CN115121992A - 高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条，包括焊芯和药皮，药皮与焊芯的重量比为：0.95～1.25；焊芯中的各组分按重量比包括：锰15～25％，其余为铁和杂质；药皮中的各组分按重量比包括：大理石15～25％、萤石5～15％、金红石3～10％、45#硅铁粉3～10％、石英1～5％、金属锰粉20～30％、金属铬粉5～10％、金属钼粉2～5％、金属钨粉5～10％、还原铁粉3～10％、镍镁合金2～5％、金属镁铝粉0.5～2％、钠水玻璃粉2～5％和石墨粉0.4～0.8％。本发明所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条，可提高焊条的熔敷效率；可采用直流焊接和交流焊接，具有良好的焊接适应性。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料领域，具体而言，涉及高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条及制备方法。
背景技术
LNG(液化天然气)液化温度为-162℃，这就要求储罐材料在极低的温度下具有较高的强度和冲击韧性。目前超低温度材料主要有以下几种：奥氏体不锈钢、镍基合金、铝合金、9Ni钢和高锰奥氏体低温钢。9Ni钢作为低碳马氏体钢，在-196摄氏度下依然具有较高的冲击韧性，横向和纵向冲击功均稳定在200J以上，成本较低，目前依旧是LNG重要的储罐材料，通常配用镍基焊接材料来进行LNG储罐的焊接建造，其焊接效率高，焊接工艺性优良，数十年来应用效果良好，已获得工程认可；9Ni钢LNG储罐焊材中，知名品牌为瑞典伊萨公司的OK92.55厚药皮交直流两用高效全位置焊条，焊条熔敷效率接近130％，且全位置焊接工艺性优良。近年来，随着成本更为低廉的高锰奥氏体低温钢投入应用，LNG储罐采用高锰钢焊接建造已有迫切需求，高锰奥氏体低温钢LNG储罐的焊接，采用焊条材料时，可对标9Ni钢LNG储罐焊接采用的ENiCrMo-6焊条材料，即：全位置焊接工艺性好、熔敷效率高、厚药皮过渡大量合金元素、焊缝性能良好稳定、低的焊材制备成本。
申请人之前的申请号CN201810980658.1的专利公开了一种高锰奥氏体低温钢用电焊条，由高锰焊芯和涂覆于焊芯表面的药皮组成；以高锰焊芯的总重量为基准，高锰焊芯按重量比包括：C：0.20～0.50％，Si：0.15～0.45％，Mn：23.0～30.0％，Cr：4.0～8.0％，S≤0.008，P≤0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质；以药皮总重量为基准，药皮按重量比包括：大理石45～52％，萤石25～30％，石英2～7％，长石3～5％，钛白粉2～4％，金红石2～7％，金属锰4～8％，稀土硅铁1～3％，钛铁2～5％，纯碱1～2％；将各粉料按比例混合均匀后、加入粉料重量23～29％的钠钾水玻璃做粘接剂将粉料压涂在焊芯上，药皮重量系数为0.35～0.45％。该专利虽然满足-196°低温环境下韧性的要求，解决l现有高锰焊条组织稳定性差、低温韧性不足问题，但是一方面药皮中金属粉的含量较少，焊条的熔敷效率较低；另一方面，只能使用直流焊接，焊条焊接的适应性较差。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提出高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条及制备方法，以解决现有技术中一方面药皮中金属粉的含量较少，焊条的熔敷效率较低；另一方面，只能使用直流焊接，焊条焊接的适应性较差的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条，所述高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条包括焊芯和药皮，所述药皮与所述焊芯的重量比为：0.95～1.25；所述焊芯中的各组分按重量比包括：Mn：15～25％、C：0.15～0.20％、Si：0.15～0.20％、S≤0.0075％和P≤0.0091％，其余为Fe；所述药皮中的各组分按重量比包括：大理石15～25％、萤石5～15％、金红石3～10％、45#硅铁粉3～10％、石英1～5％、金属锰粉20～30％、金属铬粉5～10％、金属钼粉2～5％、金属钨粉5～10％、还原铁粉3～10％、镍镁合金2～5％、金属镁铝粉0.5～2％、钠水玻璃粉2～5％和石墨粉0.4～0.8％。
本发明所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条，第一、提高了药皮中金属粉的含量，能够有效过渡大量的合金元素，提高焊条的熔敷效率；第二、可采用直流焊接，也可采用交流焊接，具有良好的焊接适应性，第三、采用交流焊接有利于促进药皮金属粉的预熔化，交流频率可在熔滴过渡的固有频率之外施加更多的震动和搅拌作用，有利于获得高质量的焊缝性能；第四、提高了焊接效率；第五、降低了制备成本。
