CN113478115A - 一种电弧熔覆药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电弧熔覆药芯焊丝，各合金组元的质量百分比为：Fe8‑15％，C0.01‑0.1％，Mn0.1‑0.5％，Si0.1‑0.5％，Ni45‑60％，Nb3‑5％，Mo7‑14％，Cr18‑25％，余量为Al+Ti混合粉末，以上组元质量百分比之和为100％；本发明的金属药芯焊丝可以提高基体的耐腐蚀性能，可以大大增加工件的服役寿命；本发明还公开了一种电弧熔覆药芯焊丝的制备方法，有利于节约成本，并且对保护生态环境有积极意义。

Description

一种电弧熔覆药芯焊丝及其制备方法
技术领域
本发明属于高温合金强化表面工程技术领域，涉及一种电弧熔覆药芯焊丝。
本发明还涉及一种电弧熔覆药芯焊丝的制备方法。
背景技术
随着对能源需求的增加，油田开发逐渐向着深层、高温、高压、高腐蚀性等恶劣的环境中进行。其中对于高腐蚀性能类气体开发目前面临的技术难点之一是气井开发和地面输送管道中所使用的金属材料严重腐蚀，给石油气田安全运行带来了潜在威胁，国内耐腐蚀专用管材及生产技术比较落后，大多数都是从国外引进，引进材料不仅价格昂贵而且在能源安全战略上受制于人。从六十年代起，国外就已经开始了对耐腐蚀材料的开发和使用，从生产工艺、使用性能、检验方法等方面进行了大量的研究，也已经积累了许多宝贵的技术及经验，在工程实际应用上也已经取得了显著的效益。虽然近年来国内在耐腐蚀材料方面有重大突破，但相比于国外耐腐蚀材料的发展和应用，我们整体还显得比较落后，远远不能适应生产发展的需要。因此，提高材料的耐腐蚀性能很有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种电弧熔覆药芯焊丝，通过使用专门制备的金属药芯焊丝对工件进行表面强化处理，使析出物减少，从而提升材料的耐点蚀能力，使工件的耐腐蚀性能提升；在平面上单道电弧熔覆平均厚度为1mm左右，熔覆后未发现裂纹；总之，得到的电弧熔覆工件，耐腐蚀性能优异，提高了使用性能，延长了使用寿命。
本发明的另一个目的是提供一种电弧熔覆药芯焊丝的制备方法。
本发明所采用的第一个技术方案是，一种电弧熔覆药芯焊丝，各合金组元的质量百分比为：Fe8-15％，C0.01-0.1％，Mn0.1-0.5％，Si0.1-0.5％，Ni45-60％，Nb3-5％，Mo7-14％，Cr18-25％，余量为Al+Ti混合粉末，以上组元质量百分比之和为100％。
本发明所采用的第二个技术方案是，一种电弧熔覆药芯焊丝的制备方法，具体按以下步骤实施：
步骤1，将粉末粒度为100目的各合金成分烘干，再按质量百分比分别称取金属药芯焊丝：Fe8-15％，C0.01-0.1％，Mn0.1-0.5％，Si0.1-0.5％，Ni45-60％，Nb3-5％，Mo7-14％，Cr18-25％，余量为Al+Ti混合粉末，以上组分含量的质量百分比之和为100％；
步骤2，将烘干后的焊料成分在真空管式炉中加热保温一段时间；
步骤3，将真空管式炉中烘干后的药芯粉末填充到钢带U型槽内，经过闭合轧制后制成药芯焊丝；
步骤4，应用性能试验：将制备好的药芯焊丝进行焊接操作，并对熔覆后的工件取样，对所得样品进行电化学腐蚀，测其开路电位及点蚀电位。
本发明第二个技术方案的特点还在于：
其中步骤2中将烘干后的焊料成分在氩气氛围中的真空管式炉中加热保温；
其中步骤2中加热温度为200～250℃，保温时间为1小时；
其中步骤3中首先制成2.5mm的药芯焊丝，再通过一次次减少孔径的方法，最终制成1.2mm的药芯焊丝；
其中步骤4中焊接过程及应用性能实验具体为：采用TIG焊，先打磨需要被焊接的低合金钢板材，然后对低合金钢板材进行电弧熔覆，再将熔覆后的工件进行线切割，最后在制样后进行电化学腐蚀，测其开路电位及电蚀电位；
其中TIG焊的工艺参数为:焊接电流150A，焊接速度为12-14mm/min。
本发明的有益效果是：
本发明所采用的一种电弧熔覆药芯焊丝，可以提高基体的耐腐蚀性能，可以大大增加工件的服役寿命，有利于节约成本，并且对保护生态环境有积极意义，药芯焊丝具有焊接飞溅小、熔覆速度高、焊缝成形美观、可进行全位置焊接的优点；本发明所采用一种电弧熔覆药芯焊丝的制备方法，通过使用专门制备的金属药芯焊丝对工件进行表面强化处理，使析出物减少，从而提升材料的耐点蚀能力，使工件的耐腐蚀性能提升；在平面上单道电弧熔覆平均厚度为1mm左右，熔覆后未发现裂纹；总之，得到的电弧熔覆工件，耐腐蚀性能优异，提高了使用性能，延长了使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种电弧熔覆药芯焊丝，各合金组元的质量百分比为：Fe8-15％，C0.01-0.1％，Mn0.1-0.5％，Si0.1-0.5％，Ni45-60％，Nb3-5％，Mo7-14％，Cr18-25％，余量为Al+Ti混合粉末，以上组元质量百分比之和为100％。
