專利名稱：全位置焊接用高韌性自保護藥芯焊絲的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于焊接材料領域，特別涉及一種全位置焊接用高韌性自保護藥芯焊絲，主要用于焊接油氣管線、橋梁、高層建筑、海洋平臺等領域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，自保護藥芯焊絲是一種不需要保護氣體的焊接材料，具有抵御風干擾的能力強、熔敷效率高、優(yōu)良的抗銹能力和容易施焊等優(yōu)點，特別適合野外作業(yè)以及輔助設備和氣體不容易運輸?shù)降膱龊?，是管線鋼焊接的主要焊接材料。除了用于管線鋼焊接外，這種自保護藥芯焊絲還能夠應用于橋梁、高層建筑、海洋平臺等領域。
目前在能源建設的大環(huán)境下，我國油氣管線建設正處于高峰期，X70高鋼級管線鋼已成功用于西氣東輸項目的建設，今后10～15年內(nèi)，我國共需各類油氣輸送管線鋼1000萬噸左右(不包括城市管網(wǎng))。為了滿足對天然氣日益增長的需求，天然氣管道正向著長距離、高壓力、大口徑方向發(fā)展，使用的管線用鋼的強度級別不斷提高。這就意味著X70、X80、X100等高強度級管線鋼在我國油氣管線上的應用已迫在眉睫。在發(fā)展高鋼級管線鋼的同時，少數(shù)發(fā)達國家，如德國、英國、美國、日本，開發(fā)了相應的高鋼級管線鋼全位置焊接材料，取得了很大的利益，對其它國家實行技術(shù)封鎖并形成技術(shù)壟斷。在X70以上的高鋼級管線鋼焊接中，我國并沒有配套的焊接材料，主要依賴于進口。在西氣東輸中采用的X70管線鋼焊接用自保護藥芯焊絲僅美國HOBART一家公司中標，價格高昂，給我國管線建設增加了很高的成本。預計在2008-2009年開工的西氣東輸二線和規(guī)劃中的中俄、中哈管道建設項目也會大量使用自保護藥芯焊絲。面對上述情況，我國急需開發(fā)X70級高鋼級管線鋼用自保護藥芯焊絲，以取代進口產(chǎn)品，打破國外技術(shù)和價格的壟斷，形成必要的市場競爭態(tài)勢，并產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益和社會效益。
美國公開專利U.S.3742185在藥芯中加入了Li的化合物，還原劑使用Ca、Al和Mg，熔敷金屬在-18℃的最高沖擊韌性為70J。
在美國專利U.S.4186293中提出不使用大量的氟化物，而是使用大量的堿性氧化物，從而獲得熔透性好、煙塵低的自保護藥芯焊絲，熔敷金屬在-29℃的最高沖擊韌性為50J左右，其缺點仍然是沖擊韌性較低。
中國公開專利CN 1152490A和CN 1117903A提出的以螢石為主要氟化物的自保護藥芯焊絲，沒有強調(diào)焊絲的全位置焊接適應性，同時熔敷金屬的沖擊韌性也較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種熔敷金屬不僅具有優(yōu)異的力學性能，而且焊絲成本低，具有良好的焊接工藝性能和全位置焊接性的自保護用藥芯焊絲。
根據(jù)上述目的和整體的技術(shù)方案，本發(fā)明具體的技術(shù)方案為本發(fā)明所述的全位置焊接用高韌性自保護藥芯焊絲以低碳鋼鋼帶為焊絲外皮，鋼帶的化學成分(重量％)為C0.038％；Si≤0.01％；Mn0.19％；S0.007％；P0.012％，余為Fe。
本發(fā)明所述的全位置焊接用高韌性自保護藥芯焊絲的藥粉的化學組成成分(重量)為氟化物50％～60％、氧化物20％～25％、碳酸鹽1～5％、鋁鎂合金12％-18％、硅錳合金或錳鐵合金4％～6％、鎳1％-1.5％；
其中氟化物為氟化鋇與氟化鈣、氟化鋰、氟鋁酸納、氟硅酸鈉中任一種或兩種的組合，氟化鋇含量占整個氟化物的70％～95％。
氧化物為MgO、Fe2O3、MnO三種的組合。
碳酸鹽為碳酸鈣。
藥粉的填充率為20％～30％。
在上述藥粉的化學成分中，各組份的作用機制如下(1)加入的氟化物主要作用是造氣，同時還能夠調(diào)整熔渣粘度并有效降低焊縫的氫含量，防止氫致裂紋。其中氟化鋇的為主要的氟化物，選用氟化鋇渣系的原因是該渣系造氣性好，能夠支持短弧，熔滴的過渡性好，能夠更加有效的控制熔敷金屬中的有害元素S、P，從而獲得高的沖擊韌性和好的全位置焊接的適應性。氟化物加入量如果小于50％，會由于造氣不夠而在焊縫中產(chǎn)生氣孔；氟化物加入量如果高于60％，熔渣粘度降低，不利于全位置焊接。
