用于5%-9%鎳鋼的藥芯焊接電極的制作方法
【專利說明】用于5%-9%鎮(zhèn)鋼的藥芯焊接電極 背景
[0001] 用于液化天然氣（"LNG")的儲罐的內殼層通常是由5%-9%儀鋼制成的，由于儀鋼 的高強度和在非常低的溫度(例如-196°C)下的令人滿意的沖擊初性的優(yōu)異組合。
[0002] 當此類罐現場構造時，形成該罐內部的單獨的鋼板通常通過焊接接合。水平取向 的接縫主要使用自動焊接工藝、使用邸NiCrMoS和邸NiCrMo4埋弧焊劑/焊絲組合進行焊接。
[0003] 相比之下，大多數豎直地取向的接縫通過自動保護金屬極電弧焊接(SMAW)(又稱 "焊條（"stick")"焊接)手動地焊接。運是因為通過當前的自動焊接方法產生的豎直焊縫在 可操作性、強度、-196°C下的沖擊初性、對焊接熱裂的敏感性或焊道形狀上是較不理想的。
[0004] 在此方面，當焊接5%-9%儀鋼的相鄰板時產生的焊道令人希望地是盡可能平的， 當在橫切面中觀察時在既不是凹的也不是凸的意義上。此外，它們應該還是從區(qū)域到區(qū)域， 良P，沿著其整個長度，盡可能均勻的。5%-9%儀鋼工件中的豎直焊縫通常是手動地進行的， 因為運種類型的焊接允許的靈活性。例如，接縫內的電極角度和位置、焊接速度、停留時間 等可W改變，允許有經驗的焊工沿著該接縫的整個長度產生"完美的"焊道。自動焊機不具 有運種靈活性。此外，通常用于5%-9%儀鋼手工焊接的焊條電極，ENiCrMo-6,就制成其的 金屬連同焊劑二者而言，顯著地不同于現有的自動焊接方法所使用的藥忍焊接電極。還據 信此差異在通過手工焊接產生的豎直焊縫的優(yōu)越性中起作用。 概述
[000引根據本發(fā)明，已經發(fā)現在高儀鋼工件中的呈現希望的特性(包括強度、在-196°C下 的沖擊初性、抗焊接熱裂性W及焊道形狀)組合的豎直焊縫可W通過自動焊接方法產生，其 條件是用于此目的的藥忍焊接電極具有特定的化學組成。
[0006] 因此，本發(fā)明提供了一種用于通過藥忍電弧焊接(FCAW)方法焊接5%-9%儀鋼工 件的新的藥忍焊接電極，該藥忍焊接電極包含一個微粒忍和圍繞該微粒忍的一個金屬護 套，其中該金屬護套的化學組成和該微粒忍的化學組成被選擇為使得通過該焊接電極產生 的焊縫烙敷組合物包含 <〇.15C、<6.0Mn、< l.OSi、< 0.025P、< 0.020S、12.0-20.0Cr、> 55.0化、5.5-7.51〇、1.2-1.8佩巧曰、<12尸6、<0.3化和0.5-4.0胖。
[0007] 詳細說明 5 %-9 %儀鋼
[0008] 本發(fā)明主要旨在用于在用于液化天然氣(LNG)的儲罐的構造中焊接5%-9%儀鋼。 運些鋼呈現出優(yōu)異的強度和非常低溫度（在存儲和處理LNG中遇到的）下的良好的沖擊初 性。
[0009] 對于此目的有用的5%-9%儀鋼是熟知的。實例包括A353或A553化N 10028-4， 乂8化9)和4202或4333化^0028-4、12化19、10化14、12化14)。典型地，它們含有5至9*1.% 儀。
[0010] 本發(fā)明找到了用于焊接W前已經用于、或在將來可能用于制造用于LNG的儲罐的 任何鋼的特定適用性。 結構
[0011] 本發(fā)明的焊接電極具有與常規(guī)藥忍焊接電極相同的結構，因為它包括一個由微粒 成分的混合物形成的忍和一個圍繞該忍的外金屬護套。其結構然后與常規(guī)焊條電極如 ENiCrMo-6的結構相反，例如，在該常規(guī)焊條電極中該電極的固體金屬元素是一種焊絲忍并 且補充此固體金屬元素的微粒添加劑作為在此焊絲忍上的涂層存在。
[0012] 本發(fā)明的藥忍焊接電極可W按一種常規(guī)的方式制造，如通過用一個扁平的金屬帶 開始，將該金屬帶初始地首先成形為"U"形，例如，如在W下項中示出的：Bernard美國專利 號2,785,285、5如111曰11美國專利號2,944，142、^及恥〇(13美國專利號3,534,390。然后將呈微 粒形式的焊劑、合金元素、和/或其他忍填充材料烙敷到該"U"中并且通過一系列成形棍將 該帶封閉成管狀的構型。通常，然后將如此形成的管通過一系列模具拉伸W將其橫截面減 小至最終希望的直徑，在此之后然后如此形成的電極涂覆有一種適合的送進潤滑劑、卷繞 到線軸上、并且然后包裝用于裝運和使用。
