CN113695784B - 一种用于fcb大线能量埋弧焊的焊丝/焊剂制备及应用 - Google Patents

一种用于fcb大线能量埋弧焊的焊丝/焊剂制备及应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于埋弧焊技术领域，提供了一种用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝及其制备、焊剂及其制备、焊接材料及其应用。本发明在焊丝中加入Cu、Ni、Cr和Mo耐蚀元素的基础上，并控制焊丝中P＜0.005％、S＜0.002％，使得焊丝具有优良的耐海水/硫化氢腐蚀能力；同时在大焊速下具有良好的送丝稳定性，适用于50～200kJ/cm大线能量FCB法埋弧焊，生产效率大幅提高。本发明在焊剂中添加含有镧、铈、钇和钛的形核剂，抑制大线能量焊接条件下的晶粒粗化，使焊缝形成相互交织咬合的针状铁素体联锁组织，在细化晶粒提高焊缝金属强韧性和抗裂性的同时，有效控制夹杂物的形状与尺寸，从而兼顾了焊缝的耐蚀性。

Description

一种用于FCB大线能量埋弧焊的焊丝/焊剂制备及应用
技术领域
本发明涉及埋弧焊技术领域，尤其涉及一种用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝及其制备、焊剂及其制备、焊接材料及其应用。
背景技术
随着国民经济的高速发展，我国对石油进口的需求不断增加，石油进口主要依靠油船运输，油船的货油舱内壁在海水、富硫化氢潮湿气氛的多重腐蚀条件下服役，对货油舱钢板和焊接接头的耐蚀性要求较高。为提高油船使用寿命，降低货油舱的维护难度和涂装成本，近年来，船用耐蚀钢及配套焊接材料在油船建造中得到了广泛使用。随着石油运输需求的快速增长，油船逐渐向大型化趋势发展，货油舱耐蚀钢壁厚尺寸也随之增大。目前，国内各船企在油船焊接生产过程中，为了同时保证焊接接头的机械性能和耐蚀性能，通常只采用小热输入(<40KJ/cm)的焊接方式，导致生产效率降低，生产成本增加，无法满足现代经济发展的需求。
中国专利CN200910272211.X公开了一种耐海水腐蚀埋弧焊丝，具有耐腐蚀、强度高、韧性好、抗焊接冷裂能力强等特点，其抗拉强度大于600MPa，-40℃的低温冲击性能Akv≥65J，但其发明的埋弧焊丝未涉及硫化氢腐蚀条件下的应用情况。同时，该专利中的焊接热输入范围仅为10～22kJ/cm。
中国专利CN201510271104.0公开了一种耐蚀钢焊接专用埋弧焊丝，其抗拉强度大于500MPa，熔敷金属低温冲击值KV2(-40℃)大于90J，与耐蚀钢板匹配良好，最适合与焊剂SJ105G配合使用，满足耐蚀钢板耐腐蚀要求，但其发明的埋弧焊丝未涉及大线能量条件下的焊接工艺及应用。
采用FCB法(焊剂铜衬垫法，Flux Copper Backing，简称FCB)大线能量埋弧焊工艺进行拼板对接焊接，可大大提高焊接效率，缩短生产周期。FCB法是指在板状铜板上均匀铺设4～6mm厚的衬垫焊剂，用充气软管顶压装置将其与钢板背面紧密贴合，再在坡口正面堆覆表面焊剂，并由正面焊接，同时形成背面焊缝的单面埋弧焊接法。这种焊接方法不需要双面焊中对打底焊道的反面碳弧清根，不需要翻转拼板，可采用双丝或多丝焊接，从而大大提高了焊接效率。由于在焊剂层下面有铜板存在，故背面焊道的高度能够均一控制，因此对坡口精度和焊接条件变化较不敏感。
