CN108890171A - 承压设备专用焊条及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种承压设备专用焊条及制备方法，该承压设备由07MnNiMoDR‑50℃钢制备而成，由焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，该药皮组成和含量为：大理石8.5～9.5重量份、萤石5.25～6.55重量份、金红石3.5～4.75重量份、硅微粉1～2重量份、金属锰1.6～1.75重量份、硅铁0.85～1.05重量份、镍粉1.25～1.55重量份、钼铁0.1～0.25重量份、海藻酸钠0.1～0.15重量份、纯碱0.15～0.2重量份、CMC 0.1～0.15重量份、石墨0.025～0.04重量份、镁粉0.07～0.15重量份。与现有的相比，本发明焊接时操作性能优良，电弧稳定、焊缝成型美观、脱渣容易。

Description

承压设备专用焊条及制备方法
技术领域
本发明涉及焊接材料领域技术，尤其涉及一种承压设备专用焊条、制备方法及焊接方法。
背景技术
随着我国石油、化学工业和钢铁材料工业的快速发展，特别是球罐建造技术的技术进步，球形容器建造呈现高压、大型化发展趋势。大型乙烯球罐建造用07MnNiMoDR-50℃钢已逐步实现国产化，因其不同于低温压力容器的特性，需要在施工条件恶劣的现场进行组装、焊接及焊后整体热处理，除了要保证足够的强度等级外，熔敷金属还需具有优良的低温冲击韧性和抗裂性能。常规焊条并不能满足要求，开发与国内07MnNiMoDR-50℃钢制球罐配套的低温高韧性超低氢焊条，具有重大的战略意义。
目前中国已公开的专利，如CN104400246A中公开了一种用于-50℃超低温压力容器钢用焊条，虽满足了-50℃冲击≥80J，但抗拉强度不足620MPa；CN106624467A中公开的焊条虽能满足抗拉强度要求，但其并不能满足-50℃冲击≥80J的要求。而且，该两份专利中的焊条用于07MnNiMoDR-50℃钢制球罐，焊接时除了抗拉强度不足620MPa及不能满足-50℃冲击≥80J外，还存在操作不便，电弧不稳定、焊缝成型差、脱渣不易等缺点。
发明内容
本发明的目的之一就在于提供一种承压设备专用焊条及制备方法，该焊条焊接时操作性能优良，电弧稳定、焊缝成型美观、脱渣容易。
技术方案是：一种承压设备专用焊条及制备方法，该承压设备由07MnNiMoDR-50℃钢制备而成，由焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，该药皮组成和含量为：大理石8.5～9.5重量份、萤石5.25～6.55重量份、金红石3.5～4.75重量份、硅微粉1～2重量份、金属锰1.6～1.75重量份、硅铁0.85～1.05重量份、镍粉1.25～1.55重量份、钼铁0.1～0.25重量份、海藻酸钠0.1～0.15重量份、纯碱0.15～0.2重量份、CMC 0.1～0.15重量份、石墨0.025～0.04重量份、镁粉0.07～0.15重量份。
作为优选，所述承压设备为压力容器或桥梁或海洋工程结构。
作为优选，所述球形容器为球罐。
作为优选，C：0.04～0.09％，Mn：0.3～0.6％，Si：0.01～0.04％，S≤0.005％，P≤0.010％，余量为铁与必不可少的杂质。
作为优选，所述焊芯成分为：C 0.05～0.09％，Mn 0.3～0.6％，Si 0.01～0.04％，S:≤0.005％，P≤0.010％，余量为铁及必不可少的杂质。
作为优选，所述大理石8.5重量份、萤石5.25重量份、金红石3.5重量份、硅微粉1重量份、金属锰1.6重量份、硅铁0.85重量份、镍粉1.25重量份、钼铁0.1重量份、海藻酸钠0.1重量份、纯碱0.2重量份、CMC 0.1重量份、石墨0.025重量份、镁粉0.07重量份。