本发明还提供了一种电弧熔覆药芯焊丝的制备方法及其应用性能实验，具体按以下步骤实施：
步骤1，将粉末粒度为100目的各焊料成分烘干，再按照所需合金成分，用电子天平称取所需克数；
步骤2，将烘干后的焊料成分在氩气氛围中的真空管式炉中加热至200℃，保温1小时；
步骤3，将真空管式炉中烘干后的药芯粉末填充到钢带U型槽内，经过闭合轧制后制成2.5mm的药芯焊丝，再通过一次次减少孔径的方法，最终制成1.2mm的药芯焊丝；
步骤4，将制备好的药芯焊丝进行焊接操作，先打磨需要被焊接的低合金钢板材，然后对低合金钢板材进行电弧熔覆，再将熔覆后的工件进行线切割，最后在制样后进行电化学腐蚀，测得其开路电位及点蚀电位。
本发明专利的金属药芯焊丝化学成分设计的依据下：
尽量降低焊丝中C元素的含量，在低碳的基础上添加Fe、Mn、Si、Ni、Nb、Mo、Cr、Al+Ti混合粉末来降低裂纹敏感指数、保证强度、提高低温韧性以及耐腐蚀性能。
Ni的主要作用是使钢具有良好的强度及塑韧性，并具有优良的冷、热加工性、冷成形性以及无磁等性能；
Cr能增大碳的溶解度，增强合金的抗腐蚀能力，当钢种同时有Mo存在时，Cr的这种有效性将大大增强；
Mo的主要作用是提高合金在还原性介质的耐蚀性，并提高合金的耐点腐蚀等性能；
Si、Mn元素有较好的固溶强化作用，其次，Si和Mn一般用于联合脱氧，减少因堆焊层增氧引起的堆焊层金属脆化；
Ti在合金中常作为稳定化元素，优先于碳结合形成TiC，从而提高奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀的能力；
Al在合金中与Fe、Ni发生反应可形成一些性能优良且有序的金属间化合物，从而提高奥氏体的抗蠕变能力。
实施例1
一种电弧熔覆的金属药芯焊丝的原料成分为：Fe9.18％，C0.1％，Mn0.31％，Si0.31％，Ni57.15％，Nb3.35％，Mo8.50％，Cr20.5％，Al+Ti0.6％，以上组分含量的质量百分比之和为100％；
制备步骤如下：
步骤1，将粉末粒度为100目的各焊料成分烘干，再按照所需合金成分，用电子天平称取所需克数；
步骤2，将烘干后的焊料成分在氩气氛围中的真空管式炉中加热至200℃～250℃，保温1小时；
步骤3，将真空管式炉中烘干后的药芯粉末填充到钢带U型槽内，经过闭合轧制后制成2.5mm的药芯焊丝，再通过一次次减少孔径的方法，最终制成1.2mm的药芯焊丝；
步骤4，将制备好的药芯焊丝进行焊接操作，先打磨需要被焊接的低合金钢板材，然后对低合金钢板材进行电弧熔覆，再将熔覆后的工件进行线切割，最后在制样后进行电化学腐蚀，测得其开路电位及点蚀电位。
经实验发现：本实施例中得到的电弧熔覆工件的熔覆层平均厚度为1mm；电弧熔覆工件表面未发现裂纹；对制得的样品进行电化学腐蚀，测得其开路电位是-0.3766V，相对于基体的-0.5916V而言，其开路电位有很大的提升，这说明本发明专利所制得药芯焊丝可以有效提高低合金钢的耐腐蚀性能。(在电化学腐蚀中，越大的开路电位代表着更好的耐腐蚀性能)；点蚀电位为-0.2273V，相对于基体的-0.6250V,其点蚀电位有大幅度提升，熔覆层钝化膜耐点蚀性能提升。
实施例2
一种电弧熔覆的金属药芯焊丝的原料成分为：Fe 11.57％，C 0.1％,Mn0.31％，Si0.31％，Ni 53.28％，Nb 3.85％，Mo 9.0％，Cr 21.0％，Al+Ti 0.58％，以上组分含量的质量百分比之和为100％；
制备步骤如下：
步骤1，将粉末粒度为100目的各焊料成分烘干，再按照所需合金成分，用电子天平称取所需克数；
步骤2，将烘干后的焊料成分在氩气氛围中的真空管式炉中加热至200℃～250℃，保温1小时；
步骤3，将真空管式炉中烘干后的药芯粉末填充到钢带U型槽内，经过闭合轧制后制成2.5mm的药芯焊丝，再通过一次次减少孔径的方法，最终制成1.2mm的药芯焊丝；
步骤4，将制备好的药芯焊丝进行焊接操作，先打磨需要被焊接的低合金钢板材，然后对低合金钢板材进行电弧熔覆，再将熔覆后的工件进行线切割，最后在制样后进行电化学腐蚀，测得其开路电位及点蚀电位。