FCB法大线能量埋弧焊的热输入较高，一般大于50kJ/cm，会导致焊缝金属的晶粒严重粗化，对焊接接头的强度和塑韧性造成极为不良的影响。通过氧化物冶金，即通过加入氧化物颗粒，利用氧化物夹杂作为形核核心，从而抑制大线能量下的焊缝晶粒长大，提高焊缝的强度和韧性，但此种方法中的氧化物夹杂会导致焊缝耐蚀性下降。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝及其制备、焊剂及其制备、焊接材料及其应用。利用本发明提供的焊丝和焊剂使得焊缝兼具优异的耐蚀性和韧性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝，包括以下重量百分含量的元素：C≤0.1％，Mn 1.0～1.7％，Si≤0.5％，Ni 0.3～1.0％，Cr 0.03～0.1％，Mo 0.05～0.15％，Cu 0.1～0.2％，Ti 0.02～0.1％，稀土元素0.02～0.1％，P＜0.005％，S＜0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述稀土元素包括镧、铈和钇中的一种或多种。
本发明还提供了上述技术方案所述的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝的制备方法，包括以下步骤：
将焊丝原料依次进行冶炼、精炼和连铸，得到连铸方坯；
将所述连铸方坯依次进行预热和盘条热轧，得到热轧盘条；
将所述热轧盘条依次进行退火、酸洗和拉拔，得到焊丝前驱体；
将所述焊丝前驱体进行整理，得到所述用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝。
优选地，所述盘条热轧的开轧温度为1050±50℃，终轧温度为900±50℃。
优选地，所述退火的温度为850±20℃，时间为2～3h。
本发明还提供了一种用于FCB法大线能量埋弧焊的焊剂，制备原料包括焊剂原料和粘结剂；所述焊剂原料包括以下重量百分含量的组分：
电熔镁砂15～35％，大理石5～10％，荧石10～25％，铝矾土15～35％，硅灰石5～15％，金红石5～10％，锆英砂5～10％，形核剂0.1～0.5％；
所述形核剂为含镧、铈、钇和钛的复合粉末。
优选地，所述形核剂中镧、铈、钇和钛的摩尔比为1：1：1：(1～2)。
本发明还提供了上述技术方案所述的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊剂的制备方法，包括以下步骤：
将焊剂原料混合，得到混合干料；
将所述混合干料和粘结剂混合，进行造粒，得到颗粒状焊剂；
将所述颗粒状焊剂依次进行干燥和烧结，得到所述用于FCB法大线能量埋弧焊的焊剂。
本发明还提供了一种用于FCB法大线能量埋弧焊的焊接材料，包括独立分装的焊丝和焊剂；所述焊丝为上述技术方案所述的焊丝或上述技术方案所述的制备方法得到的焊丝；
所述焊剂为上述技术方案所述的焊剂或上述技术方案所述的制备方法得到的焊剂。
本发明还提供了上述技术方案所述的焊丝、上述技术方案所述的制备方法得到的焊丝、上述技术方案所述的焊剂、上述技术方案所述的制备方法得到的焊剂、上述技术方案所述的焊剂材料在FCB法大线能量埋弧焊中应用。
本发明提供了一种用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝，包括以下重量百分含量的元素：C≤0.1％，Mn 1.0～1.7％，Si≤0.5％，Ni 0.3～1.0％，Cr 0.03～0.1％，Mo 0.05～0.15％，Cu 0.1～0.2％，Ti 0.02～0.1％，稀土元素0.02～0.1％，P＜0.005％，S＜0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明在焊丝中加入Cu、Ni、Cr和Mo耐蚀元素的基础上，并控制焊丝中P＜0.005％、S＜0.002％，使得焊丝具有优良的耐海水/硫化氢腐蚀能力；同时在大焊速下具有良好的送丝稳定性，适用于50～200kJ/cm大线能量FCB法埋弧焊，生产效率大幅提高。
本发明还提供了一种用于FCB法大线能量埋弧焊的焊剂，制备原料包括焊剂原料和粘结剂；所述焊剂原料包括以下重量百分含量的组分：电熔镁砂15～35％，大理石5～10％，荧石10～25％，铝矾土15～35％，硅灰石5～15％，金红石5～10％，锆英砂5～10％，形核剂0.1～0.5％；所述形核剂为含镧、铈、钇和钛的复合粉末。本发明在焊剂中添加含有镧、铈、钇和钛的形核剂，抑制大线能量焊接条件下的晶粒粗化，使焊缝形成相互交织咬合的针状铁素体联锁组织，在细化晶粒提高焊缝金属强韧性和抗裂性的同时，有效控制夹杂物的形状与尺寸，从而兼顾了焊缝的耐蚀性。
