一種高強(qiáng)壓力鋼管埋弧焊接專用焊絲的制作方法
【專利摘要】一種高強(qiáng)壓力鋼管埋弧焊接專用焊絲，屬于焊接材料領(lǐng)域，焊絲化學(xué)成分按重量百分?jǐn)?shù)含為：0.08～0.2％C，0.1～0.3％Si，1.5～2.5％Mn,1.5～3.5％Ni，0～0.5％Cr，0.5～1.0％Mo，0～0.05％Al，0～0.2％Nb，0～0.2％V，0～0.2％Ti，0～0.01B，0～0.005％O，0～0.01％N，0～0.01％S，0～0.01％P，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。該焊絲與100kg級鋼板制造的水電壓力鋼管相匹配，該焊絲與堿性焊劑匹配時能夠獲得適應(yīng)100kg級鋼板制造的水電壓力鋼管焊接接頭要求的焊縫接頭抗拉強(qiáng)度≥950MPa，-60℃沖擊功≥47J，0℃沖擊功≥100J。
【專利說明】—種高強(qiáng)壓力鋼管埋弧焊接專用焊絲

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接材料領(lǐng)域，特別涉及一種高強(qiáng)壓力鋼管埋弧焊接專用焊絲，適用于10kg級鋼板制造的水電壓力鋼管的埋弧焊接。

【背景技術(shù)】
[0002]水電壓力鋼管通常是采用埋弧焊制管后使用的，隨著水電裝機(jī)容量提高及減量化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，水電壓力鋼管用鋼強(qiáng)度級別不斷提高。水電壓力鋼管使用環(huán)境惡劣，長期處于反復(fù)沖擊載荷下工作，為了保證壓力鋼管的安全性，要求其具有足夠的止裂性能，鑒于鋼板強(qiáng)度與止裂性能呈反比關(guān)系，因此所用鋼板的質(zhì)量等級也隨強(qiáng)度提高而提高，如60kg級鋼板要求D級，80kg級鋼板要求E級，10kg級鋼板要求F級。由于焊接制管過程會導(dǎo)致焊縫、熱影響區(qū)性能劣化，并有可能造成焊接缺陷，因此焊接接頭成為壓力鋼管最薄弱的環(huán)節(jié)，其力學(xué)性能直接決定整個壓力鋼管的安全性。
[0003]目前80kg級水電壓力鋼管已逐步替代60kg級壓力鋼管，而采用10kg級鋼板制造的水電壓力鋼管正在設(shè)計(jì)階段，限制10kg級水電壓力鋼管應(yīng)用的瓶頸是無10kg級鋼板配套的埋弧焊焊絲及焊劑。本發(fā)明開發(fā)了一種10kg級鋼板制造的水電壓力鋼管的埋弧焊絲，填補(bǔ)了國內(nèi)10kg級鋼板制造的水電壓力鋼管的埋弧焊絲的空白。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種高強(qiáng)壓力鋼管埋弧焊接專用焊絲，與10kg級鋼板制造的水電壓力鋼管相匹配，該焊絲與堿性焊劑匹配時能夠獲得適應(yīng)10kg級鋼板制造的水電壓力鋼管焊接接頭要求的焊縫接頭抗拉強(qiáng)度> 950MPa，-60°c沖擊功> 47J，0°C沖擊功彡 10J0
[0005]焊絲化學(xué)成分按重量百分?jǐn)?shù)含為:0.08?0.2% C，0.1?0.3% Si，L 5?2.5%Mn, 1.5 ?3.5% Ni，O ?0.5% Cr，0.5 ?1.0% Mo，O ?0.05% Al，O ?0.2% Nb，O ?0.2%V，O ?0.2% Ti，O ?0.01B,O ?0.005% 0，O ?0.01 % N，O ?0.01 % S，O ?0.01 % P，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0006]焊絲中C、Mn、Cr、Mo主要是通過向焊縫金屬過渡合金元素，從而保證焊縫金屬強(qiáng)度，而這幾種元素對焊縫組織轉(zhuǎn)變有較大影響且含量過高不利于韌性，因此要適量添加；
[0007]焊絲中Ni元素主要是通過向焊縫金屬過渡合金元素，確保焊縫金屬的低溫韌性，并降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度；
[0008]S1、Al主要是作為脫氧元素保證焊縫具有低的氧含量，從而獲得良好的低溫韌性；
[0009]Ti主要是起到脫氧劑的作用，并與O或N形成Ti203、TiN等形核核心，促進(jìn)具有良好韌性的針狀鐵素體形成，從而保證焊縫具有優(yōu)良韌性；
[0010]V可以和焊縫中的C、N形成細(xì)小的析出物，從而通過析出強(qiáng)化保證焊縫強(qiáng)度的作用；
[0011]Nb可以和焊縫中的C、N形成細(xì)小的析出物，起到細(xì)化焊縫組織的作用；
[0012]B主要是起到細(xì)化焊縫晶粒，提高淬透性的作用；
[0013]S、P作為有害焊縫韌性的元素，盡量控制在較低水平，即< 0.01% S,^ 0.01% P。
[0014]由于焊絲和焊劑的使用是緊密聯(lián)系的，焊劑要有足夠的穩(wěn)定性，才能保證在焊接過程中有良好的焊接操作性以及焊后焊縫有好的機(jī)械性能，以確保焊后構(gòu)件的安全性。下述實(shí)施例中針對本發(fā)明所述焊絲選用了相應(yīng)的焊劑，該焊劑即可以保證焊縫金屬具有100?200ppm的低氧含量，又可以保證具有較好的成形性能和脫渣性能，從而保證焊縫具有良好的低溫韌性，并減少焊接缺陷的出現(xiàn)幾率。該焊劑由以下原料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，成分按重量百分?jǐn)?shù)含有 8.0 ?20.0 % CaO, 10.0 ?30.0 % MgO, 20.0 ?40.0 % CaF2, 2.0 ?8.0 %Na20, 1.0 ?5.0 % K20, 1.0 ?5.0 % MnO, 0.1 ?1.0 % FeO, 20.0 ?30.0 % Si02, 8.0 ?18.0% A1203, 0.5 ?2.0% Τ?02, 0.01 ?0.1 % Zr02,該焊劑堿度為 2.5 ?3.5。
