CN102689106A

CN102689106A - 一种石油储罐用垂直气电立焊金属芯药芯焊丝

Info

Publication number: CN102689106A
Application number: CN2012101933261A
Authority: CN
Inventors: 谢晋平; 张莉; 张赫; 张孝东; 符定梅; 曾宪芳; 赵海静; 李杨
Original assignee: MCC WELDING TECHNOLOGY Co Ltd; Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Current assignee: Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group; China Jingye Engineering Corp Ltd
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2032-06-12
Also published as: CN102689106B

Abstract

本发明提供一种石油储罐用垂直气电立焊金属芯药芯焊丝，由药粉和外用不锈钢带组成，其特征在于，所述药芯占焊丝总重量的24～28%，其中药芯各组分占药芯的重量百分比为：电解锰5～10%、硅铁1～6.75%、钼粉0.5～3%、钛铁2～8%、镍粉2～8%、氟化钠2～5%、氟化锂0.5～2%、氟硅酸钠1～5%、硼铁0.1～0.5%、镁粉1～5%、铁粉65～80%。本发明的药芯焊丝可用于焊接610MPa高强度大线能量钢，焊接质量好，焊缝一次成型，效率高。

Description

一种石油储罐用垂直气电立焊金属芯药芯焊丝

技术领域

本发明属于材料加工工程中的焊接领域，更具体地，涉及一种利用碳钢钢带包裹多种合金粉末和少量矿物粉末制造的熔敷金属为12MnNiVR和B610E以及国外相应钢种的药芯焊丝，其主要应用于储罐侧板，也可用于立焊船舶的外壳及各种内部构件、桥梁的箱式梁腹板、冶金高炉等中厚板的对接焊缝。

背景技术

为了保证我国能源安全，国家从2003年上半年开始建立国家石油战略储备，并计划到2015年实现石油储备90天的远期目标。实现该目标的前提条件是建设用于储油的10～15万m³（或容积更大）的大型原油储罐。石油储罐中的介质属于易燃危险品。因此，建造储罐所需钢材和焊材需经过国家指定的权威质检部门认证后，方可使用。

垂直气电立焊的特点是中厚板焊接一次成型，焊接线能量很大，焊缝金属韧性难以达标，对于母材而言，垂直气电立焊焊接时熔合线附近区域的最高温度超过1400℃，该区域晶粒变得非常粗大，粗晶区加宽，HAZ低温冲击韧性降低，强度降低。

目前，我国大规模建造的储罐为容积10万m³，其壁板主要采用610MPa的大线能量焊接高强度钢板。610MPa高强度大线能量钢的配套焊材是垂直气电立焊专用药芯焊丝，目前完全依赖进口，主要是日本新日铁的EG-60和神钢的DWS-60G。曾有国内权威单位较长时间研究过，但是结果不能满足要求，与国外产品差距较大，终于放弃。

针对上述情况，开发一种610MPa高强度大线能量钢配套焊材垂直气电立焊专用药芯焊丝ZY-EG60。用碳钢钢带包裹合金粉末和矿物粉末，使熔敷金属达到610MPa高强度大线能量钢的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石油储罐用垂直气电立焊金属芯药芯焊丝，可用于焊接610MPa高强度大线能量钢，焊接质量好，焊缝一次成型，效率高。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种石油储罐用垂直气电立焊金属芯药芯焊丝，由药粉和外用不锈钢带组成，所述药芯占焊丝总重量的24～28%，其中药芯各组分占药芯的重量百分比为：电解锰5～10%、硅铁1～6.75%、钼粉0.5～3%、钛铁2～8%、镍粉2～8%、氟化钠2～5%、氟化锂0.5～2%、氟硅酸钠1～5%、硼铁0.1～0.5%、镁粉1～5%、铁粉65～80%。

如上所述的药芯焊丝，优选地，所述外用不锈钢带为H08A碳钢钢带。

如上所述的药芯焊丝，优选地，所述药芯焊丝与国产610MPa级石油储罐高强度大线能量用钢12MnNiVR和B610E以及国外相应钢种在化学成分、力学性能上达到良好匹配。