附图说明
图1为利用实施例1得到的焊丝和焊剂对母材进行FCB埋弧焊得到的接头在上甲板耐腐蚀试样的显微组织图片；
图2为利用实施例1得到的焊丝和焊剂对母材进行FCB埋弧焊得到的接头在下甲板耐腐蚀试样的显微组织图片。
具体实施方式
本发明提供了一种用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝，包括以下重量百分含量的元素：C≤0.1％，Mn 1.0～1.7％，Si≤0.5％，Ni 0.3～1.0％，Cr 0.03～0.1％，Mo 0.05～0.15％，Cu 0.1～0.2％，Ti 0.02～0.1％，稀土元素0.02～0.1％，P＜0.005％，S＜0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明提供的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝包括重量百分含量≤0.1％的C，优选为0.07～0.099％，进一步优选为0.08～0.09％。本发明提供的焊丝中C是固溶强化元素，可提高焊缝强度，但过高的C会导致焊缝韧性和焊丝焊接性下降，控制在0.1％以下可保证焊缝的低温韧性，同时具备良好的焊接性。
本发明提供的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝包括重量百分含量为1.0～1.7％的Mn，优选为1.2～1.6％，进一步优选为1.3～1.5％，更优选为1.3～1.4％。本发明提供的焊丝中Mn的重量百分含量控制在1.0～1.7％，起到固溶强化和细化晶粒的作用，在焊缝C含量较低时可保证焊缝金属的强度和韧性。
本发明提供的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝包括重量百分含量≤0.5％的Si，优选为0.01～0.5％，进一步优选为0.05～0.20％，更优选为0.1～0.20％。本发明提供的焊丝中Si可使得铁素体更稳定，同时与Mn元素组合可在大线能量埋弧焊时起到联合脱氧的作用，但过高的Si会导致低温韧性下降，因此控制在0.5％以下。
本发明提供的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝包括重量百分含量为0.3～1.0％的Ni，优选为0.35～0.9％，进一步优选为0.4～0.7％，更优选为0.4～0.5％。本发明提供的焊丝中Ni的重量百分含量控制在0.3～1.0％，能够促进焊缝组织细化，大幅度提高焊缝的低温韧性及耐蚀性，同时便于控制焊丝成本。
本发明提供的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝包括重量百分含量为0.03～0.1％的Cr，优选为0.03～0.08％，进一步优选为0.035～0.06％，更优选为0.04～0.05％。
本发明提供的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝包括重量百分含量为0.05～0.15％的Mo，优选为0.06～0.13％，进一步优选为0.07～0.11％，更优选为0.085～0.095％。本发明提供的焊丝中Cr和Mo能够提高大线能量埋弧焊后焊缝金属的强度和耐硫化氢腐蚀能力，同时可使铁素体更稳定。
本发明提供的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝包括重量百分含量为0.1～0.2％的Cu，优选为0.12～0.19％，进一步优选为0.15～0.19％。本发明的焊丝中Cu能够大幅度提高焊缝金属的耐海水和硫化氢耐蚀性，但过量的铜可能会导致焊缝韧性下降及焊接裂纹，因此控制在0.1～0.2％。