(2)碳酸鹽的主要作用是造氣，并有一定的穩(wěn)弧作用。碳酸鹽加入量不能高于5％，否則在焊接過程中會產(chǎn)生較大的飛濺。
(3)氧化物的作用是改善熔渣的熔點、粘度和表面張力，改善脫渣性，有利于全位置焊接。
(4)鋁鎂合金是作為強脫氧劑和脫氮劑加入藥芯，防止大氣中的氧氣和氮氣對焊接過程造成的危害。鋁鎂合金加入量如果少于12％，由于脫氧脫氮不夠，會在焊縫中產(chǎn)生氣孔；鋁鎂合金的加入量如果高于18％，會使焊縫微觀組織粗大，同時殘留的鋁、鎂會在焊縫中形成大量的夾雜物，降低焊縫的沖擊韌性。硅錳合金和錳鐵合金也是作為脫氧劑加入。
(5)鎳粉基本過渡到焊縫金屬中，能夠提高焊縫的低溫沖擊沖擊韌性。
選用較低的碳含量和S、P含量的低碳鋼鋼帶，能夠降低焊縫產(chǎn)生缺陷的幾率并提高焊接接頭的低溫沖擊韌性。
本發(fā)明全位置焊接用高韌性自保護藥芯焊絲不僅具有優(yōu)良的力學性能，而且焊絲成本低，具有良好的焊接工藝性能和全位置焊接性的優(yōu)點。
具體實施例方式
采用本發(fā)明全位置焊接用高韌性自保護藥芯焊絲化學成分和制備方法，制備了6批焊絲，上述焊絲直徑2.0mm。
表1為本發(fā)明全位置焊接用高韌性自保護藥芯焊絲化學成分表，表2為本發(fā)明鋼帶化學成分表，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，表4為采用本發(fā)明實施例施焊后的熔敷金屬的性能。
表1為本發(fā)明全位置自保護藥芯焊絲化學成分表(重量％)

表2為本發(fā)明鋼帶化學成分表(重量％)

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 表4為采用本發(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 上述焊接過程電弧穩(wěn)定，全位置操作性較好，脫渣性良好，氣孔傾向性小，焊縫成形較好。
權(quán)利要求
1.一種全位置焊接用高韌性自保護藥芯焊絲，以低碳鋼鋼帶為焊絲外皮，其特征在于藥粉的化學組成成分(重量％)為氟化物50％～60％；氧化物20％～25％；碳酸鹽1～5％；鋁鎂合金12％-18％；硅錳合金或錳鐵合金4％～6％；鎳1％-1.5％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全位置焊接用高韌性自保護藥芯焊絲，其特征在于氟化物為氟化鋇與氟化鈣、氟化鋰、氟鋁酸納、氟硅酸鈉中任一種或兩種的組合，氟化鋇含量占整個氟化物的70％～95％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全位置焊接用高韌性自保護藥芯焊絲，其特征在于所加入的氧化物為MgO、Fe2O3、MnO三種的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全位置焊接用高韌性自保護藥芯焊絲，其特征在于碳酸鹽為碳酸鈣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全位置焊接用高韌性自保護藥芯焊絲，其特征在于藥粉的填充率為20％～30％。
全文摘要
本發(fā)明屬于焊接材料領域，特別涉及一種全位置焊接用高韌性自保護藥芯焊絲，主要用于焊接油氣管線、橋梁、高層建筑、海洋平臺等領域。其中藥粉的化學組成成分(重量％)為氟化物50％～60％；氧化物20％～25％；碳酸鹽1－5％；鋁鎂合金12％－18％；硅錳合金或錳鐵合金4％－6％；鎳1％－1.5％。本發(fā)明全位置焊接用高韌性自保護藥芯焊絲與現(xiàn)有技術(shù)相比熔敷金屬不僅具有優(yōu)良的力學性能，而且焊絲成本低，具有良好的焊接工藝性能和全位置焊接性的優(yōu)點。
文檔編號B23K35/368GK101073863SQ200710117708
公開日2007年11月21日 申請日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月22日
發(fā)明者潘川, 田志凌, 喻萍 申請人:安泰科技股份有限公司