專利名稱：9%Ni鋼埋弧焊接材料和焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于液化天然氣這種極低溫液體用儲(chǔ)罐的建造材料所使用的9% Ni 鋼的埋弧焊的焊接材料，特別是涉及能夠在立向焊接位置進(jìn)行焊接，并且也可以適用于下 向及橫向位置，具有良好的焊渣剝離性，并且能夠獲得優(yōu)異的抗缺陷性和焊縫的平滑性的 9% Ni鋼埋弧焊接材料和焊接方法。
背景技術(shù)：
歷來(lái)，在作為極低溫液體儲(chǔ)罐的建造材料所使用的9% Ni鋼的焊接中，為了防止 高溫裂紋而應(yīng)用線能量比較低的焊條電弧焊法。其后，耐高溫裂紋性優(yōu)異的焊絲得到開發(fā)， 以焊接建造物的施工效率提高為目的，對(duì)于適用下向或橫向位置焊接的地方增加了埋弧焊 方法的應(yīng)用。另一方面，在立向位置的焊接中，為了施工效率提高而應(yīng)用自動(dòng)TIG焊，另一部分 是發(fā)展自動(dòng)MAG焊接化。但是在現(xiàn)場(chǎng)施工中，在焊接氣體的獲取困難的地域，還是不得不依 賴于焊條電弧焊法的狀況。因此，為了提高不能獲取焊接氣體的現(xiàn)場(chǎng)中的施工效率，就要求開發(fā)出能夠?qū)⒙?弧焊方法應(yīng)用于向上立焊的焊接材料。歷來(lái)，在低溫用鋼的埋弧焊接材料中存在如下等問(wèn)題點(diǎn)在立向位置進(jìn)行焊接時(shí)， 熔融金屬在凝固過(guò)程中因重力而流動(dòng)，因此焊縫形狀容易不穩(wěn)定，成為凸?fàn)?，需要用研磨機(jī) 使焊縫變得平滑。因此，例如在日本特開2009-039761號(hào)中，公開有一種低溫用鋼的埋弧焊用焊劑， 其相對(duì)于焊劑總質(zhì)量，含有Al2O3 31 60質(zhì)量％、CaF2 10 40質(zhì)量％、SiO2 :1 10質(zhì) fi%>Na20 :0· 1 5質(zhì)量％、金屬Al :1 10質(zhì)量％，其他為CaCO3、CaO、MgO、金屬M(fèi)n和不 可避免的雜質(zhì)。日本特開2009-039761號(hào)的技術(shù)，通過(guò)將焊劑組成規(guī)定在上述范圍，除了下向和 橫向位置，即使在立向位置焊接中，也可實(shí)現(xiàn)電弧穩(wěn)定性、焊渣剝離性、抗焊接缺陷性和焊 縫形狀的提高。但是，上述先行技術(shù)雖然在立向位置焊接中的電弧穩(wěn)定性、焊渣剝離性和抗焊接 缺陷性提高，但是在焊縫的平滑性上卻不充分。特別是有焊縫縱長(zhǎng)方向的形狀容易不連續(xù) 這樣的問(wèn)題點(diǎn)。因此，在立向位置的焊接中，就期望開發(fā)出能夠充分滿足焊渣剝離性、抗焊 接缺陷性和焊縫形狀穩(wěn)定性(平滑性)這全部幾項(xiàng)的埋弧焊用的焊劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于這一問(wèn)題點(diǎn)而做，其目的在于，提供一種9% Ni鋼埋弧焊接材料和焊 接方法，除了下向和橫向位置，即使在立向位置焊接中，其也能夠具有良好的焊渣剝離性和 抗焊接缺陷性，此外還能夠得到優(yōu)異的焊縫形狀的平滑性。本發(fā)明的9% Ni鋼埋弧焊接材料，由埋弧焊用焊絲和埋弧焊用燒結(jié)型焊劑構(gòu)成，
3所述焊絲相對(duì)于焊絲總質(zhì)量含有Ni :60質(zhì)量％以上，所述焊劑其組成為，相對(duì)于焊劑總質(zhì) 量，含有Al2O3 15 40質(zhì)量％、SiO2 5 35質(zhì)量％、ZrO2 5 25質(zhì)量％、MgO :5 25質(zhì) 量％、CaCO3 5 25質(zhì)量％和金屬Al 1 7質(zhì)量％，并且將CaF2抑制在5質(zhì)量％以下，余 量為金屬Fe、Na2O和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的9% Ni鋼的埋弧焊方法，是使用相對(duì)于焊絲總質(zhì)量含有Ni :60質(zhì)量％ 以上的埋弧焊用焊絲和埋弧焊用燒結(jié)型焊劑，所述焊劑的組成為，相對(duì)于焊劑總質(zhì)量，含有 Al2O3 15 40 質(zhì)量 ％、SiO2 5 35 質(zhì)量 ％、ZrO2 5 25 質(zhì)量 ％、MgO 5 25 質(zhì)量 ％、 CaCO3 :5 25質(zhì)量％和金屬Al 1 7質(zhì)量％，并且將CaF2抑制在5質(zhì)量％以下，余量為金 屬Fe、Na2O和不可避免的雜質(zhì)。在上述9% Ni鋼埋弧焊接材料和9% Ni鋼埋弧焊方法中，所述焊劑優(yōu)選含有金屬 Ti :0. 1 5質(zhì)量％。上述9% Ni鋼埋弧焊方法，能夠在立向上焊接姿勢(shì)的埋弧焊中使用。根據(jù)本發(fā)明，能夠進(jìn)行具有良好的焊渣剝離性和抗焊接缺陷性，此外還具有優(yōu)異 的焊縫形狀的平滑性的9% Ni鋼埋弧焊方法。


圖1是表示焊接位置為下向時(shí)的焊接母材的形狀和尺寸的圖，其中(a)為正視圖， (b)為表示坡口形狀的剖面圖，(c)為表示層疊要領(lǐng)的模式圖。圖2是表示焊接位置為橫向時(shí)的焊接母材的形狀和尺寸的圖，其中(a)為正視圖， (b)為表示坡口形狀的剖面圖，(c)為表示層疊要領(lǐng)的模式圖。圖3是表示焊接位置為立向時(shí)的焊接母材的形狀和尺寸的圖，其中(a)為正視圖， (b)為表示坡口形狀的剖面圖，(c)為表示層疊要領(lǐng)的模式圖。圖4是表示焊縫形狀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之中最大凹凸變動(dòng)的判定標(biāo)準(zhǔn)，其中(a)為正視圖， (b)為剖面圖。圖5是表示焊縫形狀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之中最大寬度變動(dòng)的判定標(biāo)準(zhǔn)的圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，使用相對(duì)于焊絲總質(zhì)量而含有Ni :60質(zhì)量％以上的焊絲進(jìn)行 9% Ni鋼埋弧焊時(shí)，通過(guò)對(duì)焊劑成分進(jìn)行各種調(diào)整，除了 Al2O3以外，將MgO、CaCO3> ZrO2等 高熔點(diǎn)氧化物作為主要成分，不但對(duì)于下向及橫向位置下的焊縫的形狀的平滑化有效，而 且即使在立向焊接位置對(duì)于焊縫的形狀的平滑化也有效。此外本發(fā)明者們還發(fā)現(xiàn)，對(duì)于 CaF2來(lái)說(shuō)，雖然具有使焊縫的鱗紋細(xì)密的效果，但是若超過(guò)既定量含有，則焊縫形狀容易不 連續(xù)，另外還有氣孔也增加的傾向。本發(fā)明者們基于這些發(fā)現(xiàn)而完成了本發(fā)明。以下，對(duì)于在本發(fā)明的9% Ni鋼埋弧焊中使用的燒結(jié)型焊劑的成分添加理由和組 成限定理由進(jìn)行說(shuō)明。Al2O3 15 40 質(zhì)量 ％焊劑中的Al2O3作為焊渣形成劑發(fā)揮作用，在提高熔融渣的凝固溫度和粘性上是 有效的成分。焊劑中的Al2O3低于15質(zhì)量％時(shí)，在立向位置焊接中熔融渣的焊縫保持力不 足，焊縫成為凸?fàn)?，發(fā)生 穿。另一方面，Al2O3超過(guò)40質(zhì)量％時(shí)，焊渣的粘性變得過(guò)高，流