本发明提供的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝包括重量百分含量为0.02～0.1％的Ti，优选为0.03～0.09％，进一步优选为0.04～0.08％，更优选为0.045～0.07％。本发明提供的焊丝中Ti能够在大线能量埋弧焊时，诱导针状铁素体晶粒形核，起到细化晶粒、提高强度与韧性的作用，但过量的Ti元素会造成低温韧性下降，因此控制在0.02～0.1％。
本发明提供的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝包括重量百分含量为0.02～0.1％的稀土元素，优选为0.02～0.05％，进一步优选为0.021～0.04％，更优选为0.022～0.03％。在本发明中，所述稀土元素优选包括镧、铈和钇中的一种或多种，进一步优选为镧、铈和钇的稀土混合物；所述稀土混合物中镧、铈和钇的质量比优选为1：(1～2)：(1～2)。本发明的焊丝中的稀土元素优选为镧、铈和钇时，在大线能量埋弧焊条件下，可细化晶粒，减小材料的各向异性，促进夹杂物球化、细化和弥散分布，起到改善焊缝力学性能和耐蚀性的作用。
本发明提供的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝包括重量百分含量＜0.005％的P，优选≤0.002％，进一步优选为0.0010～0.0020％。
本发明提供的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝包括重量百分含量＜0.002％的S，优选≤0.002％，进一步优选为0.0010～0.0020％。本发明提供的焊丝中P和S均为有害杂质元素，应当控制在较小范围内，当焊丝中P＜0.005％时，S＜0.002％时，焊缝金属的耐蚀性大大提高。
本发明提供的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝包括余量的Fe和不可避免的杂质。
本发明还提供了上述技术方案所述的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝的制备方法，包括以下步骤：
将焊丝原料依次进行冶炼、精炼和连铸，得到连铸方坯；
将所述连铸方坯依次进行预热和盘条热轧，得到热轧盘条；
将所述热轧盘条依次进行退火、酸洗和拉拔，得到焊丝前驱体；
将所述焊丝前驱体进行整理，得到所述用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝。
在本发明中，如无特殊说明，本发明所用原料均优选为市售产品。
本发明将焊丝原料依次进行冶炼、精炼和连铸，得到连铸方坯。
在本发明中，所述焊丝原料优选根据上述技术方案所述的元素配比进行设置。本发明对所述冶炼的操作不做具体限定，采用本领域技术人员公知的冶炼技术即可。在本发明中，所述冶炼优选在真空感应炉中进行。
在本发明中，所述精炼优选为炉外精炼。本发明对所述炉外精炼的操作不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的炉外精炼操作即可，只要能够将P、S和O杂质元素尽量除去即可。
本发明对所述连铸的参数不做具体限定，只要能够得到连铸方坯即可。
在本发明中，所述连铸方坯的截面尺寸优选为160mm×160mm。
所述连铸后，本发明优选还包括将所得连铸产物缓冷和清理。本发明对所述缓冷的操作不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的换冷操作即可，只要能够防止铸坯开裂。本发明对所述清理的操作不做具体限定，只要能够保证后续热轧盘条的表面质量即可。
连铸方坯后，本发明将所述连铸方坯依次进行预热和盘条热轧，得到热轧盘条。
在本发明中，所述预热的温度优选为200～350℃，由室温升至预热的温度的速率优选为10～15℃/min。