[0015]本發(fā)明特別適用于10kg級鋼板制造的水電壓力鋼管的埋弧焊接，可以保證10kg級壓力鋼管服役的安全性，焊接工藝適應(yīng)性滿足現(xiàn)場施工要求，易推廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為30mm鋼板坡口示意圖。
[0017]圖2為20mm鋼板坡口示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1:
[0019]高強(qiáng)壓力鋼管埋弧焊接專用焊絲采用直徑4mm，成分:0.11% C，0.25% Si,2.0%Mn, 3.0% Ni,0.15% Cr,0.6% Mo,0.03% Al,0.04% Nb,0.04% V,0.15% Ti,O ?0.005B,
0.0025% 0,0.004% N,0.004% S，0.008% P，其余為 Fe。
[0020]埋弧焊所采用焊劑成分:10.0% CaO, 18.0% MgO, 30.0% CaF2, 4.0% Na2O, 2.0%K2O, 1.0% MnO, 0.4% FeO, 21% S12, 11.0% Al2O3,1.0% T12, 0.03% ZrO20
[0021]采用30mm厚Q890鋼板，試板開不對稱X型坡口，坡口如圖1所示，鋼板尺寸為600mmX 200mmX 30mm,留2mm純邊,兩板不留間隙。
[0022]將30mm+30mm厚的Q890鋼板，焊前預(yù)熱至120°C，層間溫度控制在160?180°C，焊前將坡口用砂輪機(jī)打磨見光，采用埋弧焊進(jìn)行打底、填充、蓋面。背面采用砂輪進(jìn)行淸根后進(jìn)行焊接填充至填滿。
[0023]打底焊道焊接電流控制在450?500A，焊接電壓控制在24?27V，焊接速度控制在350?400mm/min ;填充焊道焊接電流控制在550?600A，焊接電壓控制在26?29V，焊速控制在300?350mm/min,焊接熱輸入控制在30kJ/cm。
[0024]焊后經(jīng)探傷未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，焊接變形小于3°，對焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，結(jié)果表明，接頭抗拉強(qiáng)度為980MPa，經(jīng)180°，d = 4a冷彎未發(fā)現(xiàn)裂紋，焊縫_60°C沖擊功77J，0°C沖擊功11(^，熱影響區(qū)-601:沖擊功155J，0°C沖擊功175J。
[0025]實(shí)施例2:
[0026]高強(qiáng)壓力鋼管埋弧焊接專用焊絲采用直徑4mm，焊絲成分:0.11% C,0.25% Si,
2.0% Mn, 3.0% Ni,0.15% Cr,0.6% Mo,0.03% Al,0.04% Nb,0.04% V,0.15% Ti,O ?0.005Β，0.0025% 0,0.004% N,0.004% S，0.008% P，其余為 Fe。
[0027]埋弧焊所采用焊劑成分:10.0% CaO, 18.0% MgO, 30.0% CaF2, 4.0% Na2O, 2.0%K2O, 1.0% MnO, 0.4% FeO, 21% S12, 11.0% Al2O3, 1.0% T12, 0.03% ZrO20
[0028]采用30mm厚Q890鋼板，試板開V型坡口，坡口如圖2所示，鋼板尺寸為600mmX200mmX20mm,留2mm純邊,兩板不留間隙。
[0029]將20mm+20mm厚的Q890鋼板，焊前預(yù)熱至100°C，層間溫度控制在160?180°C，焊前將坡口用砂輪機(jī)打磨見光，采用埋弧焊進(jìn)行打底、填充、蓋面。背面采用砂輪進(jìn)行淸根后進(jìn)行焊接填充至填滿。
[0030]打底焊道焊接電流控制在450?500A，焊接電壓控制在24?27V，焊接速度控制在350?400mm/min ;填充焊道焊接電流控制在550?600A，焊接電壓控制在26?29V，焊速控制在300?350mm/min,焊接熱輸入控制在25kJ/cm。
[0031]焊后經(jīng)探傷未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，焊接變形小于3°，對焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，結(jié)果表明，接頭抗拉強(qiáng)度為971MPa，經(jīng)180°，d = 4a冷彎未發(fā)現(xiàn)裂紋，焊縫_60°C沖擊功82J，0°C沖擊功105J，熱影響區(qū)-60°C沖擊功147J，0°C沖擊功168J。
【權(quán)利要求】
1.一種高強(qiáng)壓力鋼管埋弧焊接專用焊絲，其特征在于:焊絲化學(xué)成分按重量百分?jǐn)?shù)含為:0.08 ?0.2% C，0.1 ?0.3% Si，1.5 ?2.5% Mn, 1.5 ?3.5% Ni，O ?0.5% Cr，0.5 ?.1.0% Mo，O ?0.05% Al，O ?0.2% Nb，O ?0.2% V，O ?0.2% Ti，O ?0.01B，0 ?0.005%.0，O?0.01% N，O?0.01% S，O?0.01% P，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。
【文檔編號】B23K9/18GK104162748SQ201410418998
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】張熹, 牟淑坤, 章軍, 金茹, 陳延清, 郭占山, 劉宏, 董現(xiàn)春, 鞠建斌, 張楠, 王鳳會 申請人:首鋼總公司