CN1022223C

CN1022223C - 耐热钢不预热焊接用的焊条

Info

Publication number: CN1022223C
Application number: CN 90110255
Authority: CN
Inventors: 牛明安; 徐建销; 何新根
Original assignee: SHANGHAI BOILER PLANT
Current assignee: SHANGHAI BOILER PLANT
Priority date: 1990-12-29
Filing date: 1990-12-29
Publication date: 1993-09-29
Anticipated expiration: 2005-12-29
Also published as: CN1062684A

Abstract

本发明涉及一种耐热钢不预热焊接用的焊条。该焊条药皮的主要成分为大理石、萤石、石英砂、铁合金及金属等。该焊条具有硬度低、超低氢、抗裂性好、高韧性等特点，可用于12Cr1MoV等耐热钢的不预热焊接。

Description

本发明涉及耐热钢不预热焊接用的焊条。

随着电站、石油、化工和原子能工业的飞速发展对材料的要求也不断提高，要求设备能在高温、高压下长期稳定工作，因此各种耐热合金钢获得广泛应用，一般10CrMo910、12CrlMoV、13CrMo44等耐热合金钢都需要预热到200-300℃下焊接，否则容易产生焊接冷裂纹，会导致设备损坏。

近20多年来，各国的焊接工作者对焊接冷裂纹极为重视，进行了大量的研究，据统计焊接冷裂纹约占焊接裂纹的90%以上。焊接冷裂纹的危害也远远超过其它焊接裂纹。

为了防止和消除焊接冷裂纹，也进行了大量的试验研究，大致可以分成以下几个方面。

1.研制无裂纹钢。通过尽量降低钢材的碳当量，采用多元微量元素合金化，提高钢的纯度，通过控制轧制来提高钢材的综合性能等方法来降低焊接预热温度。

2.改进焊接材料。研究超低氢和耐吸潮焊接材料，调整焊接材料的化学成分或焊剂和焊条的配方，优化焊缝的组织和性能，以期达到提高焊缝金属的抗冷裂性能。

3.改进焊接工艺。一般常用焊接预热来防止焊接冷裂纹，除此之外，还有提高焊接线能量，焊后加热缓冷，焊后立即进行消除应力退火，优化焊接次序，巧用退火焊道以及焊后立即锤击等工艺措施。

目前，常用的防止焊接冷裂纹措施主要是焊接预热和焊接材料的烘干和防潮。焊接预热有利于降低焊接和热影响区的硬度，加速氢的扩散和逸出，可有效的防止焊接裂纹。但是，焊接预热也有不足之处，增加焊工等工时间，有害于焊工的健康，甚至不恰当的焊接预热会大大增加焊接应力，导致热应力裂纹。

于是生产中迫切需要一种既能克服焊接预热的缺点，又能防止焊接冷裂纹产生的焊条。

本发明者提供一种可不预热焊接耐热钢的新颖焊条。

本发明是通过以下方式实现的：

一种耐热钢不预热焊接用的焊条，其特征在于，药皮成份（重量）包括碳酸钙40-45份，萤石20-25份，铁合金15-20份：其中钛铁10-12份、钼铁1-3份、锰铁1-2份、硅铁0.5-2份和钒铁0.5-1份，金属铬3-4份、纯碱0.6-1份、钛白粉3-4份、石英5-7份，羧甲基纤维素0.4-1份，以及8-15份重量的钠水玻璃作粘合剂。

其特征在于最佳药皮成份（重量）包括大理石42份、萤石22份、钛白粉4份、石英7份、纯碱0.6份、羧甲基纤维素0.4份、金属铬3份、铁合金20份：其中钛铁12份、钼铁3份、锰铁2份、硅铁2份和钒铁1份，以及10份重量的钠水玻璃作粘结剂。

其特征在于所述的焊芯分别为φ3.2、φ4和φ5mm时，药皮外径尺寸分别为φ5.2-5.3、φ6.2-6.3和φ7.3-7.4mm。

本发明的优点是明显的，该焊条具有硬度低、超低氢、抗裂性好、高韧性、多用性等优点，可用于耐热钢不预热焊接，还具有节能、高效、优质、低耗等优点，可取代目前电站、化工设备中常用的R307、R317、R407焊条，用于耐热钢不预热焊接，有利于防止产生焊接冷裂纹，改善焊工的劳动条件，节省能源，简化焊接工艺管理。经生产试用已经焊接数百根集箱，数十万只耐热合金钢集箱管接头，结果非常满意，深受广大高温高压焊工欢迎。其原因主要在于本发明通过降低焊条熔敷金属的扩散氢含量，合理选用药皮原材料，尽量选用水份和结晶水含量比较少的碳酸钙、萤石、石英等原料，不用或少用云母、白泥等含氢组成物，将熔敷金属含氢量控制在国际标准化协会规定的水银法扩散氢3ml/100g的标准以下，这是克服上述延迟裂纹的重要措施之一。另外，本发明的焊条药皮中，采用某些可形成稳定氢化物的元素，它可以在焊接过程中提高冶金去氢能力，例如：适当提高了萤石的比例，从而降低扩散氢含量。焊条药皮配方中，较佳地，碳酸盐和萤石的比例在1-2之间是合适的，由于碳酸盐的加入，焊条的氧化性提高，使熔敷金属含氧量增加，对焊缝的冲击韧性极为不利。为此本发明在焊条药皮配方中增加先期脱氧用的钛铁比例。本发明在焊条药皮配方中适当加入一些联合脱氧的硅铁和锰铁，它将起到沉淀脱氧、扩散氧作用，可以达到预期的良好脱氧效果。