如上所述的药芯焊丝，优选地，所述药芯焊丝的直径在1.5mm～1.6mm之间。

如上所述的药芯焊丝，优选地，所述药芯焊丝适用于线能量不大于180KJ/cm的焊接。

如上所述的垂直气电立焊药芯焊丝，该焊丝采用NaF+MgO为主的渣系，渣量在2%范围内。焊丝采用部分粉料预处理（去除结晶水）、尽量少加入含结晶水的物质、加入稀土等方法来降低扩散氢含量，其焊缝技术扩散氢含量低于4mL/100g。所述焊丝的焊缝金属脆性转变温度远远低于零下40度，焊丝焊接工艺性能优良，能适应不规则坡口尺寸钢板的焊接。

所述药芯焊丝的制备方法采用以下步骤：

1、将钢带轧制成U形，向U形槽中加入占本发明焊丝总重24～28%的本发明的药粉；

2、将U形槽合口，使药粉包裹其中，通过拉丝模逐道拉拔、减径，最后使其达到1.6mm左右，得到最终的产品。

本发明的有益效果为：

本发明的药芯焊丝焊缝成形美观，焊接工艺性能优良，焊接中厚板一次成形，生产效率高。此焊丝主要应用于储罐侧板，也可用于立焊船舶的外壳及各种内部构件、桥梁的箱式梁腹板、冶金高炉等中厚板的对接焊缝的焊接。

具体实施方式

本发明提供了一种石油储罐用垂直气电立焊金属芯药芯焊丝，其中，该焊丝药芯中的主要成分的作用如下：

Fe粉：向焊缝过渡金属，改善导电率。

硅铁：可调整熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性，硅的固熔强化作用很强，因而可以有效的提高焊缝的强度，但含量超过一定范围会使韧性下降。在冶金方面，硅是良好的脱氧剂并可防止CO气孔，因此，焊缝中应含有一定量的硅，但应注意到脱氧产物容易形成硅酸盐，产生夹渣，低熔点的硅酸盐可能导致结晶裂纹，此外硅酸盐还会增加熔渣和熔化金属的粘度，引起较严重的飞溅，影响焊接质量。

钛铁：有脱氧作用，并可以改善电弧的稳定性，同时适量的Ti与B促使焊缝在凝固时析出针状铁素体，从而起到改善焊缝金属韧性的作用，本发明中Ti是以钛铁的形式加入的，其用量范围为焊丝焊芯总重量的2～8%，当Ti含量小于2或大于8时，焊缝金属强度上升，韧性降低。

电解锰：主要用作脱氧剂，也有一定的渗合金作用，同时还对脱硫有利。此外锰氧化时放出大量热量，提高熔池温度，有利于冶金反应。

钼粉：可以有效的提高焊缝金属的强度并通过细化晶粒而达到改善韧性的作用，加入的钼过多可提高热强性，并提高热影响区的淬硬倾向，使裂纹敏感性增大。

镍粉：Ni可以有效提高韧性。其用量范围为焊丝焊芯总重量的2～8%。少于2%时作用不明显，大于8%时不能和Mn、Si有效匹配，冲击功反而下降，而且抗裂性差。

氟化物：可以提高焊丝抗气孔能力，降低扩散氢的含量，一定程度上保证了焊缝低温韧性。

下述各实施例的药芯焊丝，都是由药芯拉丝机轧制出，其步骤为：

a.选用宽度为12～13.5mm，厚度为0.7～0.9mm的碳钢钢带；

b.先将钢带轧成U形，再向U形槽中加入粒度为-80目的混合药粉（即药粉粉末的颗粒度均能通过80目筛），药粉的填充率（即药粉重量占焊丝总重的百分比，下同）为24～28%，将U形槽合口，使药粉包裹其中。