进一步的，所述焊芯的外径D为3.2mm，所述药皮的外径d满足：5.7≤d≤6.0mm。
该设置使得药皮的厚度变厚，一方面能够有效过渡大量的合金元素，另一方面，可促进熔滴过渡形式由滴状过渡转化为含有渣壁过渡的混合过渡形式，更有利于焊接，从而提高焊接工艺性、促进焊芯金属和药皮金属的有效熔合，获得高质量焊缝金属。
进一步的，所述焊芯的外径D为4.0mm，所述药皮的外径d满足：7.0≤d≤7.3mm。
该设置使得药皮的厚度变厚，一方面能够有效过渡大量的合金元素，另一方面，可促进熔滴过渡形式由滴状过渡转化为含有渣壁过渡的混合过渡形式，更有利于焊接，从而提高焊接工艺性、促进焊芯金属和药皮金属的有效熔合，获得高质量焊缝金属。
进一步的，所述焊芯设置为实芯焊芯或无缝焊芯。
无缝焊芯可大幅度降低焊芯制造成本。
进一步的，所述焊芯设置为无缝焊芯，所述无缝焊芯的填充率为25～35％。
该设置可大幅度降低焊芯制造成本。
进一步的，在所述无缝焊芯中还包括增塑剂，所述增塑剂占所述无缝焊芯中粉料重量比为0.3～0.6％。
本发明的第二方面，提出高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条的制备方法，所述高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条的制备方法用于制备任意一项所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条，所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条的制备方法包括以下步骤：
S1、制备焊芯；
S2、制备药皮；
S3、将药皮压涂在焊芯上制成焊条。
进一步的，在步骤S2中，按照要求称取药皮中的各组分，并混合搅拌均匀，得干粉，再向干粉中加入干粉总重17～20％的纯钾水玻璃，混合搅拌。
进一步的，所述纯钾水玻璃的模数为2.8～3.2，所述纯钾水玻璃的浓度为40～42Be。
相对于现有技术而言，本发明所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条及制备方法具有以下有益效果：
本发明所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条及制备方法，药皮中大理石、萤石、金红石和石英等用于形成碱性渣系，保护和精炼焊缝金属，其总量小于35％，可确保更多的药皮组分为金属粉，第一、能够有效过渡大量的合金元素，提高焊条的熔敷效率；第二、可促进熔滴过渡形式由滴状过渡转化为含有渣壁过渡的混合过渡形式，更有利于焊接，从而提高焊接工艺性、促进焊芯金属和药皮金属的有效熔合，获得高质量焊缝金属；第三可采用直流焊接，也可采用交流焊接，具有良好的焊接适应性，采用交流焊接有利于促进药皮金属粉的预熔化，交流频率可在熔滴过渡的固有频率之外施加更多的震动和搅拌作用，有利于获得高质量的焊缝性能；第四、提高了焊接效率；第五、降低了制备成本。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本发明的实施例中所提到的“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
本发明提出高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条，所述高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条包括焊芯和药皮，所述药皮与所述焊芯的重量比为：0.95～1.25；所述焊芯中的各组分按重量比包括：Mn：15～25％、C：0.15～0.20％、Si：0.15～0.20％、S≤0.0075％和P≤0.0091％，其余为Fe；所述药皮中的各组分按重量比包括：大理石15～25％、萤石5～15％、金红石3～10％、45#硅铁粉3～10％、石英1～5％、金属锰粉20～30％、金属铬粉5～10％、金属钼粉2～5％、金属钨粉5～10％、还原铁粉3～10％、镍镁合金2～5％、金属镁铝粉0.5～2％、钠水玻璃粉2～5％和石墨粉0.4～0.8％。
本发明所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条，药皮中大理石、萤石、金红石和石英等用于形成碱性渣系，保护和精炼焊缝金属，其总量小于35％，可确保更多的药皮组分为金属粉，第一、能够有效过渡大量的合金元素，提高焊条的熔敷效率；第二、可促进熔滴过渡形式由滴状过渡转化为含有渣壁过渡的混合过渡形式，更有利于焊接，从而提高焊接工艺性、促进焊芯金属和药皮金属的有效熔合，获得高质量焊缝金属；第三，可采用直流焊接，也可采用交流焊接，具有良好的焊接适应性，采用交流焊接有利于促进药皮金属粉的预熔化，交流频率可在熔滴过渡的固有频率之外施加更多的震动和搅拌作用，有利于获得高质量的焊缝性能；第四、提高了焊接效率；第五、降低了制备成本。
