CN109277724B - 一种芯棒局部修复用气保焊丝及焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种H13无缝钢管用芯棒局部修复用气保焊丝，所述气保焊丝的化学成分按质量百分比为：C 0.04％～0.09％；Si 0.2％～0.5％；Mn 1.0％～1.8％；Ni 1.5％～3.0％；Mo 0.7％～1.90％；S 0.0030％～0.0150％；P≤0.018％；V 0.89％～1.0％；Cr 1.0％～6.0％；Cu 0.04％～0.2％；Nb 0.055％～0.2％；Als 0.02％～0.04％；余量为铁和不可避免的杂质。本发明所述气保焊丝具有优良焊接工艺性，适用于对芯棒受损后的修复焊接，能够提高芯棒修复后的使用寿命。

Description

一种芯棒局部修复用气保焊丝及焊接工艺

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种芯棒局部修复用气保焊丝及焊接工艺。

背景技术

近年来，我国无缝钢管生产企业均加大了技术改造和投资的力度，技术装备大为改善，连轧管机用限动芯棒作为钢管生产的重要变形工具，严重影响着钢管内表面质量和钢管的生产成本。芯棒是钢管行业生产机组中的主要消耗部件，连轧管机组设备的生产维护费用中50％以上是用于芯棒的消耗和报废更换。

影响芯棒寿命的因素很多，如钢的材质、热加工工艺、热处理工、使用环境、结构及工艺系统、芯棒的保管维修等。芯棒在服役过程中的工况条件非常恶劣，由于一方面要承受轧制过程中的摩擦生热和管坯带来的高温(高达1150℃)热冲击，以及非轧制过程中的喷淋冷却水的交替循环作用，另一方面还要承受较大的径向轧制力以及由于管坯和芯棒之间在长度轧制方向的相对运动所产生的纵向拉伸应力和表面摩擦力，其破坏形式除表面产生不同程度的纵向和环向龟裂状疲劳裂纹外，还将产生较为严重的的磨损、划痕和弯曲变形。当某一在线芯棒划痕和裂纹较严重时，为了确保无缝钢管的质量和轧机安全，就必须更换芯棒。

芯棒常用材质为H13模具钢，即4Cr5MoSiV1,经长期上述恶劣服役环境下经常会有芯棒表面出现划痕，严重影响无缝钢管内表面质量，但因为模具钢本身生产周期长，生产成本高，如果在其服役过程中出现问题就轻易更换报废的话，会造成企业生产成本大幅提高，也是能源过度消耗的体现。因此寻求并获得某种整套较为完善的专门针对热作H13无缝钢管用芯棒修复技术就显得极为重要，本发明所涉及的专门应对服役受损芯棒局部修复气保焊丝，成分配伍合理，能有效延长修复后芯棒的使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种芯棒局部修复用气保焊丝及焊接工艺，该气保焊丝具有优良焊接工艺性，适用于对芯棒受损后的修复焊接，能够提高芯棒修复后的使用寿命；结合手工钨极氩弧焊的焊接方法，实现芯棒的在线修复，方便快捷的同时还能降低生产成本。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种芯棒局部修复用气保焊丝，所述气保焊丝的化学成分按质量百分比为：C0.04％～0.09％；Si 0.2％～0.5％；Mn 1.0％～1.8％；Ni 1.5％～3.0％；Mo 0.7％～1.90％；S 0.0030％～0.0150％；P≤0.018％；V 0.89％～1.0％；Cr 1.0％～6.0％；Cu0.04％～0.2％；Nb 0.055％～0.2％；Als 0.02％～0.04％；余量为铁和不可避免的杂质。

一种芯棒局部修复用焊接工艺，采用所述的气保焊丝对芯棒进行在线焊接修复；具体包括如下步骤：

1)对待焊部位及所用的气保焊丝进行彻底清理；

2)采用手工钨极氩弧焊对芯棒进行修复，焊接时电流控制在120～150A，氩气流量为6～10ml/min；

3)焊接完成后，将焊接电流调整为150～160A，不添焊丝，在距离表面焊道1～2mm的高度，利用氩弧焊电弧的热量反复炙烤2～3次，时间为7～10秒，进行表面重融改性，以获得高质量焊缝。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明所述气保焊丝可满足在线快速局部修复芯棒的要求(如无缝钢管限动芯棒表面划痕修复)，具有良好的焊接工艺性，在线修复焊接过程中不会出现焊接裂纹，局部修复的熔敷金属与母材有良好的结合，能很好满足芯棒在恶劣服役条件下的使用要求；

2)采用本发明所述气保焊丝在线局部修复后的芯棒能够连续工作100小时以上；

3)采用本发明所述气保焊丝结合手工钨极氩弧焊的焊接方法，能够实现芯棒的在线修复，方便快捷并能降低了生产成本。

具体实施方式

本发明所述一种H13无缝钢管用芯棒局部修复用气保焊丝，所述气保焊丝的化学成分按质量百分比为：C 0.04％～0.09％；Si 0.2％～0.5％；Mn 1.0％～1.8％；Ni 1.5％～3.0％；Mo 0.7％～1.90％；S 0.0030％～0.0150％；P≤0.018％；V 0.89％～1.0％；Cr1.0％～6.0％；Cu 0.04％～0.2％；Nb 0.055％～0.2％；Als 0.02％～0.04％；余量为铁和不可避免的杂质。

一种芯棒局部修复用焊接工艺，采用所述的气保焊丝对芯棒进行在线焊接修复；具体包括如下步骤：

1)对芯棒待焊部位及所用的气保焊丝进行彻底清理，包括清除油污、铁锈及其他杂质，清理完成后用丙酮清洗至少一遍；

2)采用手工钨极氩弧焊对芯棒进行修复，焊枪配置陶瓷喷嘴，焊接时电流控制在120～150A，氩气流量为6～10ml/min；

3)焊接完成后，将焊接电流调整为150～160A，不添焊丝，在距离表面焊道1～2mm的高度，利用氩弧焊电弧的热量反复炙烤2～3次，时间为7～10秒，进行表面重融改性，以获得高质量焊缝。

