CN106271207A - 一种用于焊接抗拉强度大于800MPa的合金结构钢用气保护药芯焊丝 - Google Patents

一种用于焊接抗拉强度大于800MPa的合金结构钢用气保护药芯焊丝 Download PDF

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Abstract

一种用于焊接抗拉强度大于800MPa的合金结构钢用气保护药芯焊丝，属于材料加工焊接材料领域。其粉体药芯的质量百分含量组成％是：钛铁:3‑6，钼铁：6‑9，电解锰：18‑20，金属镍粉：25‑30，硅铁：6‑9，铁粉：余量；药芯焊丝外皮带材为SPCC钢带；粉体药芯在空心焊丝中的填充率为10‑11％。采用气保护焊制备焊接合金工艺,焊接工艺参数为：电压22‑28V；电流180‑240A；层间温度120‑160℃；焊丝伸出导电嘴的距离：15‑25mm。具有大于800MPa的抗拉强度，优良的抗低温冲击韧性，能够适用于高载荷的结构部件，例如钻油平台的提升桩腿等。

Description

一种用于焊接抗拉强度大于800MPa的合金结构钢用气保护药 芯焊丝
技术领域
本发明属于材料加工焊接材料领域，涉及一种用于焊接抗拉强度大于800MPa的合金结构钢用气保护焊接药芯焊丝，在石油钻采平台桩腿等重载结构中使用。
背景技术
抗拉强度与低温冲击韧性不达标是造成石油钻采平台桩腿失效的主要原因之一，给石油钻采带来巨大的风险和材料消耗。在现代工业和技术发展中，石油钻采承载结构在使用中面对越来越恶劣的环境,对材料抗拉强度和耐低温冲击性能要求越来越高。
高强度焊接合金在一定冲击力的作用下的抗拉性能取决于很多因素,主要决定于其合金构成及基底组织。为了应对大载荷及低温冲击的复杂工作环境,要求焊接金属既有与母材匹配的抗拉强度又有理想的低温冲击韧性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于焊接抗拉强度大于800MPa的合金结构钢用气保护焊接药芯焊丝。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：为了提高焊接合金的抗拉强度加入一定的镍与钼元素；为了改善焊接合金的韧性和抗裂性，减少碳的含量，并加入Mn元素作为奥氏体化元素使焊接合金的基体中物相主要为铁素体和奥氏体，同时由于Mn的加入，焊接合金在冲击条件下还有自我硬化能力，更为重要的是，少量Ti元素的加入，极大的细化了组织晶粒，晶粒细化带来的晶界加密,进一步提高了抗拉强度。
基于上述技术构想，本发明的一种用于焊接抗拉强度大于800MPa的合金结构钢用气保护焊接药芯焊丝，药芯焊丝其粉体药芯的组分及各组分的质量百分含量(％)是：钛铁:3-6，钼铁：6-9，电解锰：18-20，金属镍粉：25-30，硅铁：6-9，铁粉：余量；药芯焊丝外皮带材为SPCC钢带；粉体药芯在空心焊丝即外皮带材中的填充率为10-11％。
优选：钛铁3.5％，钼铁8％，电解锰16％，金属镍粉28％，硅铁7％，铁粉余量。
所述钛铁的组分及各组分百分比为Ti30-40％，Fe余量；钼铁的组分及各组分百分比为Mo 55-60％，C≤0.1％，Fe余量；电解锰的组分为Mn99.5％，C≤0.08％，余量杂质；金属镍粉的组分为Ni 99.8％，余量杂质；硅铁的组分为Si 40-45％，Fe余量。
采用本发明上述药芯焊丝制备一种焊接抗拉强度大于800MPa的合金结构钢的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，按照上述粉芯配比药芯轧制焊丝，得到直径1.2mm的粉芯丝材；
步骤2，采用气保护焊制备焊接合金工艺，焊接工艺参数为：电压22-28V；电流180-240A；层间温度120-160℃；焊丝伸出导电嘴的距离：15-25mm。
步骤2所述焊接工艺进行优化，将焊接工艺参数设定为：电压24-26V；电流200-220A；层间温度140-150℃；焊丝伸出导电嘴的距离：18-20mm。
在焊接合金中形成的合金元素的含量在如下范围内：Mo：0.6-0.7wt.％；Mn：1.4～2wt.％；Ti：0.05～0.2wt.％；Ni:2-2.5wt.％；C：0.05～0.1wt.％；Fe：余量；
药芯焊丝中主要成分作用如下:
钛：细化晶粒，能提高熔敷金属的抗拉强度。