具体的，所述焊芯的外径D为3.2mm，所述药皮的外径d满足：5.7≤d≤6.0mm。
该设置使得药皮的厚度变厚，一方面能够有效过渡大量的合金元素，另一方面，可促进熔滴过渡形式由滴状过渡转化为含有渣壁过渡的混合过渡形式，更有利于焊接，从而提高焊接工艺性、促进焊芯金属和药皮金属的有效熔合，获得高质量焊缝金属。
具体的，所述焊芯的外径D为4.0mm，所述药皮的外径d满足：7.0≤d≤7.3mm。
该设置使得药皮的厚度变厚，一方面能够有效过渡大量的合金元素，另一方面，可促进熔滴过渡形式由滴状过渡转化为含有渣壁过渡的混合过渡形式，更有利于焊接，从而提高焊接工艺性、促进焊芯金属和药皮金属的有效熔合，获得高质量焊缝金属。
具体的，所述焊芯设置为实芯焊芯或无缝焊芯。
无缝焊芯可大幅度降低焊芯制造成本。
具体的，所述焊芯设置为无缝焊芯，所述无缝焊芯的填充率为25～35％。
该设置可大幅度降低焊芯制造成本。
具体的，所述焊芯设置为无缝焊芯时，填充的粉料中，所用的金属锰粉的含量为95～97％。
具体的，在所述无缝焊芯中还包括增塑剂，所述增塑剂占所述无缝焊芯中粉料重量比为0.3～0.6％。
具体的，所述增塑剂不做限定。
本发明的第二方面，还提出高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条的制备方法，所述高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条的制备方法用于制备任意一项上面所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条，所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条的制备方法包括以下步骤：
S1、制备焊芯；
S2、制备药皮；
S3、将药皮压涂在焊芯上制成焊条。
具体的，在步骤S2中，按照要求称取药皮中的各组分，并混合搅拌均匀，得干粉，再向干粉中加入干粉总重17～20％的纯钾水玻璃，混合搅拌。
具体的，所述纯钾水玻璃的模数为2.8～3.2，所述纯钾水玻璃的浓度为40～42Be。
具体的，在步骤S1中，实芯焊芯的制备方法与现有技术相同，在此不一一赘述。具体的，在步骤S1中，无缝焊芯的制备方法与现有技术相同，在此不一一赘述。
具体的，在步骤S3中，将药皮压涂在焊芯上制成焊条，焊条低温烘干后进行350～400℃的高温烘干，最后成为成品焊条。
本发明设置六个实施例，分别为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6，实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6的焊芯与药皮的重量比均相同为1。实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6的焊芯的外径D均相同为3.2mm，实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6的药皮的外径d均相同为5.9mm。
实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6的焊芯化学组分配比如表1所示，实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6的药皮化学组分配比如表2所示。
实施例1、实施例2和实施例3中焊条的无缝焊芯的制备方法相同，实施例4、实施例5和实施例6中焊条的实芯焊芯制备方法相同。
实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6中药皮的制备方法相同。实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6中药皮的制备方法如上所述。更具体的，在步骤S2中，按照要求称取药皮中的各组分，并混合搅拌均匀，得干粉，再向干粉中加入干粉总重20％的纯钾水玻璃，混合搅拌。所述纯钾水玻璃的模数为3.0，所述纯钾水玻璃的浓度为41Be。
实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6中将药皮压涂在焊芯上制成焊条的制备方法相同。实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6中药皮的制备方法如上所述。
表1焊芯化学组分配比
表2药皮化学组分配比