作为优选，所述大理石9.5重量份、萤石6.5重量份、金红石3.5重量份、硅微粉2重量份、金属锰1.65重量份、硅铁0.95重量份、镍粉1.35重量份、钼铁0.1重量份、海藻酸钠0.15重量份、纯碱0.15重量份、CMC 0.15重量份、石墨0.035重量份、镁粉0.07重量份。
作为优选，所述大理石9重量份、萤石5.5重量份、金红石4重量份、硅微粉1.5重量份、金属锰1.7重量份、硅铁0.9重量份、镍粉1.5重量份、钼铁0.2重量份、海藻酸钠0.15重量份、纯碱0.15重量份、CMC 0.1重量份、石墨0.025重量份、镁粉0.08重量份。
本发明的目的之二在于提供一种承压设备专用焊条的制备方法。
技术方案是：一种承压设备专用焊条的制备方法，包括以下步骤：
①将药皮粉料拌混合均匀；
②加入药皮粉料总成分质量19～23％的粘结剂搅拌混合均匀，送入焊条涂压机内按14-16MPa的压力将其裹覆于焊芯上；
③经低温85-90℃烘焙4-6.5小时、高温350-400℃烘焙1-2小时烘焙，得焊条。
本发明的目的之三在于提供一种承压设备的焊接方法。
技术方案是：一种承压设备的焊接方法，该焊接方法采用上述的专用焊条焊接该承压设备，该承压设备由07MnNiMoDR-50℃钢制成。
发明原理及有益效果：
本发明中，CMC、纯碱、海藻酸钠用于提高药粉粘性、滑性，从而降低水玻璃浓度，改善压涂性，有利于焊条压涂中偏心稳定，但过高易使药皮强度变脆。
本发明中，石墨作为增碳材料，能显著提高熔敷金属强度和硬度，但需严格控制加入量。
本发明中药皮类型为低氢型药皮，通过合理调整药粉中大理石、萤石、金红石、硅微粉比例，保持适当高的碱度，最大限度降低焊缝熔敷金属扩散氢含量，以实现超低氢控制。合理控制药皮熔点，调节溶滴过渡形态，适当加入一些强氧化、韧化、净化元素，实现焊缝微合金化，增强焊接熔池脱氧，获得良好的力学性能。适当增大电弧吹力，提高电弧挺度，增强熔池搅拌作用，降低气孔敏感性，减少焊接缺陷，使焊条在横、立、仰焊时，有优良的全位置焊接操作性能。加入CMC、纯碱、海藻酸钠保证焊条的生产工艺性能，提高焊条的压涂性能。
本发明通过上述药皮成分的有机组配，当这些组配后的药皮制成焊条后用于焊接07MnNiMoDR-50℃钢制成的承压设备(压力容器如球罐、桥梁、海洋工程结构)，焊接时操作性能优良，电弧稳定、焊缝成型美观、脱渣容易，且熔敷金属力学性能可以满如下要求：抗拉强度在620MPa～740Mpa之间、屈服强度≥530Mpa、延伸率≥18％、-50℃冲击≥80J，-60℃冲击≥60J。
定义及解释
％-如无特别说明，该符号为质量百分比。
如无特别说明，本发明中采用的物品均为市售产品。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
本发明是一种承压设备用低温高韧性焊条，需严格控制熔敷金属的杂质元素的含量，采用碱性渣系保证熔敷金属获得良好的力学性能，
取药皮，以药粉占焊条的质量百分比计，药皮各组分及其质量份数如下：
大理石8.5Kg、萤石5.25Kg、金红石3.5Kg、硅微粉1Kg、金属锰1.6Kg、硅铁0.85Kg、镍粉1.25Kg、钼铁0.1Kg、海藻酸钠0.1Kg、纯碱0.2Kg、CMC 0.1Kg、石墨0.025Kg、镁粉0.07Kg。
将上述药皮各组分混合均匀，加入占药粉总质量含量21.3％的模数为3.1的钾钠水玻璃，波美浓度为41.3°Be′～41.7°Be′，进行10～15min的搅拌。送入油压式焊条生产设备上将其包于焊芯上。再经低温85℃烘焙3.5～4小时、高温380℃烘焙1.5小时烘焙从而得到该焊条。
本实施例取焊芯60Kg，焊芯成分为：C 0.05～0.09％，Mn 0.3～0.6％，Si 0.01～0.04％，S:≤0.005％，P≤0.010％，余量为铁及必不可少的杂质。
采用本实施例所得焊条进行焊接试验，焊接过程中电弧稳定、飞溅小、熔池清晰、规则，脱渣性能好，焊缝成形美观。
焊接采用直流反接，立向上焊接，焊接热输入28～35KJ/cm，焊接母材为07MnNiMoDR-50℃钢，焊接完成后融敷金属经580±15℃x5h热处理。
