CN103753050A - 核电用碳钢电焊条及其制备方法 - Google Patents

核电用碳钢电焊条及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核电用碳钢电焊条及其制备方法，由焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，所述药皮包括下列重量百分比含量的成分：大理石30-40％、萤石20-30％、硅微粉6-9％、电解锰3-6％、硅铁4-8％、金红石7-10％、羧甲基纤维素钠0.4-0.9％、钼铁5-8％、钛白粉2-5％。本发明的核电用碳钢焊条具有优良的焊接工艺性，电弧稳定，飞溅小，吹力适中，熔渣覆盖性好，焊缝成形美观，全位置操作性好。熔敷金属化学成分、射线试验、冲击试验均满足核电的特殊要求，达到国外同类焊条的先进水平。

Description

核电用碳钢电焊条及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电焊条，特别涉及一种满足ASME标准中E7015要求的主要用于焊接耐高温持久强度要求的核电用碳钢电焊条及其制备方法。
背景技术
国家核电站的建设是一项涉及国家经济安全的重要战略性部署，而国内建设用钢板和焊接材料以前一直依赖进口，因此被少数公司垄断，价格的持续上涨以及供货期的不确定成为我国核电站建设的制约因素，因此核电用焊接材料的国产化凸显的尤为重要。核电焊接材料的国产化，打破了国外焊接材料对该领域的垄断，而且对加快我国核电站建设提供了有力的保证。
焊接材料是在进行焊接时，用电弧等热源而熔化，形成具有所需性能的焊接金属，使金属达到联结目的的材料。因此，焊接材料必须具有优良的焊接工艺性，焊接操作性好，焊接缺陷少，鉴于核电设备的重要性以及工作环境的苛刻性，焊接材料还应具备良好的力学性能。国外厂家同类核电焊接材料产品普遍存在重视力学性能而牺牲工艺性能的问题；国内其他厂家同类焊条施焊时存在电弧不够稳定、焊接飞溅大、力学性能不能满足耐高温保持持久强度要求等弊病。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种核电用碳钢电焊条及其制备方法，焊条在焊接时熔渣流动性好、电弧稳定、飞溅小、脱渣性优良、焊接烟尘小、熔渣覆盖性好，焊缝成型美观、焊缝光亮程度好、权全位置操作性好。焊条在高温环境下40小时仍具有优良的抗拉强度、高温屈服强度和低温冲击韧性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种核电用碳钢电焊条，由焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，所述焊芯包括下列重量百分比含量的元素成分：
Figure BDA0000452727430000021
余量为Fe及微量杂质；
所述药皮包括下列重量百分比含量的成分：
Figure BDA0000452727430000022
上述核电用碳钢电焊条的制备方法，包括以下步骤：取药皮药粉各组分混合均匀，使用钾钠混合水玻璃作为粘结剂，加入量为药皮总重量的18%-26％，搅拌均匀后，按规定的焊条外径均匀涂在焊芯上，经磨削出夹持端和引弧端后，使用焊条烘干炉分低温50-90℃、中温90-150℃、高温350-400℃三个阶段进行烘干，即得到核电专用碳钢焊条。
所述低温50-90℃、中温90-150℃、高温350-400℃三个阶段进行烘干的时间分别为1.5-2小时、1.5-2小时、1-2小时。
本发明的有益效果是：本发明的核电专用碳钢焊条具有优良的焊接工艺性，电弧稳定，飞溅小，吹力适中，熔渣覆盖性好，焊缝成形美观，全位置操作性好。熔敷金属化学成分、射线试验、冲击试验均满足核电的特殊要求，符合ASME标准中E7015的要求，焊接熔敷金属在焊态下具有优良的力学性能，尤其是在615℃×40小时热处理的状态下，仍具有优良的抗拉强度（Rm)、屈服强度(Rp0.2)、延伸率、低温冲击以及360℃条件下优良的屈服强度(Rp0.2)，达到国外同类焊条的先进水平。
具体实施方式
本发明的核电用碳钢电焊条，由焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，所述焊芯包括下列重量百分比含量的元素成分：
余量为Fe及微量杂质；
所述药皮包括下列重量百分比含量的成分：
Figure BDA0000452727430000032
Figure BDA0000452727430000041
