窄坡口雙絲串列埋弧焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及埋弧焊法，更詳細(xì)地說，是涉及關(guān)于改良9Cr-lMo鋼的窄坡口內(nèi)的雙 絲串列埋弧焊方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 進(jìn)行脫硫、重油分解的化學(xué)反應(yīng)容器（反應(yīng)器），是用于重油的有效利用、 石油精煉的效率化的壓力容器。因?yàn)榉磻?yīng)器在高溫、高壓下運(yùn)轉(zhuǎn)，所以作為材料適 用的是1. 25Cr-0. 5Mo、2. 25Cr-l. OM〇、2. 25Cr-l. ΟΜο-ν鋼等鐵素體系耐熱鋼。目前， 2. 25Cr-l. OMo-V鋼為主要材料，其設(shè)計(jì)溫度一般截止到454°C。近年來，在重油的有效利 用和石油精煉中，要求進(jìn)一步高效率化，認(rèn)為可以在設(shè)計(jì)溫度500°C左右下的運(yùn)轉(zhuǎn)的、改良 9Cr-lMo鋼制的反應(yīng)器的研究開發(fā)積極地推進(jìn)。
[0003] 改良9Cr-lMo鋼是在9Cr-lMo鋼中添加 Nb和V，以實(shí)現(xiàn)高溫強(qiáng)度的提高的鋼。 例如，有 ASTM (American Society for Testing and Materials:美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)） 或 ASME(American Society of Mechanical Engineers:美國機(jī)械協(xié)會(huì)）規(guī)格所規(guī)定的 SA335Gr. P91和SA213Gr. T91等。改良9Cr-lMo鋼的大部分是在火力發(fā)電用的鍋爐領(lǐng)域具 有實(shí)際功績。
[0004] 反應(yīng)器是板厚50mm以上，內(nèi)徑3~5m，全長數(shù)十m，重量數(shù)百噸的縱型圓筒狀的壓 力容器。反應(yīng)器的主體是通過對于由卷板焊接的環(huán)或鍛造環(huán)的端部進(jìn)行機(jī)械加工，將環(huán)彼 此進(jìn)行環(huán)焊而制造。因此，在結(jié)構(gòu)上，壓力容器所占的焊接部的比例變大，所以強(qiáng)烈要求焊 接材料的減少、焊接的高效率化。一般來說，對于焊接材料的減少，有通過使坡口寬度狹窄 且減小坡口角度，來減少焊接部的方法。另外，對于高效率化，有對于從初層至最終層以串 列電極進(jìn)行埋弧焊的方法。但是，對于焊接時(shí)的高溫裂紋均構(gòu)成不利的條件，因此以前研究 的是其抑制技術(shù)的開發(fā)。
[0005] 例如，在專利文獻(xiàn)1中公開有一種窄間隙埋弧焊方法，其特征在于，對于坡口寬度 為10~25mm，坡口角度為15度以下的窄坡口，通過埋弧焊進(jìn)行每層單道焊接時(shí)，作為先行 電極使用1. 6~3. 2mm Φ的電極，另外作為后行電極使用4. 0~4. 8mm Φ的電極，并且使電 極間距離為50~150mm，使用燒結(jié)型焊劑進(jìn)行焊接。
[0006] 在此焊接方法中，利用串列焊接使電極間距離為50~150mm，可抑制焊道形狀比 (焊道深度H/焊道寬度W)。這時(shí)，使先行電極的絲徑為1. 6~3. 2mm Φ，后行電極的絲徑為 4.0~4. 8ι?πιΦ。由此，可抑制高溫裂紋的發(fā)生。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開昭60-177966號公報(bào)
[0010] 發(fā)明要解決的課題
