CN104772582B - 一种适用于石油管道的高强度低氢自保护药芯焊丝 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于石油管道的高强度低氢自保护药芯焊丝，包括外皮和药芯，外皮采用低碳钢带制成，低碳钢的重量百分比为：0.025‑0.035％，外皮宽度×厚度的尺寸采用：14mm×0.8mm；药芯组分及其重量百分比分别为：硅锰合金10‑12.5％；钛铁合金1‑2.5％；硅铁合金5‑6.5％；镍粉10‑13.5％；萤石1‑2.5％；钼粉4‑5.5％；铝矾土1‑2.5％；铼氟粉：1‑2.5％；锆硅合金0.5‑1.3％；余量为铁粉，药芯填充率为：13‑20％。本发明的焊丝在焊接使用时具有良好的电弧稳定性，可实现半自动、自动焊接，还具有较强抗气孔、耐腐蚀性、较强的低温韧性，并能更好的延长焊接的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种自保护药芯焊丝，特别涉及一种适用于石油管道的高强度、低氢自保护药芯焊丝，该焊丝焊接使用时具有良好的电弧稳定性，尤其在野外恶劣的环境中可实现半自动、自动焊接，还具有较强抗气孔、耐腐蚀性、较强的低温韧性，能够更好的延长焊接的使用寿命。
背景技术
在焊接工艺中，自保护药芯焊丝具有生产效率高、环境适应能力强，可全位置焊接；便于实现自动化焊接生产等特点，在石油化工、汽车制造、造船、航母建造、石油管线等行业中应用极为广泛，同时对不同用途的焊接工艺而言，焊接的要求也不同。自保护药芯焊丝在焊接时粉料可自动生成气体保护焊接质量，气体产生来源于原料使得其具有成本低且相对环保，自保护焊接效率高，但是如果焊丝成分设计不合适会导致焊接飞溅大、焊接金属冲击韧性不佳，也即是说焊接效果不理想。
在石油管道焊接过程中，需要采用高强度的自保护焊丝，由于施工一般在野外作业，对焊丝的抗气孔能力及耐腐蚀要求较高，使用者通常对自保护焊丝关注较多；普通CO2焊丝在野外作业对抗气孔耐腐蚀能力较差，且在作业时需携带CO2气体钢瓶，成本也大幅度上升，对于一般生产企业而言，无形中生产成本也大大地加重了。
自保护药芯焊丝制作工艺通常包括冶炼、钢带轧制、拉拔及表面涂油等，然而微量元素Ti、B、Als等级气体含量根据焊丝设计要求加以控制是焊丝冶炼的难点。另外，石油管道焊接过程中主要依靠从国外进口的知名品牌，不但价格高昂而且在供货上也不能及时满足需求，同时焊丝的规格较为单一，常见的有φ2.0mm，在不同的管道规格、尺寸上很难满足焊接需求，尤其在石油管壁相对较薄的上大规格的焊丝很难完成其立焊、横焊及仰焊的作业。
再者，在焊接抗拉强度为650-1000MPa，同时具有优异的低温韧性的高强度钢时，使用现有的焊接材料，焊缝金属的碳含量高于母材的碳含量，焊缝金属和进化程度偏高，淬硬性明显大于母材，焊缝金属中易出现冷裂。
因而，生产中急需一种成本低、韧性高、能全方位焊接且低温韧性高的自保护药芯焊丝。
发明内容
针对现有技术中存在的焊丝成本高、焊接飞溅大、强度低等弊端，本发明的目的在于提供一种适用于石油管道的高强度、低氢自保护药芯焊丝，本发明焊丝具有多种规格，从φ1.2mm-φ2.4mm可以满足不同板材厚度的使用，该焊丝焊接使用时具有良好的电弧稳定性，可实现半自动、自动焊接，还具有较强抗气孔、耐腐蚀性、较强的低温韧性，并能够更好的延长焊接的使用寿命。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种适用于石油管道的高强度低氢自保护药芯焊丝，包括外皮和药芯，所述外皮采用低碳钢带制成，所述低碳钢的重量百分比为：0.025-0.035％，所述外皮宽度×厚度的尺寸采用：14mm×0.8mm；所述药芯组分及其重量百分比分别为：硅锰合金10-12.5％；钛铁合金1-2.5％；硅铁合金5-6.5％；镍粉10-13.5％；萤石1-2.5％；钼粉4-5.5％；铝矾土1-2.5％；铼氟粉：1-2.5％；锆硅合金0.5-1.3％；余量为铁粉，药芯填充率为：14-24％。
作为上述技术方案的进一步优化，焊丝药芯各组分的重量百分比如下：硅锰合金12％；钛铁合金2％；硅铁合金6％；镍粉13％；萤石2％；钼粉5％；铝矾土2％；铼氟粉：2％；锆硅合金1％；铁粉55％，药芯填充率为16％。