熔敷金属化学成分如下：
C：0.066wt％、Mn：0.90wt％、Si：0.23wt％、S：0.0037wt％、P：0.0045wt％、Cr：0.025wt％、Ni：2.43wt％、Mo：0.21wt％、V：0.0049wt％、Cu：0.014wt％、Nb：0.0038wt％、Ti：0.006wt％、Sn：0.0067wt％、As：0.0037wt％、Sb：0.0011wt％、Sn：0.0067％，余量为Fe和必不可少的杂质元素。
熔敷金属经580℃x5h热处理后，力学性能如下：
表1焊条熔敷金属力学性能
实施例2
本实施例除药皮中各成分重量不同外，其余与实施例1均相同。
取药皮，以药粉占焊条的质量百分比计，药皮各组分及其质量份数如下：
大理石9.5Kg、萤石6.5Kg、金红石3.5Kg、硅微粉2Kg、金属锰1.65Kg、硅铁0.95Kg、镍粉1.35Kg、钼铁0.1Kg、海藻酸钠0.15Kg、纯碱0.15Kg、CMC 0.15Kg、石墨0.035Kg、镁粉0.07Kg。
将上述药皮各组分混合均匀，加入占药粉总质量含量21.3％的模数为3.1的钾钠水玻璃，波美浓度为41.3°Be′～41.7°Be′，进行10～15min的搅拌。送入油压式焊条生产设备上将其包于焊芯上。再经低温85℃烘焙3.5～4小时、高温380℃烘焙1.5小时烘焙从而得到该焊条。
本实施例取焊芯60Kg，焊芯成分为：C 0.05～0.09％，Mn 0.3～0.6％，Si 0.01～0.04％，S:≤0.005％，P≤0.010％，余量为铁及必不可少的杂质。
采用本实施例所得焊条进行焊接试验，焊接过程中电弧稳定、飞溅小、熔池清晰、规则，脱渣性能好，焊缝成形美观。
焊接采用直流反接，立向上焊接，焊接热输入28～35KJ/cm，焊接母材为07MnNiMoDR-50℃钢，焊接完成后融敷金属经580±15℃x5h热处理。。
熔敷金属化学成分如下：
C：0.071wt％、Mn：0.92wt％、Si：0.23wt％、S：0.0035wt％、P：0.0047wt％、Cr：0.023wt％、Ni：2.46wt％、Mo：0.22wt％、V：0.0047wt％、Cu：0.013wt％、Nb：0.0036wt％、Ti：0.008wt％、Sn：0.0068wt％、As：0.0035wt％、Sb：0.0012wt％、Sn：0.0064％，余量为Fe和必不可少的杂质元素。
熔敷金属经580℃x5h热处理后，力学性能如下：
表2焊条熔敷金属力学性能
实施例3
本实施例除药皮中各成分重量不同外，其余与实施例1均相同。
取药皮，以药粉占焊条的质量百分比计，药皮各组分及其质量份数如下：
大理石9Kg、萤石5.5Kg、金红石4Kg、硅微粉1.5Kg、金属锰1.7Kg、硅铁0.9Kg、镍粉1.5Kg、钼铁0.2Kg、海藻酸钠0.15Kg、纯碱0.15Kg、CMC 0.1Kg、石墨0.025Kg、镁粉0.08Kg。
将上述药皮各组分混合均匀，加入占药粉总质量含量21.3％的模数为3.1的钾钠水玻璃，波美浓度为41.3°Be′～41.7°Be′，进行10～15min的搅拌。送入油压式焊条生产设备上将其包于焊芯上。再经低温85℃烘焙3.5～4小时、高温380℃烘焙1.5小时烘焙从而得到该焊条。
本实施例取焊芯60Kg，焊芯成分为：C 0.05～0.09％，Mn 0.3～0.6％，Si 0.01～0.04％，S:≤0.005％，P≤0.010％，余量为铁及必不可少的杂质。
采用本实施例所得焊条进行焊接试验，焊接过程中电弧稳定、飞溅小、熔池清晰、规则，脱渣性能好，焊缝成形美观。
焊接采用直流反接，立向上焊接，焊接热输入28～35KJ/cm，焊接母材为07MnNiMoDR-50℃钢，焊接完成后融敷金属经580±15℃x5h热处理。
熔敷金属化学成分如下：