4動(dòng)性差，因此發(fā)生夾渣。此外，若Al2O3超過(guò)40質(zhì)量％，則除了在下向和橫向位置焊縫的鱗 紋變粗以外，還會(huì)發(fā)生麻點(diǎn)。更優(yōu)選的范圍是Al2O3 :20 35質(zhì)量％。在此范圍，特別是在立向焊接中熔融渣 的焊縫保持力更為適當(dāng)，焊縫形狀穩(wěn)定而平滑化，因此能夠得到更良好的焊縫外觀。SiO2 :5 35 質(zhì)量％焊劑中的SiO2需要為5 35質(zhì)量％。焊劑中的SiO2提高熔融渣的凝固溫度。另 外在立向位置提高焊縫的保持力，具有使焊縫形狀穩(wěn)定的效果。SiO2低于5質(zhì)量％時(shí)，熔融 渣的焊縫保持力不足，因此焊縫形狀不穩(wěn)定。另一方面，若SiO2超過(guò)35質(zhì)量％，則熔融渣 的粘性變得過(guò)高，焊渣的剝離惡化，夾渣發(fā)生。更優(yōu)選的范圍是SiO2 :10 25質(zhì)量％。在該范圍中，焊渣的剝離性提高，特別是 在立向位置，能夠獲得更良好的焊渣剝離性，并且焊縫形狀穩(wěn)定而平滑化，因此能夠得到良 好的焊縫外觀。在這一范圍內(nèi)，下向和橫向位置焊接時(shí)的焊縫形狀也穩(wěn)定。在SiO2中，除 了石英砂、水玻璃以外，也可以添加硅石灰等的復(fù)合氧化物。ZrO2 :5 25 質(zhì)量％焊劑中的&02在使焊渣剝離性良好上是有效的成分。&02低于5質(zhì)量％時(shí)得不 到該效果，反而使焊渣在焊縫燒結(jié)等，焊渣剝離性差。另一方面，若&02超過(guò)25質(zhì)量％，則 熔融渣的流動(dòng)性降低，容易發(fā)生夾渣。更優(yōu)選的范圍是，ZrO2=IO 20質(zhì)量％。在該范圍中，焊渣剝離性提高，特別是在 立向位置能夠得到更良好的焊渣剝離性，并且焊縫形狀穩(wěn)定而平滑化，因此能夠得到良好 的焊縫外觀。Mg0:5 25 質(zhì)量％焊劑中的MgO具有使焊渣的凝固溫度上升的效果，對(duì)縱長(zhǎng)方向的焊縫形狀穩(wěn)定性 來(lái)說(shuō)是有效的成分。這一效率在低于5質(zhì)量％時(shí)無(wú)法獲得，在立向位置多發(fā)生焊縫燒穿。另 一方面，若MgO超過(guò)25質(zhì)量％，則焊渣的凝固提早完畢，因此焊縫形狀成為凸?fàn)睿巳菀?發(fā)生夾渣以外，焊渣剝離性也惡化。更優(yōu)選的范圍是MgO :10 20質(zhì)量％。在該范圍中，焊渣剝離性提高，特別是在立 向位置能夠獲得更良好的焊渣剝離性，并且焊縫形狀穩(wěn)定而平滑化，因此能夠得到良好的 焊縫外觀。CaCO3 :5 25 質(zhì)量％焊劑中的CaCO3需要為5 25質(zhì)量％。CaCO3熔融分解，變成CaO和CO2氣，而CO2 氣具有的效果是，降低焊接電弧氣氛中的水蒸氣分壓，降低焊接金屬中的氫量，并且降低氣 孔。另外，CaO具有提高熔融渣的凝固溫度的效果，使焊縫形狀穩(wěn)定。CaCO3在低于5質(zhì)量％ 的區(qū)域，除了得不到上述效果以外，焊縫形狀還成為凸?fàn)?。另一方面，CaCO3在超過(guò)25質(zhì)量％ 的區(qū)域，焊渣剝離性差。更優(yōu)選的范圍是CaCO3=IO 20質(zhì)量％。在該范圍中，焊渣的凝固溫度進(jìn)一步上 升，焊縫形狀更加穩(wěn)定而平滑化，因此能夠得到良好的焊縫外觀。金屬Al:l 7質(zhì)量％金屬Al作為脫氧劑添加到焊劑中，從而使焊接金屬中的氧量顯著降低，是具有降 低氣孔發(fā)生的效果的成分。若金屬Al相對(duì)于焊劑總重量低于1質(zhì)量％，則不能充分獲得該效果。另一方面，若相對(duì)于焊劑總重量超過(guò)7質(zhì)量％，則焊渣剝離性惡化。金屬Al能夠通 過(guò)單體或Fe-Al合金等添加到焊劑中。更優(yōu)選的范圍是金屬Al :2 5質(zhì)量％。在此范圍中，能夠進(jìn)一步使良好的焊渣剝 離性和耐氣孔性能并立。CaF2 5 質(zhì)量％ 以下現(xiàn)有的埋弧焊用焊劑中，CaF2被作為必須成分添加，但在本發(fā)明中將CaF2抑制在 5質(zhì)量％以下。CaF2雖然具有使電弧穩(wěn)定，使焊縫的鱗紋細(xì)密的效果，但是也有降低焊渣的 凝固溫度和粘性的效果，因此特別在立向位置的焊接中使縱長(zhǎng)方向的焊縫形狀不穩(wěn)定，焊 縫容易燒穿。