作为上述技术方案的进一步优化，焊丝药芯各组分的重量百分比如下：硅锰合金10％；钛铁合金1％；硅铁合金5％；镍粉10％；萤石1％；钼粉4％；铝矾土1％；铼氟粉：1％；锆硅合金0.5％；铁粉66.5％，药芯填充率为18.2％。
作为上述技术方案的进一步优化，焊丝药芯各组分的重量百分比如下：硅锰合金12.5％；钛铁合金2.5％；硅铁合金6.5％；镍粉13.5％；萤石2.5％；钼粉5.5％；铝矾土2.5％；铼氟粉：2.5％；锆硅合金1.3％；铁粉50.7％，药芯填充率为15.3％。
作为上述技术方案的进一步优化，所述硅锰合金中：Si为19-21％，Mn为60-63％；所述钛铁合金中：Ti≤20％；所述硅铁合金中：Si≥70％，Cr≤0.02％；所述镍粉中：Ni≥98％，S≤0.01％，P≤0.01％；所述萤石中：CaF≥97％，SiO2≤2.0％；所述钼粉：Mo≤3.5％；所述铝矾土中：Al2O3为≥80％，SiO2≤5.0％，Fe2O3≤3.0％；所述铼氟粉：Re≤1.2％，F≥48％；所述锆硅合金中：Zr≤40％，Si≥50％。
在以上述的粉料作为主要的药芯焊丝配方，与现有技术相比，本发明经过配粉、生产的工艺处理，一方面能够是的焊丝具有良好的电弧稳定性，另一方面能够使大量的合金粉料在焊接过程中提高其强度及韧性，还提高了其耐腐蚀性，同时在低温条件下能够使焊缝处的熔敷金属具有较高的韧性。
具体实施方式
本发明具体实施方式提供一种适用于石油管道的高强度、低氢自保护药芯焊丝，该焊丝与现有焊丝的区别点在于成分及重量比例不同。具体如下：
一种适用于石油管道高强度低氢自保护药芯焊丝，包括外皮和药芯，所述外皮采用低碳钢带制成，所述低碳钢的重量百分比为：0.025-0.035％，所述外皮宽度×厚度的尺寸采用：14mm×0.8mm；所述药芯组分及其重量百分比分别为：硅锰合金10-12.5％；钛铁合金1-2.5％；硅铁合金5-6.5％；镍粉10-13.5％；萤石1-2.5％；钼粉4-5.5％；铝矾土1-2.5％；铼氟粉：1-2.5％；锆硅合金0.5-1.3％；余量为铁粉，药芯填充率为：13-20％。所述硅锰合金中：Si为19-21％，Mn为60-63％；所述钛铁合金中：Ti≤20％；所述硅铁合金中：Si≥70％，Cr≤0.02％；所述镍粉中：Ni≥98％，S≤0.01％，P≤0.01％；所述萤石中：CaF≥97％，SiO2≤2.0％；所述钼粉：Mo≤3.5％；所述铝矾土中：Al2O3为≥80％，SiO2≤5.0％，Fe2O3≤3.0％；所述铼氟粉：Re≤1.2％，F≥48％；所述锆硅合金中：Zr≤40％，Si≥50％。
本实施方式中所述焊丝的制造方法如下：
(1)冶炼
通过转炉、电炉或中频感应等方式进行钢材的冶炼，选择低碳钢，同时对C、Si、Mn、S、P的含量进行控制；
(2)钢带加工
将冶炼后的低碳钢加工成钢带，提高钢带的延伸性能，降低合金元素的偏析；
(3)药芯焊丝的制作
将裁剪好的钢带进行小分条，在生产时经过轧辊轧制成“U”型，填充粉料，进行拉拔至指定规格的焊丝，钢带的延伸性能有利于提高其拉拔性能；
(4)涂油
将拉拔好的焊丝在缠绕前进行高压静电涂油，能够增强焊接送丝的稳定性能，同时大大减少对送丝管、导电嘴的磨损；并且能够延长焊丝的储存时间，因此，在焊丝的制造中该步骤尤为重要。
上述焊丝药芯中各组分的作用如下：
(1)锰：确保熔敷金属的强度和降低氧、硫含量，降低熔敷金属固态相变温度，细化晶粒，提高熔敷金属强度及低温冲击韧性。
(2)硅：增加电弧稳定性。作为脱氧剂确保熔敷金属的强度和降低氧含量。含量过高则使熔敷金属塑性和冲击韧性降低。
(3)铬：起到明显的固溶强化作用，同时降低熔敷金属相变温度，含量过高易导致低温韧性急剧降低。
(4)镍：通过细化晶粒和固溶强化获得强化效果，同时也是最好的韧化元素，能够显著改善焊缝金属的低温韧性。
(5)钼：通过固溶强化以提高强度，与Cr一起调控熔敷金属组织类型及比例。
(6)锆硅合金：通过在熔敷金属中形成锆的非金属氧化夹杂物，在淬硬性较大的情况下为针状铁素体的晶内形核提供质点。
