CN109454360A - 一种用于双丝焊接的埋弧焊材 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于双丝焊接的埋弧焊材，由以下质量百分比的元素组成：Mn：1.2‑2.0%；C：0.04‑0.15%；Mo：0.2‑0.5%；Ti：0.07‑0.14%；Si：0.1‑0.5%；B：0.001‑0.008%；S：≤0.006%；P：≤0.008%；Cu：≤0.11%；Ca：0.0003‑0.0008%；余量为Fe。本发明还进一步提供上述埋弧焊材的应用及其焊接工艺。本发明提供的一种用于双丝焊接的埋弧焊材，不仅可用于单丝焊接，还可用于双丝焊接，能够应用于海洋工程装备、桥梁、压力容器、管道等制造业，大幅度的减少了焊接的时间和提高焊接效率，并且能保证焊接的各项性能。

Description

一种用于双丝焊接的埋弧焊材

技术领域

本发明属于焊接材料的技术领域，涉及一种用于双丝焊接的埋弧焊材，具体涉及一种用于双丝焊接的埋弧焊材及其焊接工艺。

背景技术

在海洋工程装备、桥梁、压力容器、管道等制造业中，大体积构建项目越来越多，随着构建体积增大，构建用钢的厚度也随之增加，制造过程中焊接效率也随之有了较高的要求，既要满足高强高韧性的性能要求，又要满足高效率的生产需求，是埋弧焊材需求态势。现阶段采用的焊接工艺多为单丝或单电弧焊接，难以进一步提高生产效率，一般认为，提高焊接生产效率主要是由单位时间内填充金属的融化量——熔敷速度来衡量的。提高熔敷速度意味着热输入量的增加，提高焊接速度就成为提高热输入量的主要方式，但是，提高焊接速度易导致焊道不连续、咬边、未焊透等焊接缺陷，也容易造成焊接缩韧性降低。因此开发双丝焊材，在增加热输入量、提高焊接生产效率的同时保证焊接质量的稳定就显得有重要意义。

当前，国内外关于高效双丝埋弧焊接的文献很多，但国内实际应用中除了少数进口双丝焊材外，国内品牌的高效双丝埋弧焊材应用极少。但多以焊接设备或焊接控制方法为主，如专利公开号CN207386780U的中国专利公开了一种新型双丝焊枪结构；专利公开号CN102922088A的中国专利中公开了一种双丝焊接的控制方法，在熔化电极与母材之间产生电弧并形成熔池，将填充焊丝插入到所述熔池的后半部并进行焊接。这些专利均未涉及双丝焊材以及焊接工艺。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于双丝焊接的埋弧焊材，采用优选的焊材配方以及焊接工艺，作为双丝焊接接头焊接金属板，适用于海洋工程装备、桥梁、压力容器、管道等制造业，用于增加热输入量、提高焊接生产率。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种用于双丝焊接的埋弧焊材，由以下质量百分比的元素组成：Mn(锰)：1.2-2.0％；C(碳)：0.04-0.15％；Mo(钼)：0.2-0.5％；Ti(钛)：0.07-0.14％；Si(硅)：0.1-0.5％；B(硼)：0.001-0.008％；S(硫)：≤0.006％；P(磷)：≤0.008％；Cu(铜)：≤0.11％；Ca(钙)：0.0003-0.0008％；余量为Fe(铁)。

优选地，所述用于双丝焊接的埋弧焊材，由以下质量百分比的元素组成：Mn：1.7-2.0％；C：0.04-0.08％；Mo：0.2-0.3％；Ti：0.11-0.14％；Si：0.10-0.24％；B：0.001-0.003％；S：≤0.006％；P：≤0.008％；Cu：≤0.11％；Ca：0.0003-0.0008％；余量为Fe。

更优选地，所述用于双丝焊接的埋弧焊材，由以下质量百分比的元素组成：Mn：1.75-1.95％；C：0.04-0.07％；Mo：0.22-0.28％；Ti：0.11-0.13％；Si：0.11-0.22％；B：0.001-0.003％；S：≤0.006％；P：≤0.008％；Cu：≤0.11％；Ca：0.0003-0.0008％；余量为Fe。

优选地，所述用于双丝焊接的埋弧焊材，由以下质量百分比的元素组成：Mn：1.5-1.7％；C：0.08-0.12％；Mo：0.3-0.4％；Ti：0.1-0.11％；Si：0.24-0.36％；B：0.006-0.008％；S：≤0.006％；P：≤0.008％；Cu：≤0.11％；Ca：0.0003-0.0008％；余量为Fe。

