[发明专利]一种免涂装耐候钢桥用耐候气体保护焊丝

说明书

技术领域

本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种免涂装耐候钢桥用耐候气体保护焊丝，尤其适用于屈服强度345~460MPa级别耐候钢板的气体保护焊接。

背景技术

在我国稳步推进“一带一路”和“区域协同发展”的战略背景下，涉及桥梁安全性和耐久性的新型设计、建造、产品及应用技术备受关注。免涂装耐候钢桥以自身稳定化致密锈层作为表面防护，与普通涂装钢桥相比，具有维护简便、绿色环保、建造周期短、综合成本低等技术经济优势，是高性能桥梁的一个重要发展方向，在美、日等国已累积建造了上万座。国内更是加快了对免涂装耐候桥梁钢的推广应用，但免涂装耐候钢结构在制造时强制要求采用配套耐候焊材，但目前没有能够满足需求的焊材品种，国家标准中也没有耐候桥梁钢气体保护焊丝的相关标准，造成焊材生产、使用混乱，耐候桥梁性能得不到保证，给桥梁业带来很大的经济损失。

耐候指数I是表征钢铁材料耐大气腐蚀能力的重要参数，免涂装高性能耐候钢桥一般要求所用耐候钢的耐候指数I≥6.5。研究表明，耐候指数I在6.5~6.9范围内的高耐候钢，其耐大气腐蚀能力较耐候指数I在6.0~6.3范围内的普通耐候钢提高1.5倍。免涂装耐候钢桥若采用普通耐候焊丝焊接制造，焊缝区域的耐候性能不能与母材良好匹配，化学成分不均匀造成电偶腐蚀，会使焊接接头区域成为腐蚀的薄弱区，不能满足免涂装耐候钢桥的设计和使用要求。

《铁道车辆用耐大气腐蚀钢及不锈钢焊接材料》（TB/T 2374-2008）标准中规定的TH500-NQ-Ⅱ、TH550-NQ-Ⅱ两种耐候气体保护焊丝，为铁道车辆专用，该标准中规定的熔敷金属冲击功不低于铁路货车用钢标准，即AKV(-40℃)≥60J，按此标准提供的焊材，在耐候桥梁钢焊评试验和实际焊接过程中容易出现性能不合格问题，其熔敷金属冲击功的富余量往往偏小，不能稳定满足耐候桥梁钢结构的焊接要求；上述标准还要求铁路货车用钢焊缝金属与母材的相对腐蚀率≤10%，相关焊材熔敷金属的耐候指数I在6.0左右，与铁路货车用耐候钢的I指数相当。但是，耐候桥梁钢对耐大气腐蚀性能的要求高于铁路货车用耐候钢，要求对根据化学成分计算的耐大气腐蚀性指数（耐候指数） I≥6.0，更为严格要求是，在大气腐蚀环境可能会损害锈层稳定性的地区，免涂装耐候钢桥耐候钢、焊材及焊接接头的耐候指数 I≥6.5，此时，若耐候桥梁钢仍按上述标准选用焊材，其焊缝区将成为腐蚀的薄弱区，不能满足高性能耐候桥梁钢对耐大气腐蚀性能的要求。

目前，为提高焊丝的耐候性能，往往是在焊丝中加入Cr、Ni、Cu等元素，申请号200810047484.X，公告号CN 101357425 B的中国专利公开了一种“高强度铁道车辆用耐候钢富氩气体保护焊丝”，其成分（质量百分比）中含Cu：0.20~0.35%，Cr：0.30~0.70%，Ni：0.20~0.60%；申请号200310108200.0，公开号CN 1301825C的专利公开了一种耐候气体保护焊丝，其成分（质量百分比）中含Cu：0.10~0.60%，Cr：0.30~0.90%，Ni：0.20~0.60%；申请号200410013357.X，公开号CN 1290661C的专利公开了一种高强度高韧性高耐候气保焊焊丝，其焊丝成分中Ni含量为0.40~1.00%；申请号201310617204.5，公开号CN 103600178 A的专利公开了一种高强度耐候钢气体保护实芯焊丝，其焊丝成分中Ni含量为0.65~0.95%，Cr含量为0.90~1.25%；申请号201310057555.5，公开号CN 103111772 A的专利公开了一种低温韧性优异的耐候气保焊丝，其焊丝成分中Ni含量为1.8~3.5%。

但上述焊丝存在较大不足，一方面，未考虑Si、Cr、Ni等合金元素添加使焊接熔池流动性降低的问题，研究表明，焊接熔池中Cr、Ni合金元素含量较高会降低熔池流动性，焊丝中的Si在过渡到焊缝时以高熔点的氧化物质点SiO₂存在，也会使焊接熔池粘度增大，流动性降低，会造成焊缝中氢、氮、二氧化碳等气体的逸出速率变慢，焊缝和近缝区残余氢含量升高，造成氢脆和延迟裂纹，焊缝中残留的氮气和二氧化碳还可能造成气孔，另外的，熔池流动性降低造成焊缝中非金属夹杂排除困难，低温韧性降低，还会导致焊缝中化学成分不能均匀扩散，产生焊缝偏析，进而引发热裂纹，对焊缝成形性能和冶金质量有很大影响；另一方面，上述专利均未对根据化学成分计算的耐候指数I进行测定，导致应用受限。

综上可见，开发配套的耐候焊材是耐候桥梁钢桥亟待解决的重要技术问题。

发明内容