在本发明中，所述盘条热轧的开轧温度优选为1050±50℃，终轧温度优选为900±50℃。
所述盘条热轧后，本发明优选还包括将所得盘条热轧产物降温至室温。在本发明中，所述降温的速率优选≤1℃/s。
得到热轧盘条后，本发明将所述热轧盘条依次进行退火、酸洗和拉拔，得到焊丝前驱体。
在本发明中，所述退火的温度优选为850±20℃，退火时间优选为1～2h。
将所述焊丝前驱体进行整理，得到所述用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝。
本发明对所述酸洗的参数不做具体限定，只要能够去除热轧盘条表面较厚的氧化皮即可。
在本发明中，所述拉拔的次数优选为3～6次，拉拔完成后得到直径为4.0mm的焊丝前驱体。
得到焊丝前驱体后，本发明将所述焊丝前驱体进行整理，得到所述用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝。
在本发明中，所述整理优选包括依次进行清洗、烘干、镀铜、表面处理和层绕打轴。
在本发明中，所述清洗的试剂优选为含表面活性剂成分的金属清洗剂；所述金属清洗剂中表面活性剂优选包括十二烷基苯磺酸钠、异构十三醇乙氧基化物、异构十醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚和三乙胺醇钠中的一种或几种；所述金属清洗剂中表面活性剂的质量百分含量优选15～20％。在本发明中，所述清洗优选在超声振荡的条件下进行；所述超声振荡的频率优选为20～35kHz；温度优选为40～65℃；时间优选为20～30min；所述清洗能够去除焊丝前驱体上的润滑剂和氧化皮。
本发明对所述烘干的参数不做具体限定，只要能够将焊丝前驱体表面的溶剂去除干净即可。
本发明对所述镀铜的操作不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的镀铜即可。
本发明对所述表面处理的参数不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的表面处理操作即可。
本发明对所述层饶打轴的参数不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的层绕打轴的操作即可。
本发明还提供了上述技术方案所述的焊丝在FCB法大线能量埋弧焊中的应用。
本发明还提供了一种用于FCB法大线能量埋弧焊的焊剂，制备原料包括焊剂原料和粘结剂。
在本发明中，所述焊剂原料包括以下重量百分含量的组分：电熔镁砂15～35％，大理石5～10％，荧石10～25％，铝矾土15～35％，硅灰石5～15％，金红石5～10％，锆英砂5～10％，形核剂0.1～0.5％。
在本发明中，所述焊剂原料中包括重量百分含量为15～35％的电熔镁砂，优选为20～30％，进一步优选为24～27％，更优选为25～26％；所述电熔镁砂的粒径优选为30～60目。本发明提供的焊剂中电熔镁砂能够可保证焊剂具有较高的熔点和碱度，提高熔渣保护作用及焊缝力学性能。
在本发明中，所述焊剂原料中包括重量百分含量为5～10％的大理石，优选为6～9％，进一步优选为7～9％，更优选为8～9％。在本发明中，所述大理石的粒径优选为30～60目。本发明提供的焊剂中的大理石能够在焊接过程中造气，增加熔池的搅拌作用，有利于熔渣上浮，并具有较强的脱硫、脱磷能力，起到净化焊缝金属、提高焊缝耐蚀性的作用。
在本发明中，所述焊剂原料中包括重量百分含量为10～25％的萤石，优选为15～23％，进一步优选为18～20％；所述萤石的粒径优选为30～60目。本发明提供的焊剂中的萤石能够脱除焊缝金属的氢、氧有害杂质元素，提高焊缝力学性能。
在本发明中，所述焊剂原料中包括重量百分含量为15～35％的铝矾土，优选为15～25％，更优选为19～21％；所述铝矾石的粒径优选为30～60目。
在本发明中，所述焊剂原料中包括重量百分含量为5～15％的硅灰石，优选为7～13％，进一步优选为8～12％，更优选为9～11％；所述硅灰石的粒径优选为30～60目。
