过试验证明，其添加量在40～52％为宜，此时焊条焊接电弧稳定，且焊后脱渣性好。金红石粉体添加量过少时，熔渣松散，对焊缝保护欠佳；金红石粉体添加量过多时，熔池金属铺展不好，焊缝成型差，且造成焊缝机械性能恶化。