锰：奥氏体化元素，使焊接后的金属基体物相主要为铁素体和奥氏体，不产生马氏体，并在冲击环境下，产生冲击硬化。
钼：提高熔敷金属的抗拉强度,减少熔敷金属的高温回火脆性。固溶在基体中的钼原子能增强基体的强度,提高熔敷金属的抗拉强度。
碳：使基体获得一定的强度。
用本发明研制的药芯焊丝制备的焊接合金含有大于800MPa的抗拉强度，较高的低温冲击韧性。结果表明焊接工艺性良好，焊接后金属在一定冲击条件下，抗拉性能和抗冲击性能优良，实现了发明目的。
附图说明
图1为实例焊接的现场照片。
具体实施方式
本发明的焊丝是通过以下方法实现的：
选用12×0.8(宽度为12mm，厚度为0.8mm)的SPCC钢带。先将其轧成U形。按照药芯配比设计配成药粉，加粉轧制并减径成直径1.2mm的焊丝。
实施例1、ZS80Q
一种用于焊接抗拉强度大于800MPa的合金结构钢用气保护焊接药芯焊丝，所述粉体药芯的配比是：钛铁3.5％，钼铁8％，电解锰16％，金属镍粉28％，硅铁7％，铁粉余量，填粉率为10.5％。将焊接工艺参数设定为：电压23V；电流210A；层间温度145℃；焊丝伸出导电嘴的距离：20mm。选用二氧化碳气体保护焊接。上述工艺制备的焊接合金成分见表1,现场焊接见图1，焊缝力学性能见表2。
对实例所制备焊接合金进行化学成分测试与力学性能测试。化学成分见表1，力学性能结果见表2，焊接工艺参数见表3。
在上述实施例中，所述钛铁的组分及各组分百分比为Ti30-40％，Fe余量；钼铁的组分及各组分百分比为Mo 55-60％，C≤0.1％，Fe余量；电解锰的组分为Mn99.5％，C≤0.08％，余量杂质；金属镍粉的组分为Ni 99.8％，余量杂质；硅铁的组分为Si 40-45％，Fe余量。
表1为熔敷金属的化学成分表
表2为熔敷金属的力学性能表
表3为焊接参数
焊丝直径(mm) 焊接电流(A) 焊接电压(V) 层间温度(℃)
1.2 210 23 145
本发明的焊丝不受上述实例的限制，任何在本发明的权利要求书要求保护的范围内的改进和变化都在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于焊接抗拉强度大于800MPa的合金结构钢用气保护焊接药芯焊丝，其特征在于，药芯焊丝其粉体药芯的组分及各组分的质量百分含量(％)是：钛铁:3-6，钼铁：6-9，电解锰：18-20，金属镍粉：25-30，硅铁：6-9，铁粉：余量；药芯焊丝外皮带材为SPCC钢带；粉体药芯在空心焊丝即外皮带材中的填充率为10-11％。
2.按照权利要求1所述的一种用于焊接抗拉强度大于800MPa的合金结构钢用气保护焊接药芯焊丝，其特征在于，钛铁3.5％，钼铁8％，电解锰16％，金属镍粉28％，硅铁7％，铁粉余量。
3.按照权利要求1所述的一种用于焊接抗拉强度大于800MPa的合金结构钢用气保护焊接药芯焊丝，其特征在于，所述钛铁的组分及各组分百分比为Ti30-40％，Fe余量。
4.按照权利要求1所述的一种用于焊接抗拉强度大于800MPa的合金结构钢用气保护焊接药芯焊丝，其特征在于，钼铁的组分及各组分百分比为Mo55-60％，C≤0.1％，Fe余量。
5.按照权利要求1所述的一种用于焊接抗拉强度大于800MPa的合金结构钢用气保护焊接药芯焊丝，其特征在于，电解锰的组分为Mn99.5％，C≤0.08％，余量杂质。
6.按照权利要求1所述的一种用于焊接抗拉强度大于800MPa的合金结构钢用气保护焊接药芯焊丝，其特征在于，金属镍粉的组分为Ni 99.8％，余量杂质；硅铁的组分为Si 40-45％，Fe余量。
7.采用权利要求1-6任一项所述的药芯焊丝焊接抗拉强度大于800MPa的合金结构钢的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，按照上述粉芯配比药芯轧制焊丝，得到直径1.2mm的粉芯丝材；
步骤2，采用气保护焊制备焊接合金工艺，焊接工艺参数为：电压22-28V；电流180-240A；层间温度120-160℃；焊丝伸出导电嘴的距离：15-25mm。
8.按照权利要求7的方法，其特征在于，将焊接工艺参数设定为：电压24-26V；电流200-220A；层间温度140-150℃；焊丝伸出导电嘴的距离：18-20mm。
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