一种建筑结构用690MPa级高强抗震耐蚀钢焊接的焊条及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种建筑结构用690MPa级高强抗震耐蚀钢焊接的焊条及其制备方法和应用，属于焊接材料制备技术领域。

背景技术

近年来，钢结构工程应用钢种的强度级别越来越高，随着设计要求提高、钢结构制造技术以及焊接技术的发展，高层建筑、桥梁、海洋平台、工程机械等大型构件对高强韧可焊接钢材的需求越来越大。有研究表明，地震时建筑物发生严重破坏或倒坍是人员伤亡和财产损失的重要原因。因此，建筑结构用钢必须具有良好的抗震性能。建筑设计者为了提高建筑结构的抗震能力，要求钢材具有足够高的抗拉强度和屈服强度，同时要求屈强比尽量低。屈强比是抵抗从屈服到塑性不稳定变形的一种能力，低的屈强比可使材料具有良好的冷变形能力和较高的塑性变形能力，吸收较多的地震能量，即使局部超载失稳也不至于发生忽然断裂，从而提高了建筑物的抗震能力。目前，690MPa级抗震耐蚀钢板已有较多的研究，但还没有与之相配套的手工电弧焊条。

对于690MPa级高强钢焊条的开发设计，目前已公开了一些发明专利，但是建筑结构用抗震耐蚀钢配套焊条的专利尚且没有。公开号为CN108672986B，专利名为：一种高强度桥梁钢用焊条，公开的焊条熔敷金属力学性能满足指标要求，但未对抗震性能进行评价；公开号为CN106425172A，专利名为：用于焊接Q690级钢材的超低氢电焊条及其制备方法，公开的焊条熔敷金属力学性能满足指标，但屈强比相对较高，断后伸长率偏低；公开号为CN112247395A，专利名为：一种组合物、药皮、Q690免涂装用桥梁钢焊条及其制备方法，公开的焊条断后伸长率相对较低，均不大于18％；专利号为CN105665958A，专利名为：一种适用于海洋平台690MPa级齿条钢配套的焊条，介绍的焊条性能均能满足技术要求，但其粉料配比中镍粉及镍镁合金加入量较多，造成了成本的提高。因此，提供一种建筑结构用抗震耐蚀钢配套焊条是十分必要的。

发明内容

本发明为了解决现有上述技术问题，提供一种建筑结构用690MPa级高强抗震耐蚀钢焊接的焊条及其制备方法和应用。

本发明的技术方案：

一种建筑结构用690MPa级高强抗震耐蚀钢焊接的焊条，由H04E焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，所述的药皮由药皮粉料和钾钠水玻璃组成，所述的药皮粉料的组成成分及质量百分比为：35％～45％大理石、15％～20％萤石、3％～7％钛铁矿、3％～7％金红石、3％～6％硅铁、8％～12％电解锰、5％～8％镍粉、1％～2％钼粉、1.5％～2.5％高碳铬铁、0.5％～1％纯碱和0.5％～1％海藻酸钠。

进一步限定，药皮粉料的组成成分及质量百分比为：7％～42％大理石、15％～17％萤石、5％～7％钛铁矿、3％～5％金红石、4％～6％硅铁、8％～12％电解锰、5％～7％镍粉、1％～2％钼粉、1.5％～2.5％高碳铬铁、0.5％纯碱和1％海藻酸钠。