[0011] 但是，現(xiàn)有的技術(shù)中存在以下的問題。
[0012] 在專利文獻(xiàn)1中，實(shí)施例所述的焊接用實(shí)芯焊絲是軟鋼。在此，由改良9Cr_lMo鋼 和共材（日文：共材）構(gòu)成的焊接用實(shí)芯焊絲與軟鋼和共材構(gòu)成的焊接用實(shí)芯焊絲相比，因 為焦耳發(fā)熱大，所以熔敷量變大，高溫裂紋的敏感性提高。就是說，僅通過專利文獻(xiàn)1所述 的方法，難以解決改良9Cr-lMo鋼的焊接中關(guān)于高溫裂紋的課題。另外，存在由先行的電極 形成的熔渣無法由后行的電極充分熔融的風(fēng)險(xiǎn)，不適于用在反應(yīng)器的環(huán)焊這樣要求高品質(zhì) 的地方。
[0013] 另外，為了尚效率焊接厚板，有效的是提尚焊接線能量，即，提尚焊接電流、電弧電 壓，使焊接速度低一些。但是，若提高焊接線能量，則特別是在窄坡口時(shí)容易使焊道形狀成 為梨形，高溫裂紋的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)提高。這里構(gòu)成問題的高溫裂紋，是焊接金屬中所含的P、S、 Si、Nb等的低熔點(diǎn)化合物凝固時(shí)在枝晶間、奧氏體結(jié)晶晶界偏析，加上焊接收縮應(yīng)變而發(fā)生 的所謂凝固裂紋。
[0014] 因此，作為高溫裂紋的抑制對策，將焊絲的成分，具體來說就是將P、S等雜質(zhì)經(jīng)超 高純度（Extra High Purity)熔解而抑制在lOOppm以下也有效。但是，超高純度熔解不得 不使用電子束熔解專用的特殊爐壁耐火材，由此經(jīng)濟(jì)性上存在難點(diǎn)。因此，就要求有一種即 使在一般的雜質(zhì)水平下，也能夠抑制高溫裂紋的發(fā)生的技術(shù)。
[0015] 另外，本發(fā)明中作為對象的由改良9Cr_lMo鋼和共材構(gòu)成的焊接用實(shí)芯焊絲，與 1. 25Cr-0. 5Mo、2. 25Cr-l. OM〇、2. 25Cr-l. OMo-V鋼和共材構(gòu)成的各焊接用實(shí)芯焊絲相比，因 為焦耳發(fā)熱高，熔敷量大，所以高溫裂紋敏感性更高。因此，要求一種對于改良9Cr-lMo鋼 能夠抑制高溫裂紋的發(fā)生的技術(shù)。
[0016] 另外，在雙絲串列埋弧焊中，除了焊接效率的提高以外，還要求有良好的熔渣剝離 性、焊道的狀態(tài)良好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明鑒于上述情況而形成，其課題在于，提供一種在改良9Cr-lMo鋼的窄坡口 雙絲串列埋弧焊中，焊接效率優(yōu)異，且熔渣剝離性和焊道的狀態(tài)良好，能夠抑制焊接金屬的 高溫裂紋的發(fā)生的焊接方法。
[0018] 用于解決課題的手段
[0019] 本發(fā)明人等進(jìn)行潛心研究的結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)了以下的事項(xiàng)。
[0020] 對于窄坡口串列焊接反復(fù)潛心研究的結(jié)果可知，通過使用本發(fā)明所規(guī)定的成分的 母材、焊絲、焊劑，并規(guī)定先行極和后行極的焊絲的送給速度、焊接速度、以兩者的比計(jì)算出 的每單位長度的熔敷量，能夠抑制高溫裂紋的發(fā)生。