实施例1

选用12×0.9mm（表示钢带的宽度为12mm，厚度为0.9mm，下文中采用同样的表述方式）的H08A碳钢钢带，先将其轧制成U形。取6%电解锰、3%硅铁、1%钼粉、5%钛铁、5%镍粉、氟化钠2.5%、氟化锂0.5%、氟硅酸钠2%、0.1%硼铁、2%镁粉、72.9%铁粉，所取各粉末的颗粒度均能通过80目筛。将所取各种粉末放入混粉机内混合45分钟，然后将混合粉末加入U形H08A碳钢钢带槽中，填充率为24%，将U形槽合口，使其将药粉包裹其中，然后用拉丝模逐道拉拔、减径至1.56mm。在无保护气体的情况下进行焊接，焊接电流350～400A，焊接电压38～46V，焊接速度1.18mm/sec，焊接后测焊缝冲击功，冲击功数值见表1。

实施例2

选用13×0.9mm的H08A碳钢钢带，先将其轧制成U形。取7%电解锰、3%硅铁、1.5%钼粉、4%钛铁、3.5%镍粉、氟化钠2.5%、氟化锂0.5%、氟硅酸钠2%、、0.1%硼铁、2%镁粉、73.9%铁粉，所取各粉末的颗粒度均能通过80目筛。将所取各种粉末放入混粉机内混合45分钟，然后将混合粉末加入U形H08A碳钢钢带槽中，填充率为25%，将U形槽合口，使其将药粉包裹其中，然后用拉丝模逐道拉拔、减径至1.56mm。在无保护气体的情况下进行焊接，焊接电流350～400A，焊接电压38～46V，焊接速度1.20mm/sec，焊接后测焊缝冲击功，冲击功数值见表1。

实施例3

选用13×0.8mm的H08A碳钢钢带，先将其轧制成U形。取6%电解锰、4%硅铁、1%钼粉、6%钛铁、5%镍粉、氟化钠2.5%、氟化锂0.5%、氟硅酸钠2%、、0.1%硼铁、2%镁粉、70.9%铁粉，所取各粉末的颗粒度均能通过80目筛。将所取各种粉末放入混粉机内混合45分钟，然后将混合粉末加入U形H08A碳钢钢带槽中，填充率为25%，将U形槽合口，使其将药粉包裹其中，然后用拉丝模逐道拉拔、减径至1.56mm。在无保护气体的情况下进行焊接，焊接电流350～400A，焊接电压38～46V，焊接速度1.17mm/sec，焊接后测焊缝冲击功，冲击功数值见表1。

实施例4

选用13×0.7mm的H08A碳钢钢带，先将其轧制成U形。取8%电解锰、5%硅铁、1.5%钼粉、5%钛铁、6%镍粉、氟化钠2.5%、氟化锂0.5%、氟硅酸钠2%、、0.1%硼铁、2%镁粉、67.4%铁粉，所取各粉末的颗粒度均能通过80目筛。将所取各种粉末放入混粉机内混合45分钟，然后将混合粉末加入U形H08A碳钢钢带槽中，填充率为26%，将U形槽合口，使其将药粉包裹其中，然后用拉丝模逐道拉拔、减径至1.56mm。在无保护气体的情况下进行焊接，焊接电流350～400A，焊接电压38～46V，焊接速度1.19mm/sec，焊接后测焊缝冲击功，冲击功数值见表1。

表1实施例效果

由表1的结果可见，采用实施例1～4提供的药芯焊丝进行焊接后，其熔敷金属和焊缝指标均符合国家标准，满足大型石油储罐的垂直气电立焊焊接要求，而其中实施例3和4的性能又显著地高于实施例1和2。

Claims

1.一种石油储罐用垂直气电立焊金属芯药芯焊丝，由药粉和外用不锈钢带组成，其特征在于，所述药芯占焊丝总重量的24～28%，其中药芯各组分占药芯的重量百分比为：电解锰5～10%、硅铁1～6.75%、钼粉0.5～3%、钛铁2～8%、镍粉2～8%、氟化钠2～5%、氟化锂0.5～2%、氟硅酸钠1～5%、硼铁0.1～0.5%、镁粉1～5%、铁粉65～80%。

2.如权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述外用不锈钢带为H08A碳钢钢带。

3.如权利要求1或2所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝适用于610MPa级石油储罐用钢12MnNiVR和B610E。

4.如权利要求1或2所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝的直径在1.5mm～1.6mm之间。

5.如权利要求1或2所述的药芯焊丝，其特征在于，所述药芯焊丝适用于线能量不大于180KJ/cm的焊接。