更优选地，所述用于双丝焊接的埋弧焊材，由以下质量百分比的元素组成：Mn：1.55-1.68％；C：0.08-0.11％；Mo：0.32-0.36％；Ti：0.1-0.11％；Si：0.26-0.32％；B：0.006-0.008％；S：≤0.006％；P：≤0.008％；Cu：≤0.11％；Ca：0.0003-0.0008％；余量为Fe。

优选地，所述用于双丝焊接的埋弧焊材，由以下质量百分比的元素组成：Mn：1.2-1.5％；C：0.12-0.15％；Mo：0.4-0.5％；Ti：0.07-0.10％；Si：0.36-0.50％；B：0.003-0.006％；S：≤0.006％；P：≤0.008％；Cu：≤0.11％；Ca：0.0003-0.0008％；余量为Fe。

更优选地，所述用于双丝焊接的埋弧焊材，由以下质量百分比的元素组成：Mn：1.25-1.47％；C：0.12-0.14％；Mo：0.4-0.5％；Ti：0.07-0.9％；Si：0.38-0.48％；B：0.003-0.006％；S：≤0.006％；P：≤0.008％；Cu：≤0.11％；Ca：0.0003-0.0008％；余量为Fe。

上述元素是指在所述用于双丝焊接的埋弧焊材中起性能作用或需要控制含量的元素，所述元素中不包含用于双丝焊接的埋弧焊材中含量微少且不可避免的杂质元素。

在本发明中通过试验可知，Mn(锰)元素能够有效提高该用于双丝焊接的埋弧焊材的强度，当Mn含量高于1.20％时有助于马氏体和贝氏体的转变，以提高使用该焊材的钢板的强度，并具有良好的脱硫脱氧作用，还能够扩大奥氏体区，但当Mn含量高于2％时会阻碍C元素的扩散，导致经该焊材焊接的焊缝金属韧性降低。

在本发明中通过试验可知，C(碳)元素是该用于双丝焊接的埋弧焊材中不可缺少的主要合金元素，能够提高使用该焊材的钢材强度，当C含量过低时该焊材的强度会降低，当C含量超过0.23％时对焊接不利。

在本发明中通过试验可知，Mo(钼)元素能够改善该用于双丝焊接的埋弧焊材的焊接性能，提高焊缝的耐腐蚀性，增加高温强度，但Mo是贵重金属元素，成本较高，应控制其适当的添加量。

在本发明中通过试验可知，Ti(钛)元素与钢中的N元素的亲和力比B强，加入Ti元素可以防止该焊材中保证B元素像焊缝中过渡，同时在该焊材中B是重要的提高淬透性的元素，Ti、B之间存在交互作用，可在焊缝中获得大量的针状铁素体，相应的焊缝金属具有优异的强韧性。

在本发明中通过试验可知，Si(硅)元素是该用于双丝焊接的埋弧焊材中不可或缺的脱氧元素，当焊缝中Si含量小于0.10％时，脱氧效果较差，焊缝易产生气孔缺陷，Si含量大于0.50％时，容易造成铁素体粗化，降低焊接接头韧性，

在本发明中通过试验可知，B(硼)元素能够抑制该用于双丝焊接的埋弧焊材中先共析铁素体的生成，即固溶的B在奥氏体晶界偏聚，能够降低界面能，抑制先共析铁素体的产生。同时，B元素还能够减低该焊材中奥氏体向铁素体转变的温度，促进针状铁素体的形成。

在本发明中通过试验可知，P(磷)元素在该用于双丝焊接的埋弧焊材中会增加钢的冷脆性，使焊缝性能下降，需严格控制其含量。

在本发明中通过试验可知，S(硫)元素在该用于双丝焊接的埋弧焊材中使钢产生热脆性，降低钢可焊性，是造成焊缝热裂的主要原因，同时还降低了熔敷金属的韧性，需严格控制其含量。

在本发明中通过试验可知，Cu(铜)元素在该用于双丝焊接的埋弧焊材中能够扩大奥氏体区，其与碳不形成碳化物，Cu能提高焊缝金属的淬透性和抗疲劳性，提高焊缝金属固溶强化的作用。

在本发明中通过试验可知，Ca(钙)元素在钢中的作用和稀土元素类似，既能细化晶粒，脱氧去硫，改变非金属夹杂物的成分、数量及形态。Ca在该用于双丝焊接的埋弧焊材中能提高焊材的可焊性，增加焊缝的耐蚀性、耐磨性、耐高温性、提高焊缝金属高温稳定性，减少焊缝金属的抗氢致裂纹。

