CN103612033A - 用于x80管线钢焊接的高韧性自保护药芯焊丝 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于X80管线钢焊接的高韧性自保护药芯焊丝，包括低碳钢带的焊丝外皮和药芯，所述药芯药粉配方按照质量百分比由氟化物45%-60%、非稀土氧化物10%-20%、碳酸盐1%-8%、铝粉0.5%-2%、铝镁合金9%-18%、金属锰2%-5%、金属镍8%-11%、稀土氟化物2%-6%组成。本发明的自保护药芯焊丝，适合管线立向下焊，焊接工艺性好，其熔敷金属具有良好的机械性能，特别是在低温状态时仍可保证优良的韧性指标，焊丝熔敷金属-40℃V型缺口冲击吸收功达到150J以上，满足对焊缝韧性要求。

Description

用于X80管线钢焊接的高韧性自保护药芯焊丝

技术领域

本发明涉及一种用于金属焊接的药芯焊丝，尤其是一种用于X50管线钢焊接的高韧性自保护药芯焊丝。

背景技术

管道输油（气）显示出的安全、可靠、经济和不间断的特点是其他方式无法比拟的。随着长距离、大管径、高压输送方式和极地、海洋、有气输送管线的建设和使用，对管线钢尤其管线管的要求也越来越严格。为了确保输送管线建设的经济型、运行的安全性和可靠性，不仅要求管线钢本身具有优良的韧性，而且也要求焊接材料具有优良的韧性。由于焊接过程本身固有的特点，往往使得管线管焊接接头的韧性比管线钢的韧性更难控制，这成为输送管线的薄弱环节，最大限度的控制和提高接头的低温韧性是管道工作者需要迫切解决的问题之一。自保护药芯焊丝其主要特点是焊接时无需任何保护气体，使用方便、效率高（自保护药芯焊丝的熔敷效率比焊条高2～4倍），尤其适合户外现场焊接。由于中国地形比较复杂，自保护药芯焊丝操纵起来比较轻易，所以在我国重点工程“西气东输”及大量的支线管网建设中大量应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合管线立向下焊、在低温状态仍保证优良韧性的用于X80管线钢焊接的高韧性自保护药芯焊丝。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于X80管线钢焊接的高韧性自保护药芯焊丝，包括低碳钢带的焊丝外皮和药芯，所述药芯药粉配方按照质量百分比由氟化物45%-60%、非稀土氧化物10%-20%、碳酸盐1%-8%、铝粉0.5%-2%、铝镁合金9%-18%、金属锰8%-11%、金属镍2%-6%、稀土氟化物2%-6%组成。

所述药芯药粉粒度控制在60-180目。

所述氟化物为氟化钡、氟化钙和氟化铝中的一种或几种组合。

所述碳酸盐为碳酸钙和碳酸镁中的一种或两种组合。

所述非稀土氧化物为三氧化二铝和三氧化二铁中的一种或两种组合。

所述稀土氟化物为氟化铈和氧化镧中的一种或两种组合。

本发明的有益效果是：适合管线立向下焊，焊接工艺性好，其熔敷金属具有良好的机械性能，特别是在低温状态时仍可保证优良的韧性指标，焊丝熔敷金属-40℃V型缺口冲击吸收功达到150J以上，满足对焊缝韧性要求。

具体实施方式

本发明的用于X80管线钢焊接的高韧性自保护药芯焊丝，包括低碳钢带的焊丝外皮和药芯，所述药芯药粉配方按照质量百分比由氟化物45%-60%、氧化物10%-20%、碳酸盐1%-8%、铝粉0.5%-2%、铝镁合金9%-18%、金属锰2%-5%、金属镍8%-11%、稀土氟化物2%-6%组成。

所述药芯药粉粒度控制在60-180目。

所述氟化物为氟化钡、氟化钙和氟化铝中的一种或几种组合。

所述碳酸盐为碳酸钙和碳酸镁中的一种或两种组合。

所述非稀土氧化物为三氧化二铝和三氧化二铁中的一种或两种组合。

所述稀土氟化物为氟化铈和氟化镧中的一种或两种组合。

氟化物是本发明药芯的主要成分。氟化钡的加入主要是因为氟化钡支持短渣，有效的防止立向下焊接时熔渣下坠，有利于改善焊丝的全位置焊接适应性，另外氟化钡支持短电弧操作电弧电压压低，减少了自保护药芯焊丝焊接时空气的侵入对熔滴的危害。氟化钙具有强烈的稀渣作用，含量太低稀渣能力下降，含量过高焊丝焊接电弧稳定性下降。氟化铝主要作用是脱氢脱氧。氟化物的总加入量低于45%时，造气、造渣不足，容易产生气孔和熔渣覆盖不全现象，但当总量超过60%时电弧稳定性变差且熔渣粘度偏低不利于全位置焊接，因此氟化物的加入量应控制在45%-60%。

碳酸盐也是本发明的主要成分，其主要作用是稳弧、造渣、造气，其含量影响到自保护药芯焊丝的焊接工艺性，如含量过低，影响电弧吹力是熔渣下坠对立向下焊接不利。如含量过高，造成焊接飞溅较大，恶化操作环境。因此碳酸盐加入量应控制在2%-8%。