本发明所述的一种H13无缝钢管用芯棒局部修复用气保焊丝的化学成分设计原理如下：

C：在焊缝中会间隙固溶于铁素体中；C元素含量对焊缝的强韧性及其组织组成有较大的影响，其强化效果很明显，能够明显提高焊缝强度，抑制先共析铁素体的产生，促进针状铁素体的形成；但它将大大降低冲击韧性及提高韧脆转变温度，从而使焊缝韧性大为降低。因此，本发明将C含量控制在0.04％～0.09％。

Si：有脱氧及强化焊缝基体强度的作用，可以提高焊缝金属的淬透性，抑制先共析铁素体的产生，促进针状铁素体的形成；但Si含量过高会使塑性和韧性下降。因此本发明将Si含量控制在0.2％～0.5％。

Mn：是焊缝强韧化的有效元素，在焊缝中有利于脱氧，防止引起热裂纹的铁硫化物的形成；可以提高焊缝金属的淬透性，抑制先共析铁素体的产生，促进针状铁素体的形成。另外还能提高钢的强度，消弱或消除硫的不良影响。本发明为保证熔敷金属具有合适的淬透性，将Mn含量控制在1.0％～1.8％。

Ni，是一种常用的获得优良低温韧性的元素。它可提高淬透性，促进针状铁素体的形成，能提高焊缝的强度和韧性，尤其中低温冲击韧性，降低韧脆转变温度。因此本发明将Ni含量控制在1.5％～3.0％。

Mo：是获得高强度焊缝金属的主要元素；它作为一种高熔点物质，有良好的细化晶粒作用，且在提高强度的同时对塑韧性损伤不大。可明显的提高钢的淬透性，防止回火脆性，但Mo含量太高时对冲击韧性损害较大。因此本发明将Mo含量控制在0.7％～1.90％。

S和P：为有害元素，控制其含量以提高焊缝纯净度和焊接性能。S和P极易偏析；易于在晶粒间形成非金属夹杂及第二相质点。能使钢的可塑性及韧性明显下降，在焊丝中应严格控制S、P的含量，但是通过试验发现焊丝中含有一定量的S时有助于改善焊缝成型，减小飞溅等作用，因此焊丝中将S的含量控制在0.0030％～0.0150％，P的含量控制在0.018％以下。

V:钒的熔点很高，有延展性，质坚硬，无磁性，具有耐盐酸和硫酸的本领，并且其耐大气、耐盐、耐水腐蚀的性能要比大多数不锈钢要好，本发明中钒含量为0.89％～1.0％。

Cr：铬是脆性金属，不能单独作为金属材料，但与镍、钛、铝、铜、铁等组合，则形成具有耐热性、热强性、耐磨性的特殊性能材料，本发明中加入铬也是应用其这一特性，其含量控制在1.0％～6.0％。

Cu、Nb：加入铜，是为了Cu和Nb的析出对材料具有强化并提高硬度等因素，尤其是能够提高外加TiG焊接的后热温度，本发明中控制Cu含量为0.04％～0.2％，Nb含量为0.055％～0.2％。

本发明根据以上各种合金元素的作用特点，将各合金元素限定在所规定的范围区间之内，使各种元素的结合搭配更合理，最终获得优良的焊接金属。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例】

本实施例中，所述气保焊丝的具体化学成分如表1所示：

表1

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						C	0.083	0.085	0.087	0.082	0.089
Si	0.40	0.41	0.41	0.50	0.46
						Mn	1.72	1.02	1.26	1.37	1.58
V	0.94	0.95	0.90	0.98	0.97
						Mo	1.85	0.76	1.84	0.84	1.76
Cu	0.059	0.12	0.046	0.05	0.10
						Nb	0.056	0.10	0.07	0.12	0.068
S	0.0033	0.0025	0.0030	0.0015	0.0025
						P	0.010	0.011	0.010	0.011	0.012
Ni	1.72	2.88	1.93	1.97	1.85
						Cr	1.24	5.1	2.3	3.5	4.8
Als	0.030	0.020	0.028	0.034	0.024

各实施例修复的芯棒投入生产后轧制钢管的平均支数如表2所示；

表2

	平均数量(支)
		普通焊丝	69
实施例1	284
		实施例2	285
实施例3	189
		实施例4	200
实施例5	198

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种芯棒局部修复用焊接工艺，其特征在于，采用气保焊丝对材质为H13模具钢的芯棒进行在线焊接修复；所述气保焊丝的化学成分按质量百分比为：C 0.04％～0.089％；Si0.4％～0.5％；Mn 1.72％～1.8％；Ni 2.88％～3.0％；Mo 1.76％～1.90％；S 0.0150％；P0.011％～0.018％；V 0.89％～1.0％；Cr 1.0％～6.0％；Cu 0.04％～0.2％；Nb 0.1％～0.2％；Als 0.02％～0.04％；余量为铁和不可避免的杂质；

所述芯棒局部修复用焊接工艺具体包括如下步骤：

1)对待焊部位及所用的气保焊丝进行彻底清理；

2)采用手工钨极氩弧焊对芯棒进行修复，焊接时电流控制在120～150A，氩气流量为6～10ml/min；

3)焊接完成后，将焊接电流调整为150～160A，不添焊丝，在距离表面焊道1～2mm的高度，利用氩弧焊电弧的热量反复炙烤2～3次，时间为7～10秒，进行表面重融改性，以获得高质量焊缝。