一種適用于高鋼級管道焊接的高Ni自保護藥芯焊絲的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于焊接材料領(lǐng)域，具體涉及一種適用于高鋼級管道焊接的高Ni自保護 藥芯焊絲，尤其適用于高鋼級管道（X80，X90，X100)的全位置自保護焊接用藥芯焊絲。
【背景技術(shù)】
[0002] 自保護藥芯焊絲是一種跨世紀的新型焊接材料，已在世界各國得到越來越廣泛的 應(yīng)用，具有廣闊的發(fā)展前景。自保護藥芯焊絲除具有藥芯焊絲的特點外，還具有以下優(yōu)點： ①不需外加保護氣源，可以使用現(xiàn)有氣體保護焊接設(shè)備改裝，降低了設(shè)備更新成本并更便 于操作；②具有優(yōu)良的抗風(fēng)能力，通常能在4級風(fēng)下順利施焊；③優(yōu)良的抗銹能力。自保護 藥芯焊絲作為一種高效及適合室外作業(yè)的焊接材料，在石油管道、船舶、鉆井平臺等焊接領(lǐng) 域備受青睞，尤其是在我國西氣東輸管道工程中管線鋼的環(huán)縫焊接相當一部份采用自保護 藥芯焊絲半自動焊完成。
[0003] 但是，由于自保護藥芯焊絲是在沒有外加氣體保護下的一種焊接材料，導(dǎo)致焊縫 金屬中氧、氮等含量較高，往往使得管線管焊接接頭的韌性經(jīng)常出現(xiàn)較大波動。本發(fā)明的適 用于高鋼級管道全位置焊接的自保護藥芯焊絲相比于常規(guī)焊絲大幅提高了Ni含量，并優(yōu) 化了其他合金元素含量，改善了焊縫質(zhì)量，提高了焊縫金屬韌性，尤其能滿足戶外大管徑管 線鋼的野外作業(yè)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種適用于高鋼級管道焊接的高Ni自保護藥芯焊絲，該焊 絲的焊接工藝性能及力學(xué)性能優(yōu)異，可滿足高強高韌管線鋼的焊接要求。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種適用高鋼級管道全位置焊接的高Ni自保護藥 芯焊絲，包括低碳鋼帶的焊絲外皮和藥芯，其特征在于，所述藥芯藥粉配方按照質(zhì)量百分比 為，氟化物40%~60%，氧化物10%~22%，碳酸鹽1 %~8%，鋁粉0.5%~2%、A1-Mg合 金粉12%~18%，電解金屬錳3%~10%，鎳粉12%~20%，金屬鋯0. 1 %~0.6%，釩鐵 0%~8%組成。
[0006] 本發(fā)明的焊絲的直徑為1. 2~3.0mm，藥芯粉的填充率為15 %~30%。
[0007] 該焊絲外皮采用普通低碳冷乳鋼帶作為原材料制備得到。
[0008] 本發(fā)明所述氟化物為氟化鋇、氟化鈣和氟化鋰中的一種或幾種組合。
[0009] 本發(fā)明所述碳酸鹽為碳酸鈣和碳酸鋰中的一種或兩種組合。
[0010] 本發(fā)明幾種主要組分的作用如下：
[0011]本發(fā)明中使用大量的氟化物（40%~60% )作為造氣、造渣劑，其主要成分是BaF2 和LiF。Ba的化合物在焊接過程中可以支持很短的電弧，焊接時較短的電弧具有兩個方面 的優(yōu)點：一是在全位置焊接時，在某一給定電流下降低了電弧能量和焊絲熔化速度，熔池相 對較小便于控制；另外，由于電弧較短，縮短了熔滴穿過弧柱所需時間，從而降低了空氣中 有害氣體的侵害。
