590MPa级钢用烧结焊剂和焊丝的研究

1概述

与熔炼焊剂相比较，烧结焊剂在我国的应用更为广泛，特别是高强度钢、耐热钢、低温钢等焊接结构中对使用性能有更高要求的产品，多采用这类焊剂。根据焊接材料行业内部的统计，烧结焊剂的国内销售量远大于熔炼焊剂。按照国家下达的科研任务，在开发590 MPa级高强度钢（HQ60）的同时，其配套材料的埋弧焊用焊剂和焊丝也开展了相应的研发工作。作为技术指标，焊态下的焊缝金属力学性能应达到表1的要求。

2焊剂成分的确定

埋弧焊接高强度钢时，以前是采用熔炼焊剂，如HJ250、HJ350等。为了提高焊缝韧性要采用高碱度的焊剂，但焊剂碱度提高后引起了脱渣性变差及成形不良等问题，焊接工艺性能不能满足要求。随着烧结焊剂的问世，这类焊剂在提高碱度后不但可以改善焊缝韧性，也能得到良好的焊接工艺性能。因此，在开发590MPa级高强度钢的埋弧焊用焊剂时，选择了高碱度烧结焊剂。在焊剂成分中提高碱性氧化物CaO、MgO、CaF2等的含量，减少酸性氧化物SiO2、TiO2等的含量。为了使熔渣具有合适的粘度、熔点等物理性能，以便得到良好的焊接工艺性能，焊剂中还加入了较多的Al2O3和适量的MnO等。但是，随着焊剂碱度的提高，导致焊剂的抗吸潮性能降低，因而引起焊缝增氢，焊接高强度钢时有可能出现氢致裂纹。故焊剂的碱度不宜过高，在满足焊缝韧性要求的前提下，适当地降低碱度也是十分必要的。在大量的试验基础上，确定了焊剂的成分如下（质量分数，%）：SiO2+ TiO2 = 15%～20%，CaO + CaF2 = 30%～35%，Al2O3 + MnO= 20%～25%，CaF2 =20%～25%；焊剂碱度BI=2.7。焊剂牌号暂定名SJ104；与SJ101相比，碱性氧化物稍有增加，酸性氧化物稍有减少，其它成分也有所改动。该焊剂属于氟- 碱性烧结焊剂，具有短渣特点，焊接环形焊缝时不易产生淌渣现象。由于CaF2含量较多，应采用直流电源，焊丝接正极，最大焊接电流允许达到800 A。焊接时焊丝中的Si基本不烧损，也不出现增Si现象。当焊丝中Mn的含量小于1.5%时，Mn的烧损也很少；当焊丝中Mn的含量大于1.5%时，会出现Mn的烧损，Mn量越高，烧损越明显。在焊剂的成分确定之后进行了小批量试制，随之完成了如下两方面的试验工作。

2.1焊缝扩散氢量测定

测氢方法为水银法，采用市场上购买的H10MnSiMoTi焊丝，焊剂的烘干条件是350 ℃×2 h，对比试验的焊剂有SJ101和OK10.62；测定结果见表2。

2.2焊剂吸潮性试验

吸潮性试验方法较多，本试验采用强化性吸潮方法，即将焊剂放入恒温恒湿箱中，控制其相对湿度为93%，温度为30℃；这样在较短的时间内就可以充分吸潮，便于对比焊剂的抗吸潮性能。对比试验的焊剂是SJ101和OK10.62，试验结果见表3。

3焊丝成分的确定

在焊剂成分确定之后，焊缝的力学性能主要取决于焊丝成分和焊接规范的大小，且不同的规范应配套不同成分的焊丝。试验用焊丝的成分范围见表4，焊接规范分为两档，并分别测定大、小两个规范下不同焊丝的焊缝金属力学性能。

3.1小规范条件下的焊缝金属力学性能