进一步限定，H04E焊芯的组成成分及质量百分比为：C≤0.05％、Si≤0.15％、Mn≤0.5％、S≤0.005％、P≤0.010％、余量为Fe。

进一步限定，药皮粉料和钾钠水玻璃的质量比为100：(20～30)。

更进一步限定，药皮粉料和钾钠水玻璃的质量比为100：25。

更进一步限定，钾钠水玻璃的钾钠比为3:1，模数为2.8M～2.85M，浓度为44.5°Be＇～45.5°Be＇。

上述焊条的制备方法按以下步骤进行：

步骤一，按药皮粉料的成分配比称取大理石、萤石、钛铁矿、金红石、硅铁、电解锰、镍粉、钼粉、高碳铬铁、纯碱和海藻酸钠，过40目筛后混合，得到药皮粉料；

步骤二，将药皮粉料与钾钠水玻璃混合均匀，然后压涂于H04E焊芯上，再依次经过低温烘干和高温烘干，得到建筑结构用690MPa级高强抗震耐蚀钢焊接的焊条。

进一步限定，步骤二中低温烘干温度为130～150℃，时间为2h～3h。

进一步限定，步骤二中高温烘干温度为350～370℃，时间为2h～4h。

应用上述焊条焊接建筑结构用690MPa级高强抗震耐蚀钢的方法，焊条采用手工电弧焊，电流类型为直流反接，焊接电流170～180A，控制道间温度180℃～200℃。

本发明具有以下有益效果：

1)本发明提供的焊条，熔敷金属抗拉强度大于810MPa，屈服强度大于690MPa，屈强比小于0.92，-40℃冲击吸收能量平均值大于80J，具有良好的综合力学性能。

2)本发明的焊条，在药皮粉料中添加了35％～45％的大理石，以增加熔渣的表面张力，提高熔渣碱度。且当大理石含量过高时，增加药皮熔点，会使焊条药皮熔化不均匀，从而导致电弧不稳；含量过低时，会导致点互吹力不够，保护不好，电弧不稳。

3)本发明提供的焊条，在药皮粉料中添加了15％～20％的萤石，增加熔渣流动性以及增强脱氢。且当萤石过多会导致药皮熔点太低，焊接时出现断弧现象；含量过少会导致流动性变差，去氢效果不明显。

4)本发明提供的焊条，在药皮粉料中添加了3％～6％的硅铁，主要做为脱氧剂，同时作为合金添加。当硅铁过多，会导致焊缝强度过高，同时降低焊缝金属的低温冲击韧性；含量太少，焊缝脱氧不足。

5)本发明的焊条，在药皮粉料中添加了一定量的钼粉与镍粉，通过药皮向熔敷金属过渡镍钼，使焊缝金属具备690MPa级抗震耐蚀钢的强度和-40℃的低温冲击韧性。

6)本发明提供的焊条，在药皮粉料中添加了0.5％～1％的纯碱与海藻酸钠，可改善焊条的压涂性，增加药皮的塑性与光滑性。

7)本发明提供的焊条，压涂完成后，先经低温130℃～150℃烘干2h～4h，再经高温350℃～370℃烘干1h～2h。当烘干温度过高，会导致药皮强度降低；烘干温度过低，无法有效的降低焊条药皮的含水量。

8)本发明提供的焊条具有良好的全位置焊接工艺性能，电弧稳定、飞溅小、套筒适中，药皮熔化均匀，焊道成型美观，焊工可操作性好，适合建筑用钢的焊接。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。

实施例1：

一种建筑结构用690MPa级高强抗震耐蚀钢焊接的焊条，由H04E焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，药皮由药皮粉料和钾钠水玻璃组成，药皮粉料与钾钠水玻璃的质量比为100：25，药皮粉料的组成成分及质量百分比为：45％大理石、19％萤石、7％钛铁矿、3％金红石、5％硅铁、6％电解锰、10％镍粉、2％钼粉、1.5％高碳铬铁、0.5％纯碱和1％海藻酸钠；H04E焊芯的组成成分及质量百分比为C：≤0.06％、Si：≤0.20％、Mn：≤0.40％、S：≤0.005％、P：≤0.010％和余量的Fe。其中，钾钠水玻璃的钾钠比为3:1，模数为2.8～2.85，浓度为44.5°Be＇～45.5°Be＇。