氧化物在本发明中主要起造渣、调节熔渣熔点、黏度和表面张力的作用，可改善焊缝成型、脱渣性及全位置焊接的适应性。氧化物含量过低起不到上述的有益作用。过高时要新的熔点明显升高，焊接飞溅量增大且熔渣粘度过大容易出现气孔等缺陷，因此氧化物的含量应控制在10%-20%之间。

铝是强脱氧、固氮元素，焊接过程中通过铝的脱氧、固氮反应可消除空气中的氧、氮对熔滴熔池的侵害，可有效消除气孔。铝的含量过低是脱氧。固氮能力不足焊接时会出现气孔。当含铝量过高时焊缝金属会残留大量的铝，严重影响焊缝组织恶化焊缝冲击韧性。药芯中加入镁的目的在于其脱氧、助燃。镁是强脱氧元素，可形成稳定的脱氧产物氧化镁进入熔渣。另外镁的助燃可显著提高电弧稳定性，降低飞溅。镁的沸点低，还原性强，以金属镁加入时反应剧烈，飞减增大，以铝镁合金加入可避免不足。铝镁合金加入过低时脱氧不足电弧不能稳定燃烧，容易产生气孔、飞溅增大等问题。反之，如果加入量过大时焊接烟尘量明显增多恶化焊接操作环境，因此铝粉加入量应控制在0.5%-2%，铝镁合金加入量应控制在9%-18%。

药芯药粉中加入稀土氟化物可有效降低夹杂物的尺寸并促使针状铁素体形成和细化，有效提高熔敷金属的低温冲击韧性。随着稀土氧化物含量的增加，针状铁素体进一步细化，数量也相应增加。过高时药芯的熔点明显升高，焊接飞溅量增大且熔渣粘度过大容易出现气孔等缺陷，增加焊丝制造成本，因此氧化物的含量应控制在2%-6%之间。

金属锰作为合金剂和脱氧剂加入，本发明其含量控制在2%-5%，含量过高增加焊丝制造成本。

金属镍有利于提高熔敷金属力学性能，可改善低温冲击韧性，其含量控制在8%-11%，含量过高增加焊丝制造成本。

本发明熔渣具有合适的粘度和凝固特性，可全位置焊接，尤其适合立向下焊。焊接工艺性好，电弧稳定、穿透力强，操作容易，焊缝成型美观。脱渣好，飞溅小，具有较高的低温冲击韧性。焊丝熔敷金属-40℃V型缺口冲击吸收功达到150J以上能够满足实际工程应用要求。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

一种用于X80管线钢全位置焊接高韧性自保护药芯焊丝，采用市售普通SPCC钢带为焊丝外皮，采用合金过渡方式，使用通用药芯焊丝生产工艺制作而成。

表1实例中自保护药芯焊丝的药芯粉化学组成

材料	实例一	实例二	实例三
				氟化钡	36	38	33
氟化钙	11	9.5	9
				氟化铝	2.7	3.8	4.2
碳酸钙	2.7	2	3.5
				碳酸镁	1.8	2.8	3.5
三氧化二铁	13.5	13	10.5
				三氧化二铝	4.5	4.6	2.1
氧化铈	0	2	2.5
				氧化镧	1.8	0	1.7
铝粉	1	2	0.5
				铝镁合金	13.5	9.5	15
金属锰	3.5	3.8	4
				金属镍	8	9	10.5
合计	100	100	100

表2实例自保护药芯焊丝熔敷金属力学性能

综上所述，本发明自保护药芯焊丝，熔渣具有合适的粘度和凝固特性，可全位置焊接，尤其适合立向下焊。焊接工艺性好，电弧稳定、穿透力强，操作容易，焊缝成型美观。脱渣好，飞溅小，具有较高的低温（-40℃）冲击韧性。为此熔滴要呈喷射状过渡，熔渣的凝固温度、表面张力均应适当。同时，应适当通过过渡合金元素，保证焊缝金属具有优良的强度，塑性和较高的低温冲击韧性。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (6)

1.一种用于X80管线钢焊接的高韧性自保护药芯焊丝，包括低碳钢带的焊丝外皮和药芯，其特征在于，所述药芯药粉配方按照质量百分比由氟化物45%-60%、非稀土氧化物10%-20%、碳酸盐1%-8%、铝粉0.5%-2%、铝镁合金9%-18%、金属锰2%-5%、金属镍8%-11%、稀土氟化物2%-6%组成。

2.根据权利要求1所述的用于X80管线钢焊接的高韧性自保护药芯焊丝，其特征在于，所述药芯药粉粒度控制在60-180目。

3.根据权利要求1或2所述的用于X80管线钢焊接的高韧性自保护药芯焊丝，其特征在于，所述氟化物为氟化钡、氟化钙和氟化铝中的一种或几种组合。

4.根据权利要求1或2所述的用于X80管线钢焊接的高韧性自保护药芯焊丝，其特征在于，所述碳酸盐为碳酸钙和碳酸镁中的一种或两种组合。

5.根据权利要求1或2所述的用于X80管线钢焊接的高韧性自保护药芯焊丝，其特征在于，所述非稀土氧化物为三氧化二铝和三氧化二铁中的一种或两种组合。

6.根据权利要求1或2所述的用于X80管线钢焊接的高韧性自保护药芯焊丝，其特征在于，所述稀土氟化物为氟化铈和氟化镧中的一种或两种组合。