CN103921019B - 一种水电站引水压力钢管焊接的超低氢高韧性焊条 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水电站引水压力钢管焊接的超低氢高韧性焊条，其药皮包括以下组分，各组分及各组分的质量百分比分别为：大理石40-50％，白云石2-4％，萤石18-30％，石英2-6％，脱水长石1-3％，锆英砂1-3％，钛酸钾2-4％，雾化硅铁3-6％，电解锰4-8％，钛铁7-12％，轻稀土硅铁1-3％，钼铁0.5-1.0％，镍粉2-4％，氟化稀土0.5-1.0％。按上述配比混配成焊条药皮，配加钾钠混合水玻璃，经焊条压涂机涂覆于H04E焊芯，再烘干定型制成电焊条，其熔敷金属扩散氢含量为1.8ml/100g，-20℃低温冲击韧性稳定在160-180J，能满足610MPa级水电站引水压力钢管的焊接要求。

Description

一种水电站引水压力钢管焊接的超低氢高韧性焊条
技术领域
本发明涉及一种水电站引水压力钢管焊接的超低氢高韧性焊条，属于焊接材料领域。
背景技术
水电站引水压力钢管焊接是水电站金属结构制作安装的最重要环节。钢管母材一般采用抗拉强度610MPa级的低合金高强度调质钢板SUMIPEN610F和NK-HITEN610U2，它们分别由日本的住友公司和NKK公司制造。该类钢合金元素含量设计非常合理，含C量及S、P杂质含量非常低，组织十分稳定，以其良好的综合力学性能和工艺性能赢得了国内水电站压力钢管的大部分市场。如三峡水利枢纽工程的26台发电机组，每台机组均采用单机单管供水，为机组供水的引水压力钢管内径12.4m，是目前世界上设计的管径最大的引水压力钢管，均是采用上述日本进口钢板，配套的焊接材料在关键的焊接位置均采用日本神钢LB-62及LB-62UL焊条。
近年来国产07MnCrMoVR(武钢WDL610D)钢也开始投入水电站应用，如金沙江向家坝水电站右岸引水压力钢管。国产07MnCrMoVR钢属于成分和性能与上述日本钢板接近的610MPa级低焊接裂纹敏感性低合金高强钢，屈服强度为490MPa，抗拉强度为610-740MPa。按照DL/T5017-93《水利水电工程压力钢管制造安装验收规范》，为满足水电站大型及超大型压力钢管焊接的高标准质量要求，研制能与进口及国产610MPa级低焊接裂纹敏感性低合金高强钢配套的，性能达到日本神钢同类LB-62及LB-62UL焊条的国产焊接材料，具有重要的现实意义和显著的经济效益。
然而现有技术中用于水电站引水压力钢管焊接的焊条，往往存在以下缺陷：焊接时容易造成飞溅，不易脱渣，含氢量尚需进一步降低；熔敷金属中的夹杂物较多，无法使-20℃低温冲击韧性稳定；焊条的药皮吸潮性能有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水电站引水压力钢管焊接的超低氢高韧性焊条，保证良好的焊接工艺性能，熔池流动性好，飞溅小，电弧稳定性好，熔渣覆盖均匀，焊缝成形美观，脱渣容易；研制焊条的熔敷金属扩散氢含量为1.8ml/100g(水银法)，符合超低氢标准要求；研制焊条的熔敷金属-20℃低温冲击韧性一般稳定在160-180J，能满足610MPa级水电站引水压力钢管的焊接要求。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供了一种水电站引水压力钢管焊接的超低氢高韧性焊条，该焊条的药皮包括以下组分，各组分及各组分的质量百分比分别为：大理石40-50％，白云石2-4％，萤石18-30％，石英2-6％，脱水长石1-3％，锆英砂1-3％，钛酸钾2-4％，雾化硅铁3-6％，电解锰4-8％，钛铁7-12％，轻稀土硅铁1-3％，钼铁0.5-1.0％，镍粉2-4％，氟化稀土0.5-1.0％。
所述的脱水长石在配料前经过850-950℃高温烘焙处理。
按上述配比混配成焊条外皮药料，配加钾钠混合水玻璃经焊条压涂机涂覆在H04E专用优质低碳低硫钢焊芯，再经烘干机烘干定型制成直径2.5mm、3.2mm、4.0mm、5.0mm等各型规格的电焊条。所述的混合水玻璃钾钠比为3:7，模数为M3.3，波美度为40Be。所述的H04E焊芯要求C<0.03％，S<0.01％。
本发明基于其技术方案的有益效果是：
(1)本发明选用了CaO-MgO-CaF2-SiO2组成的碱性低氢型渣系作为研制焊条的药皮类型，并采取了限制焊缝金属中扩散氢含量的有效措施，使其控制在5ml/100g(水银法)以内的超低氢范围，解决进口SUMIPEN610F和NK-HITEN610U2钢及国产07MnCrMoVR(武钢WDL610D)钢配套超低氢高韧性焊条的配方问题；
(2)本发明加入多种氟化物，从而提高了去氢能力；
(3)本发明加入不同分解温度的多种碳酸盐，其中大理石中CaCO3分解温度为800℃～900℃，白云石中MgCO3的分解温度为500℃～650℃，这些碳酸盐都是先分解后熔化，综合加入碳酸盐有利于均衡提高电弧气氛的CO2分压，能够降低氢分压；