[0012] 氧化物（Fe203、Ce02)，是自保護藥芯焊絲渣系中非常重要的一種組分，對焊接工藝 性能和力學(xué)性能的改善有很重要的作用。Fe203是強氧化劑，可以還原殘余A1，而A1是對沖 擊韌度非常不利的元素，所以Fe203的加入對沖擊韌度有所改善，同時，此氧化還原反應(yīng)為 放熱反應(yīng)，可以補充焊接過程中焊接電弧的熱量。加入Fe203也可以降低焊絲端頭熔滴的表 面張力，減小熔滴過渡的阻力、改善渣的物理性能，改善焊縫成形，使焊縫表面光潔。但是， 隨著Fe203含量的提高，藥粉熔點提高，造成在焊接過程中飛濺較大，電弧不穩(wěn)定。研究表 明，F(xiàn)e203的加入量應(yīng)該控制在6%~15%，從而有利于將焊絲的工藝性能和力學(xué)性能調(diào)整 為最佳狀態(tài)。Ce02能夠凈化熔池，提高焊縫韌性，但當CeO2超過5%時，造成焊接過程中夾 雜，降低韌性，同時焊接煙塵顯著增加，不利于焊接施工。
[0013]Al-Mg合金是自保護藥芯焊絲中常用的脫氧劑。因此Mg的加入可以減少A1的加 入量，從而利于控制熔敷金屬中A1的含量。合金中Mg的沸點較低，在焊接電弧的作用下產(chǎn) 生Mg蒸汽，能夠降低電弧氣氛中的氮分壓，但是用量過大會產(chǎn)生很大的煙塵，并且使飛濺 增大。A1具有脫氧、固氮作用，是常用的脫氧劑和固氮劑，可以有效防止焊縫中氣孔的產(chǎn)生， 起到很好的保護作用。鋁又是強固氮劑，鋁能夠與氮作用生成穩(wěn)定的氮化物而不溶于液態(tài) 的鋼，從而有效防止了熔敷金屬中過飽和的N集結(jié)成N2氣泡，杜絕了熔敷金屬產(chǎn)生氣孔。
[0014]Μη是奧氏體化穩(wěn)定元素，能夠降低奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的溫度。隨著Μη含量的增 加，針狀鐵素體的數(shù)量增加，先共析鐵素體和側(cè)板條鐵素體的數(shù)量減少，并且使針狀鐵素體 的晶粒度變得更加細小，Μη提高焊縫金屬韌性的同時，還可提高焊縫金屬的強度。焊絲中 的Μη還可以起到脫氧的作用，而且能夠與硫反應(yīng)生成穩(wěn)定MnS，從而降低低熔點相FeS的 生成，有利于提高焊縫金屬的抗熱裂紋及層狀撕裂的能力。Ni是奧氏體穩(wěn)定化元素，Ni無 限固溶于γ-Fe，在焊縫金屬中也起固溶強化作用，能提高奧氏體淬透性，降低相變溫度，促 進板條貝氏體形成，優(yōu)化MA組元的形態(tài)和分布。降低脆性的硬化相MA組元的韌性的破壞 作用。從而有效改善焊縫的沖擊韌性。
[0015] 本發(fā)明的高Ni自保護藥芯焊絲可適用于高鋼級管道的全位置焊接，并且具有優(yōu) 異的沖擊韌性。在焊接過程中不會生成大量煙塵及有害氣體，改善焊縫質(zhì)量，有效提高焊縫 沖擊韌性。尤其能滿足戶外大管徑管線鋼的野外作業(yè)需求。
【附圖說明】
[0016] 圖1為焊縫金屬典型的顯微組織圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面列舉具體實施例對本發(fā)明進行說明，有必要在此指出的是以下具體實施步驟 只用于對本發(fā)明作進一步說明，不代表對本發(fā)明保護范圍的限制，其他人根據(jù)本發(fā)明做出 的一些非本質(zhì)的修改和調(diào)整仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0018] 下面是本發(fā)明的具體實施例：
[0019] 實施例：
[0020] 一種適用于高鋼級管道焊接的高Ni自保護藥芯焊絲，它采用普通市售的冷乳低 碳鋼鋼鋼帶為原材料，根據(jù)具體施焊管線鋼的不同，分別按照一定的比例制備藥芯粉末， 120~300°C烘干處理后，混合均勻并按照21~23%的填充率加至以冷乳鋼帶為外皮的焊 絲中。共制備了 6批焊絲，焊絲直徑均為2.Omm。
[0021] 表1為本發(fā)明焊絲制備過程中所用低碳冷乳鋼帶化學(xué)成分表，表2為本發(fā)明的適 用于高鋼級管線鋼焊接的自保護藥芯焊絲化學(xué)成分表，表3為本發(fā)明實施例所用藥芯焊絲 施焊母材及焊接工藝表，表4為采用本發(fā)明實施例施焊后的熔敷金屬性能。