上述建筑结构用690MPa级高强抗震耐蚀钢配套焊条得制备方法按以下步骤进行：

一、按药皮粉料的成分配比称取大理石、萤石、钛铁矿、金红石、硅铁、电解锰、镍粉、钼粉、高碳铬铁、纯碱和海藻酸钠，过40目筛后混合，得到药皮粉料。

二、将药皮粉料与钾钠水玻璃混合均匀，然后压涂于H04E焊芯上，先在130℃下烘干2h，再在350℃下烘干1h，得到建筑结构用690MPa级高强抗震耐蚀钢配套焊条。

上述建筑结构用690MPa级高强抗震耐蚀钢配套焊条的化学成分如下表1-1所示：

使用上述焊条对试样进行焊接，焊接条件如下表1-2：

焊缝的力学性能如下表1-3所示：

实施例2：

一种建筑结构用690MPa级高强抗震耐蚀钢焊接的焊条，由H04E焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，药皮由药皮粉料和钾钠水玻璃组成，药皮粉料与钾钠水玻璃的质量比为100：25，药皮粉料的组成成分及质量百分比为：40％大理石、20％萤石、7％钛铁矿、3％金红石、6％硅铁、9％电解锰、10％镍粉、1％钼粉、2.5％高碳铬铁、0.5％纯碱和1％海藻酸钠；H04E焊芯的组成成分及质量百分比为C：≤0.06％、Si：≤0.20％、Mn：≤0.40％、S：≤0.005％、P：≤0.010％和余量的Fe。其中，钾钠水玻璃的钾钠比为3:1，模数为2.8～2.85，浓度为44.5°Be＇～45.5°Be＇。

上述建筑结构用690MPa级高强抗震耐蚀钢配套焊条得制备方法按以下步骤进行：

一、按药皮粉料的成分配比称取大理石、萤石、钛铁矿、金红石、硅铁、电解锰、镍粉、钼粉、高碳铬铁、纯碱和海藻酸钠，过40目筛后混合，得到药皮粉料。

二、将药皮粉料与钾钠水玻璃混合均匀，然后压涂于H04E焊芯上，先在140℃下烘干3h，再在360℃下烘干2h，得到建筑结构用690MPa级高强抗震耐蚀钢配套焊条。

上述建筑结构用690MPa级高强抗震耐蚀钢配套焊条的化学成分如下表2-1所示：

使用上述焊条对试样进行焊接，焊接条件如下表2-2：

焊缝的力学性能如下表2-3所示：

实施例3：

一种建筑结构用690MPa级高强抗震耐蚀钢焊接的焊条，由H04E焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，药皮由药皮粉料和钾钠水玻璃组成，药皮粉料与钾钠水玻璃的质量比为100：25，药皮粉料的组成成分及质量百分比为：42％大理石、18％萤石、7％钛铁矿、5％金红石、5％硅铁、11％电解锰、7％镍粉、1.5％钼粉、2％高碳铬铁、0.5％纯碱和1％海藻酸钠；H04E焊芯的组成成分及质量百分比为C：≤0.06％、Si：≤0.20％、Mn：≤0.40％、S：≤0.005％、P：≤0.010％和余量的Fe。其中，钾钠水玻璃的钾钠比为3:1，模数为2.8～2.85，浓度为44.5°Be＇～45.5°Be＇。

上述建筑结构用690MPa级高强抗震耐蚀钢配套焊条得制备方法按以下步骤进行：

一、按药皮粉料的成分配比称取大理石、萤石、钛铁矿、金红石、硅铁、电解锰、镍粉、钼粉、高碳铬铁、纯碱和海藻酸钠，过40目筛后混合，得到药皮粉料。

二、将药皮粉料与钾钠水玻璃混合均匀，然后压涂于H04E焊芯上，先在150℃下烘干4h，再在370℃下烘干2h，得到建筑结构用690MPa级高强抗震耐蚀钢配套焊条。

上述建筑结构用690MPa级高强抗震耐蚀钢配套焊条的化学成分如下表3-1所示：

使用上述焊条对试样进行焊接，焊接条件如下表3-2所示：

焊缝的力学性能如下表3-3所示：