[0021] 即，本發(fā)明的窄坡口雙絲串列埋弧焊方法的特征在于，以改良9Cr-lMo鋼作為母 材其中含有c :0· 08~0· 12質(zhì)量％、Si :0· 20~0· 50質(zhì)量％、Mn :0· 30~0· 60質(zhì)量％、P : 0.020質(zhì)量％以下、S :0.010質(zhì)量％以下、Ni :0.40質(zhì)量％以下、Cr :8.00~9. 50質(zhì)量％、 Mo :0· 85 ~1. 05 質(zhì)量 ％、V :0· 18 ~0· 25 質(zhì)量 ％、Nb :0· 06 ~0· 10 質(zhì)量 ％、A1 :0· 02 質(zhì) 量％以下、Ti :0. 01質(zhì)量％以下、Zr :0. 01質(zhì)量％以下、N :0. 030~0. 070質(zhì)量％，余量是Fe 和不可避免的雜質(zhì)，并使用絲徑為4. ΟπιπιΦ的焊絲，其中含有C :0.03~0.08質(zhì)量％、Si : 0· 05~0· 30質(zhì)量％、Mn :0· 50~2. 20質(zhì)量％、P :0· 015質(zhì)量％以下、S :0· 010質(zhì)量％以下、 Ni :0· 30 ~1. 00 質(zhì)量％、Cr :8· 00 ~10. 50 質(zhì)量％、Mo :0· 80 ~1. 20 質(zhì)量％、V :0· 10 ~ 〇· 40 質(zhì)量％、Nb :0· 020 ~0· 080 質(zhì)量％、N :0· 016 ~0· 055 質(zhì)量％、0 :0· 03 質(zhì)量％ 以下，余 量是Fe和不可避免的雜質(zhì)，利用所述焊絲與下述式（1)所示的堿度為2. 3~2. 7的焊劑的 組合，使用顯示下降特性的交流電源，以先行極的焊絲送給速度\為45~90g/min，后行極 的焊絲送給速度VTS 60~110g/min，焊接速度v為30~55cm/min，每單位長度的恪敷量 為2. 8~3. 8g/cm的條件進(jìn)行焊接。
[0022] 堿度=(CaF2+Ca0+Mg0+Sr0+Na20+Li20+l/2(Mn0+Fe0)V(Si0 2+l/2(Al203+Ti02+Z r02))……⑴
[0023] 在此，各化合物表示焊劑總質(zhì)量中的各化合物的含量（質(zhì)量％ )。
[0024] 根據(jù)這一焊接方法，以改良9Cr_lMo鋼為母材的窄坡口雙絲串列埋弧焊方法（以 下，適當(dāng)稱為埋弧焊方法或僅稱為焊接方法），通過規(guī)定焊絲成分，焊接金屬的蠕變斷裂強(qiáng) 度、韌性、耐氧化性、高溫強(qiáng)度提高，并且焊接金屬的高溫裂紋敏感性降低。另外，通過規(guī)定 絲徑，熔敷量變得適度，焊接效率提高，并且焊接金屬的高溫裂紋、韌性的劣化得到抑制。
[0025] 另外，通過規(guī)定焊劑的堿度，焊接金屬的韌性提高，并且焊道外觀、焊道形狀良好。 另外，通過使用顯示下降特性的交流電源，能夠進(jìn)行穩(wěn)定的焊接。此外，通過規(guī)定焊絲的送 給速度、焊接速度、每單位長度的熔敷量，焊接效率、焊道的狀態(tài)和熔渣剝離性提高，并且焊 接金屬的高溫裂紋的發(fā)生得到抑制。
[0026] 發(fā)明效果
[0027] 本發(fā)明的窄坡口雙絲串列埋弧焊方法，在改良9Cr_lMo鋼的焊接中，焊接效率優(yōu) 異并且焊道的狀態(tài)良好，能夠得到熔渣剝離性、耐高溫裂紋性優(yōu)異的焊接金屬。
【附圖說明】
[0028] 圖1是表示本發(fā)明的焊接方法中的先行極和后行極的狀態(tài)的正視圖。
[0029] 圖2是表示本發(fā)明的焊接方法中的焊嘴的形狀的正視圖。
[0030] 圖3是圖2所示的焊嘴的側(cè)視圖。
[0031] 圖4是圖2所示的焊嘴的焊嘴前端部側(cè)的端面圖。
[0032] 圖5是表示本發(fā)明的焊接方法中的焊嘴的狀態(tài)的正視圖。
[0033] 圖6是表示本發(fā)明的焊接方法中的焊嘴的狀態(tài)的正視圖。
[0034] 圖7是表示本發(fā)明的焊接方法中的焊嘴的狀態(tài)的正視圖。
[0035] 圖8是表示本發(fā)明的焊接方法中的焊嘴的狀