(7)铼氟粉：药芯中的各种氟化物在高温下易汽化和分解，产生大量的氟蒸汽而大大降低电弧气氛中的氢分压，同时，在焊接时铼氟粉能够与电弧气氛中氢原子及水蒸汽发生反应，形成不溶于钢液的氟化氢气体，从而降低焊缝氢含量。
(8)钛铁合金：钛在熔敷金属中与锆一起形成的非金属氧化夹杂物，有效细化晶粒提高韧性。
(9)铁：调节成分，保证电弧稳定性，提高熔敷效率。
下面以焊缝强度为目标，确定了如前所属焊丝的化学成分，试验证明，所述成分的焊丝完全可以达到上述焊缝性能的要求。
实施例1
焊丝药芯各组分的重量百分比如下：硅锰合金12％；钛铁合金2％；硅铁合金6％；镍粉13％；萤石2％；钼粉5％；铝矾土2％；铼氟粉：2％；锆硅合金1％；铁粉55％，药芯填充率为16％。
实施例2：
焊丝药芯各组分的重量百分比如下：硅锰合金10％；钛铁合金1％；硅铁合金5％；镍粉10％；萤石1％；钼粉4％；铝矾土1％；铼氟粉：1％；锆硅合金0.5％；铁粉66.5％，药芯填充率为18.2％。
实施例3：
焊丝药芯各组分的重量百分比如下：硅锰合金12.5％；钛铁合金2.5％；硅铁合金6.5％；镍粉13.5％；萤石2.5％；钼粉5.5％；铝矾土2.5％；铼氟粉：2.5％；锆硅合金1.3％；铁粉50.7％，药芯填充率为15.3％。
所述焊丝按照GB10045-2001进行CO2焊接熔敷金属性能试验，研究焊丝的焊接工艺性能及熔敷金属力学性能，具体参见表1和表2。
表1
表2
通过对以上数据的分析可以得出：本实施方式经过配粉、生产的工艺处理，一方面能够使焊丝在焊接时产生气体保护电弧稳定性及焊接质量，另一方面能够使大量的合金粉料在焊接过程中提高其强度及韧性，还提高了其耐腐蚀性，同时在低温条件下能够使焊缝处的熔敷金属具有较高的韧性。本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域技术人员在本发明的技术启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出多种变形，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种适用于石油管道的高强度、低氢自保护药芯焊丝，包括外皮和药芯，其特征在于：所述外皮采用低碳钢带制成，所述外皮宽度×厚度的尺寸采用：14mm×0.8mm；所述药芯组分及其重量百分比分别为：硅锰合金10-12.5％；钛铁合金1-2.5％；硅铁合金5-6.5％；镍粉10-13.5％；萤石1-2.5％；铝粉4-5.5％；铝矾土1-2.5％；铼氟粉：1-2.5％；锆硅合金0.5-1.3％；余量为铁粉，药芯填充率为：13-20％；所述硅锰合金中：Si为19-21％，Mn为60-63％；所述钛铁合金中：Ti≤20％；所述硅铁合金中：Si≥70％，Cr≤0.02％；所述镍粉中：Ni≥98％，S≤0.01％，P≤0.01％；所述萤石中；CaF≥97％，SiO2≤2.0％；所述钼粉：Mo≤3.5％；所述铝矾土中：Al2O3为≥80％，SiO2≤5.0％，Fe2O3≤3.0％；所述铼氟粉：Re≤1.2％，F≥48％；所述锆硅合金中：Zr≤40％，Si≥50％。
2.根据权利要求1中所述的一种适用于石油管道的高强度、低氢自保护药芯焊丝，其特征在于：焊丝药芯各组分的重量百分比如下：硅锰合金12％；钛铁合金2％；硅铁合金6％；镍粉13％；萤石2％；钼粉5％；铝矾土2％；铼氟粉：2％；锆硅合金1％；铁粉55％，药芯填充率为16％。
3.根据权利要求1中所述的一种适用于石油管道的高强度、低氢自保护药芯焊丝，其特征在于：焊丝药芯各组分的重量百分比如下：硅锰合金10％；钛铁合金1％；硅铁合金5％；镍粉10％；萤石1％；钼粉4％；铝矾土1％；铼氟粉：1％；锆硅合金0.5％；铁粉66.5％，药芯填充率为18.2％。
4.根据权利要求1中所述的一种适用于石油管道的高强度、低氢自保护药芯焊丝，其特征在于：焊丝药芯各组分的重量百分比如下：硅锰合金12.5％；钛铁合金2.5％；硅铁合金6.5％；镍粉13.5％；萤石2.5％；钼粉5.5％；铝矾土2.5％；铼氟粉：2.5％；锆硅合金1.3％；铁粉50.7％，药芯填充率为15.3％。
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