C：0.068wt％、Mn：1.00wt％、Si：0.21wt％、S：0.0037wt％、P：0.0041wt％、Cr：0.020wt％、Ni：2.5wt％、Mo：0.25wt％、V：0.0043wt％、Cu：0.011wt％、Nb：0.0039wt％、Ti：0.009wt％、Sn：0.0070wt％、As：0.0033wt％、Sb：0.0009wt％、Sn：0.0068％，余量为Fe和必不可少的杂质元素。
熔敷金属力经580℃x5h热处理后，学性能如下：
表3焊条熔敷金属力学性能
将上述实施例1-3制成的焊条在施工条件恶劣的大型乙烯球罐(07MnNiMoDR-50℃钢制成)现场使用(组装和焊接)，完全满足该设备对于焊接的各种苛刻的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种承压设备专用焊条，该承压设备由07MnNiMoDR-50℃钢制备而成，由焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，其特征在于该药皮组成和含量为：大理石8.5～9.5重量份、萤石5.25～6.55重量份、金红石3.5～4.75重量份、硅微粉1～2重量份、金属锰1.6～1.75重量份、硅铁0.85～1.05重量份、镍粉1.25～1.55重量份、钼铁0.1～0.25重量份、海藻酸钠0.1～0.15重量份、纯碱0.15～0.2重量份、CMC 0.1～0.15重量份、石墨0.025～0.04重量份、镁粉0.07～0.15重量份。
2.根据权利要求1所述的承压设备专用焊条，其特征在于：所述承压设备为压力容器或桥梁或海洋工程结构。
3.根据权利要求2所述的承压设备专用焊条，其特征在于：所述球形容器为球罐。
4.根据权利要求1-3任一所述的承压设备专用焊条，其特征在于：所述焊芯成分为：C：0.04～0.09％，Mn：0.3～0.6％，Si：0.01～0.04％，S≤0.005％，P≤0.010％，余量为铁与必不可少的杂质。
5.根据权利要求4所述的承压设备专用焊条，其特征在于：所述焊芯成分为：C 0.05～0.09％，Mn 0.3～0.6％，Si 0.01～0.04％，S:≤0.005％，P≤0.010％，余量为铁及必不可少的杂质。
6.根据权利要求1-5任一所述的承压设备专用焊条，其特征在于：所述大理石8.5重量份、萤石5.25重量份、金红石3.5重量份、硅微粉1重量份、金属锰1.6重量份、硅铁0.85重量份、镍粉1.25重量份、钼铁0.1重量份、海藻酸钠0.1重量份、纯碱0.2重量份、CMC 0.1重量份、石墨0.025重量份、镁粉0.07重量份。
7.根据权利要求1-5任一所述的承压设备专用焊条，其特征在于：所述大理石9.5重量份、萤石6.5重量份、金红石3.5重量份、硅微粉2重量份、金属锰1.65重量份、硅铁0.95重量份、镍粉1.35重量份、钼铁0.1重量份、海藻酸钠0.15重量份、纯碱0.15重量份、CMC 0.15重量份、石墨0.035重量份、镁粉0.07重量份。
8.根据权利要求1-5任一所述的承压设备专用焊条，其特征在于：所述大理石9重量份、萤石5.5重量份、金红石4重量份、硅微粉1.5重量份、金属锰1.7重量份、硅铁0.9重量份、镍粉1.5重量份、钼铁0.2重量份、海藻酸钠0.15重量份、纯碱0.15重量份、CMC 0.1重量份、石墨0.025重量份、镁粉0.08重量份。
9.一种权利要求1至8任一权利要求所述的承压设备专用焊条的制备方法，包括以下步骤：
①将药皮粉料拌混合均匀；
②加入药皮粉料总成分质量19～23％的粘结剂搅拌混合均匀，送入焊条涂压机内按14-16MPa的压力将其裹覆于焊芯上；
③经低温85-90℃烘焙4-6.5小时、高温350-400℃烘焙1-2小时烘焙，得焊条。
10.一种承压设备的焊接方法，该焊接方法采用权利要求1-8任一所述的专用焊条焊接该承压设备，该承压设备由07MnNiMoDR-50℃钢制成。
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