[0022] 表1本發(fā)明焊絲的冷乳鋼帶化學(xué)成分（重量％ )
[0023]
[0024] 表2 本發(fā)明的高鋼級管線鋼用自保護全位置高韌性藥芯焊絲藥芯成分表（重 量％ )
[0027] 表3本發(fā)明實施例所用藥芯焊絲施焊母材及焊接工藝表
[0028]
[0029] 表4采用本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比例施焊后熔敷金屬的性能對比表
[0030]
[0031] 由此可見，與常規(guī)自保護藥芯焊絲對比，通過在在藥芯中提高鎳粉含量，可使焊縫 金屬的沖擊韌性有效改善，不僅平均值提高20J以上，沖擊韌性數(shù)值穩(wěn)定性也有顯著提升。 另外，在焊接過程中，熔渣的粘度和凝固特性良好，可全位置焊接，尤其適合立向下焊。焊接 工藝性好，電弧穩(wěn)定、穿透力強，操作容易，焊縫成型美觀。脫渣好，飛濺小。
[0032] 綜上所述，本發(fā)明的適用于高鋼級管道全位置焊接的高Ni自保護藥芯焊絲焊接 工藝性能良好，沖擊韌性有效提高，尤其能滿足戶外大管徑管線鋼的野外作業(yè)需求。
【主權(quán)項】
1. 一種適用于高鋼級管道焊接的高Ni自保護藥芯焊絲，包括低碳鋼帶的焊絲外皮 和藥芯，其特征在于，所述藥芯藥粉配方按照質(zhì)量百分比為，氟化物40 %~60 %，氧化物 10%~22%，碳酸鹽1%~8%，鋁粉0. 5% -2%、Al-Mg合金粉12%~18%，電解金屬錳 3%~10%，鎳粉 12%~25%，金屬鋯 0· 1% -0· 6%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一高Ni自保護藥芯焊絲，其特征在于：所述焊絲的直徑為 1. 2~3. 0mm，藥芯粉的填充率為15 %~30%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高Ni自保護藥芯焊絲，其特征在于，所述的氟化物為氟化鋇、 氟化鈣和氟化鋰中的一種或幾種組合。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高Ni自保護藥芯焊絲，其特征在于，所述的碳酸鹽為碳酸鈣 和碳酸鋰中的一種或兩種組合。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高Ni自保護藥芯焊絲，其特征在于，該焊絲外皮采用普通低 碳冷乳鋼帶作為原材料制備得到。
【專利摘要】一種適用于高鋼級管道焊接的高Ni自保護藥芯焊絲，屬于焊接材料領(lǐng)域。包括低碳鋼帶的焊絲外皮和藥芯，所述藥芯藥粉配方按照質(zhì)量百分比為，氟化物40％～60％，氧化物10％～22％，碳酸鹽1％～8％，鋁粉0.5％-2％、Al-Mg合金粉12％～18％，電解金屬錳3％～10％，鎳粉12％～25％，金屬鋯0.1％-0.6％。優(yōu)點在于，在焊接過程中不會生成大量煙塵及有害氣體，減少熔池中氮、氧含量，降低了焊縫金屬中的自由氮，細化MA組元，有效改善焊縫沖擊韌性高。尤其能滿足戶外大管徑管線鋼的野外作業(yè)需求。
【IPC分類】B23K35/368, B23K101/06
【公開號】CN105345315
【申請?zhí)枴緾N201510921250
【發(fā)明人】劉清友, 姜志陽, 隋永莉, 李箕福, 寇偉祥, 辛萌, 范玉然, 賈書君, 盧軍華, 宋衛(wèi)臣, 吳江橋, 汪兵
【申請人】鋼鐵研究總院, 中石化石油工程設(shè)計有限公司, 中國石油天然氣管道科學(xué)研究院, 安泰科技股份有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年12月11日