对于实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6制备的成品焊条进行熔敷金属焊接，焊接参考SAF5.14-2005《锅炉和压力容器规范标准》进行，采用普通低合金钢板，坡口采用焊条堆边3层后进行焊接，钢板厚度20mm，试板长度400～500mm，根部间隙14mm；焊接规范参考表3。熔敷金属进行圆棒拉伸试验和-196℃冲击试验，熔敷金属成分结果见表4，力学性能结果见表5。
表3试验焊接参数
| 焊材规格 | 焊接电流 | 焊接速度 | 道间温度 |
| Ф3.2 | 120±10 | 18±3 | 80～100 |
表4实施例焊条的熔敷金属成分，wt％
表5熔敷金属力学性能
本发明所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条，药皮中大理石、萤石、金红石和石英等用于形成碱性渣系，保护和精炼焊缝金属，其总量小于35％，可确保更多的药皮组分为金属粉，第一、能够有效过渡大量的合金元素，提高焊条的熔敷效率；第二、可促进熔滴过渡形式由滴状过渡转化为含有渣壁过渡的混合过渡形式，更有利于焊接，从而提高焊接工艺性、促进焊芯金属和药皮金属的有效熔合，获得高质量焊缝金属；第三，可采用直流焊接，也可采用交流焊接，具有良好的焊接适应性，采用交流焊接有利于促进药皮金属粉的预熔化，交流频率可在熔滴过渡的固有频率之外施加更多的震动和搅拌作用，有利于获得高质量的焊缝性能；第四、提高了焊接效率；第五、降低了制备成本。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (9)
1.高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条，其特征在于，所述高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条包括焊芯和药皮，所述药皮与所述焊芯的重量比为：0.95～1.25；所述焊芯中的各组分按重量比包括：Mn：15～25％、C：0.15～0.20％、Si：0.15～0.20％、S≤0.0075％和P≤0.0091％，其余为Fe；所述药皮中的各组分按重量比包括：大理石15～25％、萤石5～15％、金红石3～10％、45#硅铁粉3～10％、石英1～5％、金属锰粉20～30％、金属铬粉5～10％、金属钼粉2～5％、金属钨粉5～10％、还原铁粉3～10％、镍镁合金2～5％、金属镁铝粉0.5～2％、钠水玻璃粉2～5％和石墨粉0.4～0.8％。
2.根据权利要求1所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条，其特征在于，所述焊芯的外径D为3.2mm，所述药皮的外径d满足：5.7≤d≤6.0mm。
3.根据权利要求1所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条，其特征在于，所述焊芯的外径D为4.0mm，所述药皮的外径d满足：7.0≤d≤7.3mm。
4.根据权利要求1或2或3所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条，其特征在于，所述焊芯设置为实芯焊芯或无缝焊芯。
5.根据权利要求4所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条，其特征在于，所述焊芯设置为无缝焊芯，所述无缝焊芯的填充率为25～35％。
6.根据权利要求5所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条，其特征在于，在所述无缝焊芯中还包括增塑剂，所述增塑剂占所述无缝焊芯中粉料重量比为0.3～0.6％。
7.高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条的制备方法，其特征在于，所述高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条的制备方法用于制备权利要求1～6任意一项所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条，所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条的制备方法包括以下步骤：
S1、制备焊芯；
S2、制备药皮；
S3、将药皮压涂在焊芯上制成焊条。
8.根据权利要求7所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，按照要求称取药皮中的各组分，并混合搅拌均匀，得干粉，再向干粉中加入干粉总重17～20％的纯钾水玻璃，混合搅拌。
9.根据权利要求8所述的高锰奥氏体低温钢焊接用交直流高效焊条的制备方法，其特征在于，所述纯钾水玻璃的模数为2.8～3.2，所述纯钾水玻璃的浓度为40～42Be。
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