在本发明中，所述焊剂原料中包括重量百分含量为5～10％的金红石，优选为6～10％，进一步优选为8～10％；所述金红石的粒径优选为30～60目。
在本发明中，所述焊剂原料中包括重量百分含量为5～10％的锆英砂，优选为6～9％，进一步优选为7～8％；所述锆英砂的粒径优选为30～60目。
在本发明中，所述焊剂原料中包括重量百分含量为0.1～0.5％的形核剂，优选为0.2～0.4％，进一步优选为0.2～0.3％；所述形核剂的粒径优选为2μm～2.5μm。在本发明中，所述形核剂优选为含镧、铈、钇和钛的复合粉末；所述复合粉末中镧、铈、钇和钛的摩尔比优选为1：1：1：(1～2)，进一步优选为1：1：1：(1.2～1.8)，更优选为1：1：1：(1.4～1.6)。在本发明中，所述形核剂优选为稀土粉末原料利用沉淀法制备得到；所述沉淀法的团聚粒子的粒度≤2.5μm。本发明提供的形核剂通过异质形核的方式细化晶粒，控制夹杂物的形状与尺寸，从而显著提高焊缝金属的强韧性、抗裂性和耐蚀性。
在本发明中，所述粘结剂优选为水玻璃；所述水玻璃优选为钾水玻璃和钠水玻璃的混合物，所述混合物中钾水玻璃与钠水玻璃的摩尔比优选为1：1，所述水玻璃的模数优选为2.0～3.0。
在本发明中，所述粘结剂的质量优选为焊剂原料的质量的25～30％。
本发明还提供了上述技术方案所述的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊剂的制备方法，包括以下步骤：
将焊剂原料混合，得到混合干料；
将所述混合干料和粘结剂混合，进行造粒，得到颗粒状焊剂；
将所述颗粒状焊剂依次进行干燥和烧结，得到所述用于FCB法大线能量埋弧焊的焊剂。
本发明将焊剂原料混合，得到混合干料。
本发明对所述焊剂原料混合的方式不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的干粉混合方式即可。
得到混合干料后，本发明将所述混合干料和粘结剂混合，进行造粒，得到颗粒状焊剂。
在本发明中，所述混合干料和粘结剂混合优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的转速和时间不做具体限定，只要能够将混合干料和粘结剂混合均匀即可。
在本发明中，所述造粒优选在造粒盘中进行。
在本发明中，所述颗粒状焊剂的粒径优选为0.8～2.0mm。
得到颗粒状焊剂后，本发明将所述颗粒状焊剂依次进行干燥和烧结，得到所述用于FCB法大线能量埋弧焊的焊剂。
在本发明中，所述干燥的温度优选为250～280℃，进一步优选为260～270℃；时间优选为1～1.5h；所述干燥优选为烘干炉中进行。
在本发明中，所述烧结的温度优选为750～770℃，进一步优选为760℃；时间优选为1～2h；所述烧结优选在高温烧结炉中进行。
所述烧结后，本发明优选还包括自然冷却和过筛；所述自然冷却的终温优选≤100℃。
本发明对所述过筛的参数不做具体限定，只要能够目标尺寸的焊剂即可。
在本发明中，所述焊剂的粒径优选小于0.18mm，进一步优选为0.12mm～0.16mm。
本发明还提供了上述技术方案所述的焊剂在FCB法大线能量埋弧焊中的应用。
本发明还提供了一种用于FCB法大线能量埋弧焊的焊剂材料，包括独立分装的焊丝和焊剂；所述焊丝为上述技术方案所述的焊丝或上述技术方案所述的制备方法得到的焊丝；所述焊剂为上述技术方案所述的焊剂或上述技术方案所述的制备方法得到的焊剂。
本发明还提供了上述技术方案所述的焊接材料在FCB法大线能量埋弧焊中的应用。
在本发明中，所述应用的过程中，FCB法大线能量埋弧焊的参数优选包括：焊接母材优选为货油舱专用耐蚀钢EH36-NS；所述货油舱专用耐蚀钢EH36-NS的成分和性能优选如表1所示：
表1焊接母材的成分与性能
Figure GDA0003690206680000101
Figure GDA0003690206680000111