這一傾向在焊劑中的CaF2超過(guò)5質(zhì)量％時(shí)表現(xiàn)得顯著，因此CaF2需要抑制在 5質(zhì)量％以下。金屬Ti :0· 1 5質(zhì)量％Ti使焊渣的凝固溫度上升，具有在橫向和立向焊接時(shí)抑制焊縫的燒穿的效果。若 金屬Ti相對(duì)于焊劑總重量低于0. 1質(zhì)量％，則不能充分獲得該效果。另一方面，若Ti相對(duì) 于焊劑總重量超過(guò)5質(zhì)量％，則焊渣剝離性惡化。因此，含有金屬Ti時(shí)為0. 1 5質(zhì)量％。 金屬Ti以單體或Fe-Ti等添加。實(shí)施例以下，通常實(shí)施例具體地說(shuō)明本發(fā)明的效果。首先，調(diào)整焊劑原料，其中作為粘合 劑添加水玻璃并造粒后，進(jìn)行燒結(jié)，由此制作具有下述表1所示的各種化學(xué)組成的埋弧焊 用燒結(jié)型焊劑。表1
權(quán)利要求
一種9％Ni鋼埋弧焊接材料，其特征在于，所述焊接材料由埋弧焊用焊絲和埋弧焊用燒結(jié)型焊劑構(gòu)成，所述焊絲以焊絲總質(zhì)量計(jì)含有Ni60質(zhì)量％以上，所述焊劑的組成以焊劑總質(zhì)量計(jì)含有Al2O315～40質(zhì)量％、SiO25～35質(zhì)量％、ZrO25～25質(zhì)量％、MgO5～25質(zhì)量％、CaCO35～25質(zhì)量％和金屬Al1～7質(zhì)量％，并且將CaF2抑制在5質(zhì)量％以下，余量含有金屬Fe、Na2O和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼埋弧焊接材料，其特征在于，所述焊劑含有金屬Ti 0. 1 5質(zhì)量％。
3.—種9% Ni鋼的埋弧焊方法，其特征在于，使用以焊絲總質(zhì)量計(jì)含有Ni :60質(zhì)量％ 以上的埋弧焊用焊絲和埋弧焊用燒結(jié)型焊劑，所述焊劑的組成以焊劑總質(zhì)量計(jì)含有Al2O3 :15 40質(zhì)量％、SiO2 :5 35質(zhì)量％、 ZrO2 5 25質(zhì)量％、MgO 5 25質(zhì)量％、CaCO3 5 25質(zhì)量％和金屬Al 1 7質(zhì)量％， 并且將CaF2抑制在5質(zhì)量％以下，余量含有金屬Fe、Na2O和不可避免的雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的9%Ni鋼埋弧焊方法，其特征在于，所述焊劑含有金屬Ti 0. 1 5質(zhì)量％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的9%Ni鋼埋弧焊方法，其特征在于，以立向上焊接姿勢(shì)進(jìn)行 埋弧焊。
全文摘要
提供一種9％Ni鋼埋弧焊用燒結(jié)型焊劑，除了下向和橫向位置，即使在立向位置焊接中，其也能夠具有良好的焊渣剝離性和抗焊接缺陷性，此外還能夠獲得優(yōu)異的焊縫形狀的平滑性。一種與含有Ni60質(zhì)量％以上的焊絲組合使用的9％Ni鋼埋弧焊用燒結(jié)型焊劑，焊劑組成為，相對(duì)于焊劑總質(zhì)量，含有Al2O315～40質(zhì)量％、SiO25～35質(zhì)量％、ZrO25～25質(zhì)量％、MgO5～25質(zhì)量％、CaCO35～25質(zhì)量％和金屬Al1～7質(zhì)量％，并且將CaF2抑制在5質(zhì)量％以下，余量為金屬Fe、Na2O和不可避免的雜質(zhì)。
文檔編號(hào)B23K9/18GK101966630SQ201010234080
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27日
發(fā)明者福田和博, 鈴木正道 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所