本发明第二方面提供一种埋弧焊材在双丝焊接上的用途。

优选地，所述用途为所述埋弧焊材在双丝焊接金属板之间作为焊接接头的用途。

更优选地，所述埋弧焊材在双丝焊接金属板之间作为焊接接头的屈服强度≥400MPa。

更优选地，所述埋弧焊材在双丝焊接金属板之间作为焊接接头的抗拉强度≥520MPa。

更优选地，所述金属板为专用于制造业上的金属板。所述制造业包括但不限于海洋工程装备、桥梁、压力容器、管道。

本发明第三方面提供一种用于双丝焊接的埋弧焊材的焊接工艺，将上述埋弧焊材，匹配焊剂焊接金属板。

优选地，所述焊剂为常规使用的焊剂，可从市场上购买获得。具体来说，所述焊剂为由昆山中冶宝钢焊接材料有限公司生产的XUN-121焊剂。

优选地，所述焊接选自单丝焊接或双丝焊接中的一种。

更优选地，所述双丝焊接为用于双丝的埋弧焊接工艺。

更优选地，所述双丝焊接的条件为：焊接电流(I)：680-1000A；电弧电压(U)：30-50V；焊接速度(V)：20-40cm/min；焊接线能量：80-160KJ/cm；预热温度：70-110℃；道间温度：130-220℃；焊后消氢条件：290-310℃*2.0-3.0h。

进一步优选地，所述双丝焊接的条件为：焊接电流(I)：700-900A；电弧电压(U)：32-40V；焊接速度(V)：25-35cm/min；焊接线能量：90-160KJ/cm；预热温度：80-100℃；道间温度：135-210℃；焊后消氢条件：300℃*2.0-3.0h。

更优选地，所述单丝焊接的条件为：焊接电流(I)：600-650A；电弧电压(U)：30-40V；焊接速度(V)：28-32cm/min；焊接线能量：40-60KJ/cm；预热温度：70-110℃；道间温度：130-220℃；焊后消氢条件：290-310℃*2.0-3.0h。

进一步优选地，所述单丝焊接的条件为：焊接电流(I)：650A；电弧电压(U)：35V；焊接速度(V)：30cm/min；焊接线能量：45KJ/cm；预热温度：80-100℃；道间温度：135-210℃；焊后消氢条件：300℃*2.0-3.0h。

优选地，所述金属板为专用于制造业上的金属板。所述制造业包括但不限于海洋工程装备、桥梁、压力容器、管道。

如上所述，本发明提供的一种用于双丝焊接的埋弧焊丝，采用优选的焊材配方以及焊接工艺，匹配焊剂，获得一种满足用于双丝焊接的埋弧焊丝。该种埋弧焊材不仅可用于单丝焊接，还可用于双丝焊接。其作为焊接金属板之间的焊接接头，能够应用于海洋工程装备、桥梁、压力容器、管道等制造业，在海底低温和高压以及其他环境条件下能保证其良好的性能。该种埋弧焊材能够提高焊接速度、焊接电流电压，增加热输入量，大幅度的减少了焊接的时间和提高焊接效率，并且能保证焊接的各项性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指相对压力。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

根据本发明中提供的用于双丝焊接的埋弧焊材中元素的质量百分比，将元素混合后，依次进行铁水脱硫脱磷、转炉冶炼、钢水炉外精炼、连铸、高线、线材轧制后获得原始焊材，再将原始焊材依次进行离线酸洗、拉拔、镀铜、层绕后获得所需埋弧焊材样品1#-7#。埋弧焊材样品1#-7#中元素的质量百分比见下表1。

表1实施例中用于双丝焊接的埋弧焊材成分(Wt％)

实施例2

将实施例1中获得的埋弧焊材样品1#-7#分别匹配XUN-121焊剂分别进行单丝以及双丝焊接，钢板级别为E40，钢板连接方式按中国船级社的埋弧焊丝熔敷金属评定方式进行连接。具体单丝以及双丝焊接的条件见表2。埋弧焊材样品的熔敷金属形成焊接接头的力学性能的试验结果见表3。

表2单丝以及双丝的焊接工艺条件

(*2代表双丝的意思)

表3单丝以及双丝焊接的熔敷金属的力学性能

由表3可知，本发明中埋弧焊材能够提高焊接速度、焊接电流电压，增加热输入量，大幅度的减少了焊接的时间和提高焊接效率，并且能保证焊接的各项性能。本发明中埋弧焊材不仅可用于单丝焊接，还可用于双丝焊接。埋弧焊材样品1#-7#的熔敷金属形成的焊接接头，其屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥520MPa，-60℃冲击功≥39J，在海底低温和高压以及其他环境条件下能保证其良好的性能。特别是埋弧焊材样品应用于双丝焊接中，在大电流下的大线能量的输入情况下，其形成的焊接接头的性能不逊于单丝焊接，各项力学指标均能满足海洋工程装备、桥梁、压力容器、管道等制造业行业的需求。