坡口形式优选包括：厚度20mm；钝边4mm；V型坡口单边30°；
焊丝的规格优选为4.0mm；
电源极性：前丝DCEP，后丝AC；
双丝间距：90～100mm；
焊接电流：前丝800～850A，后丝600～650A；
焊接电压：前丝38～40V，后丝42～45V；
焊接速度：50～55cm/min；
焊接热输入：60～75kJ/cm；
背面焊剂厚度：4～6mm。
下面结合实施例对本发明提供的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝及其制备、焊剂及其制备、焊接材料及其应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1～3和比较例1～2中焊丝的成分如表2所示。
表2实施例1～3与比较例1～2中焊丝的成分(wt％)
Figure GDA0003690206680000112
Figure GDA0003690206680000121
表2中，各实施例中RE为镧、铈和钇的质量比为1：1.5：1.5的稀土混合物。
其中焊丝的制备方法为：将焊丝的原料在真空感应电炉冶炼、炉外精炼和连铸，得到截面尺寸为160mm×160mm的连铸方坯；连铸方坯经缓冷、清理、预热后进行盘条热轧，开轧温度为1050±50℃，终轧温度为900±50℃，轧后冷却速度低于1℃/s；热轧盘条经850±20℃退火，在酸洗后经3～6道次拉拔后，获得直径为4.0mm的焊丝；焊丝以450mm/min的速度进入清洗槽，同时以大功率超声波振荡清洗液，去除焊丝表面的润滑剂和氧化皮，超声波频率为30kHz，液体温度为40～65℃；焊丝吹干后经镀铜、表面处理、层绕打轴后制备为成品埋弧焊丝。
实施例1～3和比较例1～2中焊剂原料的成分如表3所示。
表3实施例1～3与比较例1～2中焊剂原料的成分(wt％)
Figure GDA0003690206680000122
表3中，各实施例中形核剂为镧、铈、钇和钛的摩尔比为1：1：1：1.5的复合粉末。
其中焊剂的制备方法为：将焊剂原料按表3的比例配比后进行干混，加入干混料质量30％的水玻璃(其中钾水玻璃和钠水玻璃的摩尔比为1：1，水玻璃的模数为2.0～3.0)后湿混造粒，在350℃低温烘干后，最后在750℃高温烧结后筛分制备而成的，焊剂颗粒度要求小于80目。
得到焊丝和焊剂后，基于表4中的焊接工艺对母材货油舱专用耐蚀钢EH36-NS进行焊接，所述货油舱专用耐蚀钢EH36-NS的成分及性能如表1所述。
表4焊接工艺
坡口形式 厚度：20mm；钝边4mm；V型坡口单边30°
焊丝规格 4.0mm
电源极性 前丝DCEP，后丝AC
双丝间距 90～100mm
焊接电流 前丝800～850A，后丝600～650A
焊接电压 前丝38～40V，后丝42～45V
焊接速度 50～55cm/min
焊接热输入 60～75kJ/cm
背面焊剂厚度 4～6mm
在实施例1～3和比较例1～2制备的FCB大线能量埋弧焊接试板的焊接过程中，对送丝稳定性、脱渣性和焊道成形进行检查，焊接完成后按照NB/T47013.2-2015进行100％射线探伤，检查焊缝中的缺陷，焊接工艺性检查结果见表5。
表5焊接工艺性
编号 送丝稳定性 脱渣性 焊道成形 焊接缺陷
实施例1 好 好 好 无
实施例2 好 好 好 无
实施例3 好 好 好 无
比较例1 一般 一般 成形不良 少量
比较例2 一般 好 成形不良 无
从表5可以看出：利于本发明提供的焊丝和焊剂得到的焊缝焊接工艺性较好，在送丝稳定性、脱渣性、焊道成形和焊后焊接缺陷率方面，均优于比较例。
采用实施例1～3和比较例1～2制备的FCB大线能量埋弧焊接试板，按GB/T 2652-2008《焊缝及熔敷金属拉伸试验方法》标准进行取样和拉伸试验，按GB/T 2650-2008《焊接接头冲击试验方法》标准进行取样和-40℃夏比冲击试验，力学性能试验结果如表6。
表6熔敷金属力学性能
Figure GDA0003690206680000141
