CN100488706C - 全位置焊接用高韧性自保护药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接材料领域，特别涉及一种全位置焊接用高韧性自保护药芯焊丝，主要用于焊接油气管线、桥梁、高层建筑、海洋平台等领域。其中药粉的化学组成成分(重量%)为：氟化物50%～60%；氧化物20%～25%；碳酸盐1-5%；铝镁合金12%-18%；硅锰合金或锰铁合金：4%-6%；镍1%-1.5%。本发明全位置焊接用高韧性自保护药芯焊丝与现有技术相比熔敷金属不仅具有优良的力学性能，而且焊丝成本低，具有良好的焊接工艺性能和全位置焊接性的优点。

Description

全位置焊接用高韧性自保护药芯焊丝
技术领域
本发明属于焊接材料领域，特别涉及一种全位置焊接用高韧性自保护药芯焊丝，主要用于焊接油气管线、桥梁、高层建筑、海洋平台等领域。
背景技术
在现有技术中，自保护药芯焊丝是一种不需要保护气体的焊接材料，具有抵御风干扰的能力强、熔敷效率高、优良的抗锈能力和容易施焊等优点，特别适合野外作业以及辅助设备和气体不容易运输到的场合，是管线钢焊接的主要焊接材料。除了用于管线钢焊接外，这种自保护药芯焊丝还能够应用于桥梁、高层建筑、海洋平台等领域。
目前在能源建设的大环境下，我国油气管线建设正处于高峰期，X70高钢级管线钢已成功用于西气东输项目的建设，今后10～15年内，我国共需各类油气输送管线钢1000万吨左右(不包括城市管网)。为了满足对天然气日益增长的需求，天然气管道正向着长距离、高压力、大口径方向发展，使用的管线用钢的强度级别不断提高。这就意味着X70、X80、X100等高强度级管线钢在我国油气管线上的应用已迫在眉睫。在发展高钢级管线钢的同时，少数发达国家，如德国、英国、美国、日本，开发了相应的高钢级管线钢全位置焊接材料，取得了很大的利益，对其它国家实行技术封锁并形成技术垄断。在X70以上的高钢级管线钢焊接中，我国并没有配套的焊接材料，主要依赖于进口。在西气东输中采用的X70管线钢焊接用自保护药芯焊丝仅美国HOBART一家公司中标，价格高昂，给我国管线建设增加了很高的成本。预计在2008-2009年开工的西气东输二线和规划中的中俄、中哈管道建设项目也会大量使用自保护药芯焊丝。面对上述情况，我国急需开发X70级高钢级管线钢用自保护药芯焊丝，以取代进口产品，打破国外技术和价格的垄断，形成必要的市场竞争态势，并产生较大的经济效益和社会效益。
美国公开专利U.S.3742185在药芯中加入了Li的化合物，还原剂使用Ca、Al和Mg，熔敷金属在-18℃的最高冲击韧性为70J。
在美国专利U.S.4186293中提出不使用大量的氟化物，而是使用大量的碱性氧化物，从而获得熔透性好、烟尘低的自保护药芯焊丝，熔敷金属在-29℃的最高冲击韧性为50J左右，其缺点仍然是冲击韧性较低。
中国公开专利CN 1152490A和CN 1117903A提出的以萤石为主要氟化物的自保护药芯焊丝，没有强调焊丝的全位置焊接适应性，同时熔敷金属的冲击韧性也较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种熔敷金属不仅具有优异的力学性能，而且焊丝成本低，具有良好的焊接工艺性能和全位置焊接性的自保护用药芯焊丝。
根据上述目的和整体的技术方案，本发明具体的技术方案为：
本发明所述的全位置焊接用高韧性自保护药芯焊丝以低碳钢钢带为焊丝外皮，钢带的化学成分(重量％)为：C：0.038％；Si：≤0.01％；Mn：0.19％；S：0.007％；P：0.012％，余为Fe。
本发明所述的全位置焊接用高韧性自保护药芯焊丝的药粉的化学组成成分(重量)为：氟化物50％～60％、氧化物20％～25％、碳酸盐1～5％、铝镁合金12％-18％、硅锰合金或锰铁合金4％～6％、镍1％-1.5％；
其中氟化物为氟化钡与氟化钙、氟化锂、氟铝酸纳、氟硅酸钠中任一种或两种的组合，氟化钡含量占整个氟化物的70％～95％。
氧化物为MgO、Fe2O3、MnO三种的组合。
碳酸盐为碳酸钙。
药粉的填充率为20％～30％。
在上述药粉的化学成分中，各组份的作用机制如下：
(1)加入的氟化物主要作用是造气，同时还能够调整熔渣粘度并有效降低焊缝的氢含量，防止氢致裂纹。其中氟化钡的为主要的氟化物，选用氟化钡渣系的原因是该渣系造气性好，能够支持短弧，熔滴的过渡性好，能够更加有效的控制熔敷金属中的有害元素S、P，从而获得高的冲击韧性和好的全位置焊接的适应性。氟化物加入量如果小于50％，会由于造气不够而在焊缝中产生气孔；氟化物加入量如果高于60％，熔渣粘度降低，不利于全位置焊接。
(2)碳酸盐的主要作用是造气，并有一定的稳弧作用。碳酸盐加入量不能高于5％，否则在焊接过程中会产生较大的飞溅。
(3)氧化物的作用是改善熔渣的熔点、粘度和表面张力，改善脱渣性，有利于全位置焊接。
(4)铝镁合金是作为强脱氧剂和脱氮剂加入药芯，防止大气中的氧气和氮气对焊接过程造成的危害。铝镁合金加入量如果少于12％，由于脱氧脱氮不够，会在焊缝中产生气孔；铝镁合金的加入量如果高于18％，会使焊缝微观组织粗大，同时残留的铝、镁会在焊缝中形成大量的夹杂物，降低焊缝的冲击韧性。硅锰合金和锰铁合金也是作为脱氧剂加入。
(5)镍粉基本过渡到焊缝金属中，能够提高焊缝的低温冲击冲击韧性。
选用较低的碳含量和S、P含量的低碳钢钢带，能够降低焊缝产生缺陷的几率并提高焊接接头的低温冲击韧性。
本发明全位置焊接用高韧性自保护药芯焊丝不仅具有优良的力学性能，而且焊丝成本低，具有良好的焊接工艺性能和全位置焊接性的优点。
具体实施方式
采用本发明全位置焊接用高韧性自保护药芯焊丝化学成分和制备方法，制备了6批焊丝，上述焊丝直径2.0mm。
表1为本发明全位置焊接用高韧性自保护药芯焊丝化学成分表，表2为本发明钢带化学成分表，表3本发明实施例所用药芯焊丝施焊母材及焊接工艺表，表4为采用本发明实施例施焊后的熔敷金属的性能。
表1  为本发明全位置自保护药芯焊丝化学成分表(重量％)
Figure C200710117708D00061
表2  为本发明钢带化学成分表(重量％)
 