在焊条药皮配方中添加一些微量元素，可以改变夹杂物的形态、分布和大小，可净化焊缝、细化晶粒、改善结晶组织，以及减少偏析作用，对提高焊缝金属的韧性是十分有利的。为此，本发明中适当提高钛铁比例，它不仅起到先期脱氧化作用，而且也起到了一定的渗合金作用。钛是强烈形成碳化物的元素，它在高温时比较稳定。形成的碳化物以细小、弥散和均匀地分布在基体上，大大细化了晶粒，从而改善焊条熔敷金属的韧性和热强性能。

以下，本发明将通过具体实施例作进一步详细说明，以使本发明的优点更为明显。

实施例（以下均以重量份数和重量百分数表示）

1.焊芯：采用C≤0.08的低碳钢，优先地采用H08A钢材

2.焊皮组成成分：

碳酸钙40-45份，优先地采用大理石42份;

萤石20-25份，优先地采用22份;

金属铬3-4份，优先地采用3份;

羧甲基纤维素0.4-1份，优先地，采用0.4份;

纯碱（Na₂Co₃）0.6-1份，优先地采用0.6份;

钛白粉3-4份，优先地采用4份;

石英5-7份，优先地，采用7份;

铁合金15-20份，优先地，采用20份

包括：钛铁10-12份，优先地采用12份;

钼铁1-3份，优先地，采用3份;

锰铁1-2份，优先地采用2份;

硅铁0.5-2份，优先地采用2份;以及

钒铁0.5-1份，优先地采用1份;和

钠水玻璃8-15份，优先地，采用10份作为粘结剂。

将上述组成成份混合均匀后，按普通碱性低氢型电焊条制造方法，涂敷在上述焊芯表面四周，所述的焊芯分别为φ3.2、φ4和φ5mm，药皮外径尺寸分别为φ5.2-5.3、φ6.2-6.3和φ7.3-φ7.4mm。

应用实施例

为了保证Cr-Mo耐热钢的焊接质量，常见的Cr-Mo耐热钢的焊接预热温度如下表1所示：

表1

材料 15CrMo 12CrMoV 13CrMo44 10CrMo910

预热

温度℃ 150-250 150-250 200-300 200-300

采用本发明的焊条，对上述Cr-Mo耐热钢进行焊接试验，以及按斜Y型坡口焊接裂纹试验标准加工试样，在室温条件下进行焊接试验，其结果如下：

1.熔敷金属的化学成分：

C≤0.08、Mn0.5-0.8 Si≤0.5、S≤0.035、P≤0.035、Cr0.8- 1.2、Mo0.4-0.65以及V0.1-0.25。

2.熔敷金属的机械性能：

σ_b540MPa、σ_s≥440MPa、δ≥17%

3.常温焊缝金属的冲击韧性：

夏比（V型缺口）冲击吸收功A_k≥100J

4.焊接性试验：

按斜Y坡口焊接裂纹试验法，在室温下焊接无裂纹。

5.焊接硬度：

焊后状态焊缝硬度HV₁0≤300

6.熔敷金属扩散氢含量≤2ml/100g（甘油法）

7.用反向拘束试验法和斜Y裂纹试验法，未发现再热裂纹。

因此，采用本发明的焊条可用于耐热钢不预热焊接，有利于防止产生焊接冷裂纹和再热裂纹，提高焊接结构的韧性和结构安全可靠性。

Claims

1、一种耐热钢不预热焊接用的焊条，其特征在于药皮成份(重量)包括碳酸钙40-45份，萤石20-25份、铁合金15-20份；其中钛铁10-12份、钼铁1-3份、锰铁1-2份、硅铁0.5-2份和钒铁0.5-1份；金属铬3-4份、纯碱0.6-1份、钛白粉3-4份；石英5-7份、羧甲基纤维素0.4-1份，以及8-15份重量的钠水玻璃作粘结剂。

2、如权利要求1所述的焊条，其特征在于最佳药皮成份（重量）包括大理石42份、萤石22份、钛白粉4份、石英7份、纯碱0.6份、羧甲基纤维0.4份、金属格3份、铁合金20份：其中钛铁12份、钼铁3份、锰铁2份、硅铁2份和钒铁1份，以及10份重量的钠水玻璃作粘结剂。

3、如权利要求1或2所述的焊条，其特征在于所述的焊芯分别为φ3.2、φ4和φ5mm时，药皮外径尺寸分别为φ5.2-5.3、φ6.2-6.3和φ7.3-7.4mm。