[0013] 如在本領域中很好地理解的，在焊接期間，通過該焊接方法發(fā)展的強熱完成Ξ個 單獨的任務，運些單獨的任務對于形成令人滿意的焊縫都是必要的。第一，它烙化該用于形 成焊道的電極的金屬組分。第二，它使一部分焊劑蒸發(fā)W便產生附加的氣體保護，該氣體保 護保護烙融的金屬免受大氣中的氧氣和氮氣。第Ξ，它烙化該焊劑的剩余部分W產生大量 的烙渣覆蓋物，該烙渣覆蓋物保護并且使焊道成形(隨著其冷卻）。 焊縫烙敷組合物
[0014] 將本發(fā)明的藥忍焊接電極配制成使得通過此電極產生的未稀釋的焊縫具有在W 下表1中列出的化學組成。如本領域中理解的，焊接電極的未稀釋的焊縫烙敷組合物是沒有 來自任何其他來源的污染而產生的焊縫的組合物。它通常不同于當該電極用于焊接工件時 獲得的焊縫金屬的化學組成，該焊縫金屬可W典型地用最多20%的被焊接的母材進行稀 釋。
[0015] 為了比較，通常用于手工焊接5%-9%儀鋼中的豎直焊縫的焊條電極ENiCrMo-6的 焊縫烙敷組合物、連同通常用于自動焊接5 % -9 %儀鋼中的水平焊縫的藥忍電極ENi CrMo-3 和ENiCrMo-4的焊縫烙敷組合物也包括在表1中。 表1 焊縫烙敷組合物，Wt. %
*包括粗
[0016] 從表1可知，就焊縫烙敷組合物而言，雖然本發(fā)明的藥忍焊接電極類似于用于制造 高儀鋼中的豎直焊縫的焊條電極化NiCrMo-6)，它顯著地不同于在用于產生運些同一種鋼 中的水平焊縫的自動焊接方法中使用的藥忍電極。 金屬護套
[0017] 制成本發(fā)明的藥忍電極的固體金屬元素，即，其金屬護套，令人希望地由一種合金 制成，該合金含有約80%的儀和20%的銘。此類合金的具體實例包括SG-NiCr20和NiCr 70.20。運些合金是W帶的形式易于商購的，運幫助使得本發(fā)明的藥忍電極的制造簡單且廉 價。
[0018] 注意，使用一種儀/銘合金來制造本發(fā)明的藥忍電極的固體金屬元素代表與制造 焊條ENiCrM〇-6(其固體金屬元素，即，其焊絲忍，通常由100%儀或Μ化20等級制成）的方式 顯著的偏離。 芯
[0019] 本發(fā)明的藥忍焊接電極的微粒忍由Ξ種明顯不同類型的成分制成：（1)烙渣形成 成分，（2)對形成的焊縫的化學組成有貢獻的金屬合金粉末和化合物，W及(3)脫氧和脫氮 的成分。此忍的化學組成列于W下表2中。為了比較的目的，涂覆焊條電極ENiCrMo-6的外表 面的微粒焊劑的化學組成也提供于表2中。 表2 微粒組成，wt. %
[0020] 優(yōu)選地，在本發(fā)明的藥忍電極的微粒忍中的氣化物和金屬氧化物的組合量代表整 個微粒忍的約10至30wt. %。另外，本發(fā)明的藥忍焊接電極的微粒忍的總量代表本發(fā)明的藥 忍焊接電極整體的約15至45wt.%。運與常規(guī)的焊條電極ENiCrMo-6形成對比，在該常規(guī)的 焊條電極中其微粒涂層代表該電極整體的約40-50wt. %。 保護氣體
[0021] 本發(fā)明的藥忍焊接電極應該與外部供應的保護氣體一起使用。在此上下文中，"外 部供應的"保護氣體將理解為指的是W下的保護氣體，該保護氣體W氣體的形式從外源供 應到焊接位點。
[0022] 通常，然而，當本發(fā)明的藥忍焊接電極用于焊接高儀鋼工件時將使用一種外部供 應的保護氣體。為此目的可W使用常規(guī)的保護氣體如l〇〇%C〇2、含15%至25%C02的ArW及 類似物。 特性
[0023] 當用自動焊接設備使用本發(fā)明的藥忍焊接電極進行焊接時在高儀鋼工件中產生 的豎直焊縫呈現出在W下表4中列出的機械特性。為了比較，由在同一鋼中通過焊條焊接使 用傳統(tǒng)的用于此目的的焊條電極ENiCrMo-6產生的豎直焊縫呈現的特性也包括在表3中。 表3 由本發(fā)明的電極在高Ni鋼中形成的焊縫的機械特性：