综上所述，本发明提供的一种用于双丝焊接的埋弧焊材，不仅可用于单丝焊接，还可用于双丝焊接，能够应用于海洋工程装备、桥梁、压力容器、管道等制造业，大幅度的减少了焊接的时间和提高焊接效率，并且能保证焊接的各项性能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种埋弧焊材，由以下质量百分比的元素组成：

Mn：1.2-2.0％；C：0.04-0.15％；Mo：0.2-0.5％；Ti：0.07-0.14％；Si：0.1-0.5％；B：0.001-0.008％；S：≤0.006％；P：≤0.008％；Cu：≤0.11％；Ca：0.0003-0.0008％；余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种埋弧焊材，其特征在于，所述埋弧焊材的元素组成任选以下其一：

1)Mn：1.7-2.0％；C：0.04-0.08％；Mo：0.2-0.3％；Ti：0.11-0.14％；Si：0.10-0.24％；B：0.001-0.003％；S：≤0.006％；P：≤0.008％；Cu：≤0.11％；Ca：0.0003-0.0008％；余量为Fe；

2)Mn：1.5-1.7％；C：0.08-0.12％；Mo：0.3-0.4％；Ti：0.1-0.11％；Si：0.24-0.36％；B：0.006-0.008％；S：≤0.006％；P：≤0.008％；Cu：≤0.11％；Ca：0.0003-0.0008％；余量为Fe；

3)Mn：1.2-1.5％；C：0.12-0.15％；Mo：0.4-0.5％；Ti：0.07-0.10％；Si：0.36-0.50％；B：0.003-0.006％；S：≤0.006％；P：≤0.008％；Cu：≤0.11％；Ca：0.0003-0.0008％；余量为Fe。

3.根据权利要求2所述的一种埋弧焊材，其特征在于，所述1)中的埋弧焊材，由以下质量百分比的元素组成：

Mn：1.75-1.95％；C：0.04-0.07％；Mo：0.22-0.28％；Ti：0.11-0.13％；Si：0.11-0.22％；B：0.001-0.003％；S：≤0.006％；P：≤0.008％；Cu：≤0.11％；Ca：0.0003-0.0008％；余量为Fe。

4.根据权利要求2所述的一种埋弧焊材，其特征在于，所述2)中的埋弧焊材，由以下质量百分比的元素组成：

Mn：1.55-1.68％；C：0.08-0.11％；Mo：0.32-0.36％；Ti：0.1-0.11％；Si：0.26-0.32％；B：0.006-0.008％；S：≤0.006％；P：≤0.008％；Cu：≤0.11％；Ca：0.0003-0.0008％；余量为Fe。

5.根据权利要求2所述的一种埋弧焊材，其特征在于，所述3)中的埋弧焊材，由以下质量百分比的元素组成：

Mn：1.25-1.47％；C：0.12-0.14％；Mo：0.4-0.5％；Ti：0.07-0.9％；Si：0.38-0.48％；B：0.003-0.006％；S：≤0.006％；P：≤0.008％；Cu：≤0.11％；Ca：0.0003-0.0008％；余量为Fe。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种埋弧焊材在双丝焊接上的用途。

7.一种埋弧焊材的焊接工艺，将根据权利要求1-5任一所述的埋弧焊材，匹配焊剂焊接金属板。

8.根据权利要求7所述的一种埋弧焊材的焊接工艺，其特征在于，所述焊接选自单丝焊接或双丝焊接中的一种。

9.根据权利要求8所述的一种埋弧焊材的焊接工艺，其特征在于，所述双丝焊接的条件为：焊接电流：680-1000A；电弧电压：30-50V；焊接速度：20-40cm/min；焊接线能量：80-160KJ/cm；预热温度：70-110℃；道间温度：130-220℃；焊后消氢条件：290-310℃*2.0-3.0h。

10.根据权利要求8所述的一种埋弧焊材的焊接工艺，其特征在于，所述单丝焊接的条件为：焊接电流：600-650A；电弧电压：30-40V；焊接速度：28-32cm/min；焊接线能量：40-60KJ/cm；预热温度：70-110℃；道间温度：130-220℃；焊后消氢条件：290-310℃*2.0-3.0h。