从表6可以看出：利用本发明提供的焊丝和焊接得到的焊缝的熔敷金属力学性能优秀，在拉伸性能(抗拉强度、屈服强度、延伸率)以及低温冲击韧性方面均优于比较例。
采用实施例1～3和比较例1～2制备的FCB大线能量埋弧焊接试板，按照《中国船级社原油船货油舱耐蚀钢检验指南》进行焊接接头耐海水/耐硫化氢腐蚀试验。上甲板耐腐蚀试验模拟富硫化氢腐蚀条件，试验时间为98天×24h，内底板腐蚀试验模拟海水腐蚀条件，试验时间为168h，试验结果见表7。
表7焊接接头耐蚀性
编号 上甲板耐腐蚀试验 内底板耐腐蚀试验
实施例1 合格 合格
实施例2 合格 合格
实施例3 合格 合格
比较例1 母材与焊缝金属间有不连续表面 合格
比较例2 母材与焊缝金属间有不连续表面 母材与焊缝金属间有不连续表面
从表7可以看出：利用本发明提供的焊丝和焊剂得到的焊缝耐硫化氢/耐海水腐蚀性能较比较例更好，母材与焊缝金属间的熔合线附近均不存在明显台阶，说明焊缝与母材的耐蚀能力较为接近，符合船级社标准中的合格要求，如图1和2所示。
从图1和2中还可看出：焊缝为晶粒细小的相互交织咬合的针状铁素体联锁组织，具备良好的力学性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝，包括以下重量百分含量的元素：C≤0.1%，Mn1.0~1.7%，Si≤0.5%，Ni 0.3~1.0%，Cr 0.03~0.1%，Mo 0.05~0.15%，Cu 0.1~0.2%，Ti 0.02~0.1%，稀土元素0.02~0.1%，P＜0.005%，S＜0.002%，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的焊丝，其特征在于，所述稀土元素包括镧、铈和钇中的一种或多种。
3.权利要求1或2所述的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝的制备方法，包括以下步骤：
将焊丝原料依次进行冶炼、精炼和连铸，得到连铸方坯；
将所述连铸方坯依次进行预热和盘条热轧，得到热轧盘条；
将所述热轧盘条依次进行退火、酸洗和拉拔，得到焊丝前驱体；
将所述焊丝前驱体进行整理，得到所述用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述盘条热轧的开轧温度为1050±50℃，终轧温度为900±50℃。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述退火的温度为850±20℃，时间为2~3h。
6.一种用于FCB法大线能量埋弧焊的焊剂，制备原料包括焊剂原料和粘结剂；所述焊剂原料包括以下重量百分含量的组分：
电熔镁砂15~35%，大理石5~10%，萤石10~25%，铝矾土15~35%，硅灰石5~15%，金红石5~10%，锆英砂5~10%，形核剂0.1~0.5%；
所述形核剂为含镧、铈、钇和钛的复合粉末。
7.根据权利要求6所述的焊剂，其特征在于，所述形核剂中镧、铈、钇和钛的摩尔比为1：1：1：(1~2)。
8.权利要求6或7所述的用于FCB法大线能量埋弧焊的焊剂的制备方法，包括以下步骤：
将焊剂原料混合，得到混合干料；
将所述混合干料和粘结剂混合，进行造粒，得到颗粒状焊剂；
将所述颗粒状焊剂依次进行干燥和烧结，得到所述用于FCB法大线能量埋弧焊的焊剂。
9.一种用于FCB法大线能量埋弧焊的焊接材料，包括独立分装的焊丝和焊剂；所述焊丝为权利要求1或2所述的焊丝或权利要求3~5任一项所述的制备方法得到的焊丝；所述焊剂为权利要求6或7所述的焊剂或权利要求8所述的制备方法得到的焊剂。
10.权利要求1或2所述的焊丝、权利要求3~5任一项所述的制备方法得到的焊丝、权利要求6或7所述的焊剂、权利要求8所述的制备方法得到的焊剂、权利要求9所述的焊接材料在FCB法大线能量埋弧焊中应用。
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