(4)本发明加入微量稀土等表面活性元素，通过改变液态金属表面性质而减少液态金属对氢的吸附，从而使溶入金属中的氢量大为减少，降低了熔敷金属的扩散氢含量；
(5)本发明提高碳酸盐的配比，从而提高电弧气氛中CO2分压；并且提高熔渣的碱度，从而减少熔敷金属中的氧、氢、氮、硫、磷含量和夹杂物，提高了焊接冶金过程的精炼作用；
(6)本发明采用电解锰、雾化硅铁、轻稀土硅铁、镍粉、钛铁、钼铁等多种铁合金加入的方式，组成Mn-Si-Ni-Mo-Re微合金体系，既能保证熔敷金属的抗拉强度，又能提高熔敷金属金相组织中的针状铁素体含量，提高熔敷金属低温冲击韧性；本发明中稀土采用了稀土硅铁合金和氟化稀土复合加入的形式，配合强还原性电弧气氛，有利于微量稀土元素的过渡；在熔敷金属中加入稀土元素，可明显降低焊缝金属的硫含量，明显改善焊缝的夹杂物形态，使夹杂物呈细小球状、弥散分布；对焊缝金属起到明显的净化作用和变质作用，有利于改善焊缝的低温冲击韧性；
(7)本发明中钛酸钾(K2TiO3)在焊接电弧高温下分解出电离势很小的钾离子，使电弧稳定；钛酸钾为白色有滑性和粘性的物质，在配方中除起稳弧作用外，也起钛白粉的粘结与造渣作用；钛酸钾的化学性质稳定，在焊条高温烘焙时不会分解，不会影响焊条药皮的吸潮性能。
(8)本发明中石英和脱水长石的加入主要是为了调节熔渣的流动性，改善立焊焊接工艺性能；
(9)本发明中锆英砂的加入有利于提高脱渣性能。
具体实施方式
本发明提供了一种水电站引水压力钢管焊接的超低氢高韧性焊条，该焊条的药皮包括以下组分，各组分及各组分的质量百分比分别为：大理石40-50％，白云石2-4％，萤石18-30％，石英2-6％，脱水长石1-3％，锆英砂1-3％，钛酸钾2-4％，雾化硅铁3-6％，电解锰4-8％，钛铁7-12％，轻稀土硅铁1-3％，钼铁0.5-1.0％，镍粉2-4％，氟化稀土0.5-1.0％。
所述的脱水长石在配料前经过850-950℃高温烘焙处理。
按上述配比混配成焊条外皮药料，配加钾钠混合水玻璃经焊条压涂机涂覆在H04E专用优质低碳低硫钢焊芯，再经烘干机烘干定型制成直径2.5mm、3.2mm、4.0mm、5.0mm等各型规格的电焊条。所述的混合水玻璃钾钠比为3:7，模数为M3.3，波美度为40Be。所述的H04E焊芯要求C<0.03％，S<0.01％。
下面的实施例给出了药皮各组分的具体配比。
实施例1：药皮中各组分的重量百分比见下表：
原材料名称 重量百分比 原材料名称 重量百分比
大理石 40 电解锰 5
白云石 4 雾化硅铁 6
萤石 18 轻稀土硅铁 1
石英 3 钛铁 9
脱水长石 3 钼铁 0.5
锆英砂 3 镍粉 3
钛酸钾 4 氟化稀土 0.5
根据上述配比制备的焊条其熔敷金属成分见下表：
根据上述配比制备的焊条其熔敷金属力学性能见下表：
根据上述配比制备的焊条其熔敷金属扩散氢含量(水银法ml/100g)见下表：
样品 1 2 3 4 平均值
含量 2.5 1.5 2.0 1.2 1.8
实施例2：药皮中各组分的重量百分比见下表：
原材料名称 重量百分比 原材料名称 重量百分比
大理石 45 电解锰 6
白云石 2 雾化硅铁 3
萤石 23 轻稀土硅铁 2
石英 2 钛铁 7
脱水长石 1 钼铁 1
锆英砂 2 镍粉 2
钛酸钾 3 氟化稀土 1
根据上述配比制备的焊条其熔敷金属成分见下表：
根据上述配比制备的焊条其熔敷金属力学性能见下表：
根据上述配比制备的焊条其熔敷金属扩散氢含量(水银法ml/100g)见下表：
样品 1 2 3 4 平均值
含量 2.5 2.5 2.0 3.2 2.3
实施例3：药皮中各组分的重量百分比见下表：
原材料名称 重量百分比 原材料名称 重量百分比
大理石 50 电解锰 4
白云石 2 雾化硅铁 4
萤石 18 轻稀土硅铁 3
石英 2 钛铁 8
脱水长石 1 钼铁 0.5
锆英砂 1 镍粉 4
钛酸钾 2 氟化稀土 0.5
根据上述配比制备的焊条其熔敷金属成分见下表：
根据上述配比制备的焊条其熔敷金属力学性能见下表：
根据上述配比制备的焊条其熔敷金属扩散氢含量(水银法ml/100g)见下表：
样品 1 2 3 4 平均值
含量 2.5 2.5 2.6 2.2 2.45

Claims (2)

1.一种水电站引水压力钢管焊接的超低氢高韧性焊条，其特征在于：该焊条的药皮包括的组分及各组分的质量百分比分别为：大理石40-50％，白云石2-4％，萤石18-30％，石英2-6％，脱水长石1-3％，锆英砂1-3％，钛酸钾2-4％，雾化硅铁3-6％，电解锰4-8％，钛铁7-12％，轻稀土硅铁1-3％，钼铁0.5-1.0％，镍粉2-4％，氟化稀土0.5-1.0％。
2.根据权利要求1所述的水电站引水压力钢管焊接的超低氢高韧性焊条，其特征在于：所述的脱水长石在配料前经过850-950℃高温烘焙处理。
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