成分 C Si Mn S P
0.038 ≤0.01 0.19 0.007 0.012
表3  本发明实施例所用药芯焊丝施焊母材及焊接工艺表
Figure C200710117708D00071
表4  为采用本发明与现有技术对比例施焊后熔敷金属的性能对比表
Figure C200710117708D00072
上述焊接过程电弧稳定，全位置操作性较好，脱渣性良好，气孔倾向性小，焊缝成形较好。

Claims (5)

1、一种全位置焊接用高韧性自保护药芯焊丝，以低碳钢钢带为焊丝外皮，其特征在于药粉的化学组成成分(重量％)为氟化物50％～60％；氧化物20％～25％；碳酸盐1～5％；铝镁合金12％-18％；硅锰合金或锰铁合金4％～6％；镍1％-1.5％；低碳钢钢带的化学成分(重量％)为：C：0.038％；Si：≤0.01％；Mn：0.19％；S：0.007％；P：0.012％，余为Fe。
2、根据权利要求1所述的全位置焊接用高韧性自保护药芯焊丝，其特征在于氟化物为氟化钡与氟化钙、氟化锂、氟铝酸纳、氟硅酸钠中任一种或两种的组合，氟化钡含量占整个氟化物的70％～95％。
3、根据权利要求1所述的全位置焊接用高韧性自保护药芯焊丝，其特征在于所加入的氧化物为MgO、Fe2O3、MnO三种的组合。
4、根据权利要求1所述的全位置焊接用高韧性自保护药芯焊丝，其特征在于碳酸盐为碳酸钙。
5、根据权利要求1所述的全位置焊接用高韧性自保护药芯焊丝，其特征在于药粉的填充率为20％～30％。
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