[0024] 如從表3中可W看出的，與當使用傳統(tǒng)的焊條焊接方法時獲得的特性相比，通過本 發(fā)明的藥忍焊接電極產生的焊縫的品質是至少一樣好的，并且在一些情況下更好。運是相 當令人驚訝的，鑒于通過所有先前的用自動焊接設備焊接高儀鋼的嘗試產生的豎直焊縫在 強度、-196°C下的沖擊初性、對焊接熱裂的敏感性W及焊道形狀中的一項或多項上是較不 理想的。
[0025] 盡管W上已經描述了本發(fā)明的少數幾個實施例，應了解可W在不背離本發(fā)明的精 神和范圍下進行很多修改。所有此類修改旨在包括在將僅由W下權利要求限定的本發(fā)明的 范圍內。
【主權項】
1. 一種用于通過藥芯電弧焊接(FCAW)方法焊接5%-9%鎳鋼工件的藥芯焊接電極，該 藥芯焊接電極包含一個微粒芯和圍繞該微粒芯的一個金屬護套，其中該金屬護套的化學組 成和該微粒芯的化學組成被選擇為使得通過該焊接電極產生的焊縫熔敷組合物包含< 0.15C、<6.0Mn、<1.0Si、< 0.025P、< 0.020S、12.0-20.0Cr、2 55.0Ni、5.5-7.5Mo、1.2-1.8Nb+Ta、<12Fe、<0.3Cu和0.5-4.0W。2. 如權利要求1所述的藥芯焊接電極，其中該焊縫熔敷組合物包含< Ο . 08C、< 4. OMn、 <0.7Si、<0·017Ρ、<0.015S、12.8-16.0Cr、266Ni、5.6-7.0Mo、1.2-1.7Nb+Ta、<9Fe、< 0.1〇1和0.8-2.513. 如權利要求2所述的藥芯焊接電極，其中該焊縫熔敷組合物包含< 0.04C、< 2.5Mn、 <0.4Si、《0.010P、<0.010S、13.5-14.5Cr、66-70Ni、5.7-6.3Μο、1·3-1.5Nb+Ta、<6Fe、< 0.04〇1和1-1.614. 如以上權利要求中任一項所述的藥芯焊接電極，其中該金屬護套是由一種合金形成 的，該合金包含約20wt. %Cr和80wt. %Ni。5. 如以上權利要求中任一項所述的藥芯焊接電極，其中該微粒組合物包括基于該微粒 組合物的重量約l-l〇wt. %的氟化物和約0-30wt. %的金屬氧化物，并且進一步其中氟化物 和金屬氧化物的組合量基于該電極的整體重量是約10_30wt. %。6. 如權利要求5所述的藥芯焊接電極，其中該微粒組合物進一步包含0-30wt. %Fe、約 5-30wt. %Mo、約8-20wt. %Nb、約2-18wt. 和約0-25wt. %Mn。7. -種用于接合兩個由高鎳鋼制成的工件的藥芯電弧焊接(FCAW)方法，該方法包括使 用如以上權利要求中任一項所述的藥芯焊接電極將這些工件焊接在一起。8. 如權利要求7所述的藥芯電弧焊接方法，其中該高鎳鋼含有5至9wt. %的鎳。9. 如權利要求1至8之一所述的藥芯電弧焊接方法，其中當正在將這兩個工件焊接在一 起時將一種外部保護氣體供應到該焊接位點。10. 如權利要求9所述的藥芯電弧焊接方法，其中該外部保護氣體包括100C02。11. 如權利要求10所述的藥芯電弧焊接方法，其中該外部保護氣體包括Ar+15 %至25 % C〇2〇
【專利摘要】一種用于通過藥芯電弧焊接(FCAW)方法焊接5％-9％鎳鋼工件的藥芯焊接電極，包含一個微粒芯和圍繞該微粒芯的一個金屬護套，其中該金屬護套的化學組成和該微粒芯的化學組成被選擇為使得通過該焊接電極產生的焊縫熔敷組合物包含≤0.15C、≤6.0Mn、＜1.0Si、＜0.025P、＜0.020S、12.0-20.0Cr、＞55.0Ni、5.5-7.5Mo、1.2-1.8Nb+Ta、＜12Fe、＜0.3Cu和0.5-4.0W。
【IPC分類】C22C19/05, B23K35/30, B23K35/02, B23K35/38
【公開號】CN105579189
【申請?zhí)枴緾N201480050747
【發(fā)明人】張筑耀, 文森特·凡德米, P·范厄克, 馬克·巴克斯頓
【申請人】林肯環(huán)球股份有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2014年9月16日
【公告號】EP3046723A1, US20150076130, WO2015036849A1