经实验发现：本实施例中得到的电弧熔覆工件的熔覆层平均厚度为1mm；电弧熔覆工件表面未发现裂纹；对制得的样品进行电化学腐蚀，测得其开路电位是-0.3588V，相对于基体的-0.5916V而言，其开路电位有很大的提升，这说明本发明专利所制得药芯焊丝可以有效提高低合金钢的耐腐蚀性能。(在电化学腐蚀中，越大的开路电位代表着更好的耐腐蚀性能)；点蚀电位为-0.3279V，相对于基体的-0.6250V,其点蚀电位有大幅度提升，熔覆层钝化膜耐点蚀性能提升。
实施例3
一种电弧熔覆的金属药芯焊丝的原料成分为：Fe 13.68％，C 0.1％,Mn0.31％，Si0.31％，Ni 50.17％，Nb 3.85％，Mo 9.50％，Cr 21.5％，Al+Ti 0.58％，以上组分含量的质量百分比之和为100％；
制备步骤如下：
步骤1，将粉末粒度为100目的各焊料成分烘干，再按照所需合金成分，用电子天平称取所需克数；
步骤2，将烘干后的焊料成分在氩气氛围中的真空管式炉中加热至200℃～250℃，保温1小时；
步骤3，将真空管式炉中烘干后的药芯粉末填充到钢带U型槽内，经过闭合轧制后制成2.5mm的药芯焊丝，再通过一次次减少孔径的方法，最终制成1.2mm的药芯焊丝；
步骤4，将制备好的药芯焊丝进行焊接操作，先打磨需要被焊接的低合金钢板材，然后对低合金钢板材进行电弧熔覆，再将熔覆后的工件进行线切割，最后在制样后进行电化学腐蚀，测得其开路电位及点蚀电位。
经实验发现：本实施例中得到的电弧熔覆工件的熔覆层平均厚度为1mm；电弧熔覆工件表面未发现裂纹；对制得的样品进行电化学腐蚀，测得其开路电位是-0.288V，相对于基体的-0.5916V而言，其开路电位有很大的提升，这说明本发明专利所制得药芯焊丝可以有效提高低合金钢的耐腐蚀性能。(在电化学腐蚀中，越大的开路电位代表着更好的耐腐蚀性能)；点蚀电位为-0.2061V，相对于基体的-0.6250V,其点蚀电位有大幅度提升，熔覆层钝化膜耐点蚀性能提升。
对所制得的样品进行电化学腐蚀，测得实例1开路电位为-0.3766V，实例2开路电位为-0.3588V，实例3开路电位为-0.288V，而基体的开路电位为-0.5916V，通过对比可以发现运用电弧熔覆的方法可以有效提高合金的耐腐蚀性能。

Claims (7)

1.一种电弧熔覆药芯焊丝，其特征在于，各合金组元的质量百分比为：Fe8-15％，C0.01-0.1％，Mn0.1-0.5％，Si0.1-0.5％，Ni45-60％，Nb3-5％，Mo7-14％，Cr18-25％，余量为Al+Ti混合粉末，以上组元质量百分比之和为100％。
2.一种电弧熔覆药芯焊丝的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：
步骤1，将粉末粒度为100目的各合金成分烘干，再按质量百分比分别称取金属药芯焊丝：Fe8-15％，C0.01-0.1％，Mn0.1-0.5％，Si0.1-0.5％，Ni45-60％，Nb3-5％，Mo7-14％，Cr18-25％，余量为Al+Ti混合粉末，以上组分含量的质量百分比之和为100％；
步骤2，将烘干后的焊料成分在真空管式炉中加热保温一段时间；
步骤3，将真空管式炉中烘干后的药芯粉末填充到钢带U型槽内，经过闭合轧制后制成药芯焊丝；
步骤4，应用性能试验：将制备好的药芯焊丝进行焊接操作，并对熔覆后的工件取样，对所得样品进行电化学腐蚀，测其开路电位及点蚀电位。
3.根据权利要求2所述的一种电弧熔覆药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤2中将烘干后的焊料成分在氩气氛围中的真空管式炉中加热保温。
4.根据权利要求2所述的一种电弧熔覆药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤2中加热温度为200～250℃，保温时间为1小时。
5.根据权利要求2所述的一种电弧熔覆药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤3中首先制成2.5mm的药芯焊丝，再通过一次次减少孔径的方法，最终制成1.2mm的药芯焊丝。
6.根据权利要求2所述的一种电弧熔覆药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述步骤4中焊接过程及应用性能实验具体为：采用TIG焊，先打磨需要被焊接的低合金钢板材，然后对低合金钢板材进行电弧熔覆，再将熔覆后的工件进行线切割，最后在制样后进行电化学腐蚀，测得其开路电位及点蚀电位。
7.根据权利要求6所述的一种电弧熔覆药芯焊丝的制备方法，其特征在于，所述TIG焊的工艺参数为:焊接电流150A，焊接速度为12-14mm/min。
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