上述核电用碳钢电焊条的制备方法，包括以下步骤：取药皮药粉各组分混合均匀，使用钾钠混合水玻璃作为粘结剂，加入量为药皮总重量的18%-26％，搅拌均匀后，按规定的焊条外径均匀涂在焊芯上，经磨削出夹持端和引弧端后，使用焊条烘干炉分低温50-90℃、中温90-150℃、高温350-400℃三个阶段进行烘干，即得到核电专用碳钢焊条。
所述低温50-90℃、中温90-150℃、高温350-400℃三个阶段进行烘干的时间分别为1.5-2小时、1.5-2小时、1-2小时。
CaCO3是大理石的主要组成成分，在电弧热的作用下，分解成CaO和CO2气体，起到造渣和造气的作用，能够起到稳定电弧和改善脱渣的作用，但CaCO3太多会粗化熔滴，所以本发明将大理石控制在30-40％。
CaF2是萤石的主要成分，属于碱性氟化物，CaF2中的F-能降低电弧气氛中H的分压，CaF2的分解能降低熔敷金属中氧的含量，有利于提高焊缝金属的低温冲击韧性，一定量的萤石可以降低液态金属的表面张力，提高熔渣的流动性，改善熔渣的物理性能，但过量的萤石会造成电弧不稳定，在本发明中试验证明CaF2在20-30％时有较好效果。
金红石是较纯的TiO2,能够改善熔渣的物理性能，把长渣改为短渣，改善焊缝成形、减小飞溅，本发明在加入时总量控制在7-10％。
电解锰的加入可以起到脱硫、脱氧的作用，还可以向焊缝过渡锰元素，提高焊缝强度。本发明中将电解锰的加入量控制在3-6％。
硅铁的加入也起到脱氧的作用，但是硅过高不利于焊缝金属的韧性，本发明将硅铁控制在4-8％。
Mo主要作用为固溶强化，能显著提高钢的蠕变极限和持久强度极限，但Mo加入过多，会加大钢的脆断，本发明中将Mo-Fe加入量控制在5-8％。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
药皮各组分配比（重量份数）如下：
Figure BDA0000452727430000051
实施例1
将上述药粉搅拌混合均匀后，加入浓度为40-450钾钠水玻璃20份（重量份数，下同）混合均匀后置于压涂机内使其包于H08E焊芯上，使用焊条烘干炉分低温50-90℃×2小时、中温90-150℃×2小时、高温350-400℃×1.5小时三个阶段进行烘干。所得焊条表皮光滑，偏心稳定，药皮强度好，对所得焊条进行焊接，成形美观，飞溅小，电弧稳定。
实施例1焊条熔敷金属在焊态常温下的力学性能：Rm=558,Rp0.2=462,A=28.6,-30℃冲击功别为：250,248,240，熔敷金属在615℃×40h热处理状态下的力学性能：Rm=490,Rp0.2=400，A=29.0，-30℃冲击功别为：230,246,236，高温360℃力学性能：Rm=438,Rp0.2=320，射线探伤合格。
实施例2
将上述药粉搅拌混合均匀后，加入浓度为40-450钾钠水玻璃混合均匀后置于压涂机内使其包于H08E焊芯上，使用焊条烘干炉分低温50-90℃×2小时、中温90-150℃×2小时、高温350-400℃×1.5小时三个阶段进行烘干。所得焊条表皮光滑，偏心稳定，药皮强度好，对所得焊条进行焊接，成形美观，飞溅小，电弧稳定。
实施例2焊条熔敷金属在焊态常温下的力学性能：Rm=576,Rp0.2=488,A=28.0,-30℃冲击功别为：202,198,206，熔敷金属在615℃×40h热处理状态下的力学性能：Rm=518,Rp0.2=428，A=28.8，-30℃冲击功别为：196,200,190，高温360℃力学性能：Rm=450,Rp0.2=336，射线探伤合格。
实施例3
将上述药粉搅拌混合均匀后，加入浓度为40-450钾钠水玻璃混合均匀后置于压涂机内使其包于H08E焊芯上，使用焊条烘干炉分低温50-90℃×2小时、中温90-150℃×2小时、高温350-400℃×1.5小时三个阶段进行烘干。所得焊条表皮光滑，偏心稳定，药皮强度好，对所得焊条进行焊接，成形美观，飞溅小，电弧稳定。
实施例3焊条熔敷金属在焊态常温下的力学性能：Rm=585,Rp0.2=478,A=27.5,-30℃冲击功别为：198,192,190，熔敷金属在615℃×40h热处理状态下的力学性能：Rm=540,Rp0.2=458，A=27.8，-30℃冲击功别为：180,184,174，高温360℃力学性能：Rm=458,Rp0.2=366，射线探伤合格。
实施例4
将上述药粉搅拌混合均匀后，加入浓度为40-450钾钠水玻璃混合均匀后置于压涂机内使其包于H08E焊芯上，使用焊条烘干炉分低温50-90℃×2小时、中温90-150℃×2小时、高温350-400℃×1.5小时三个阶段进行烘干。所得焊条表皮光滑，偏心稳定，药皮强度好，对所得焊条进行焊接，成形美观，飞溅小，电弧稳定。
实施例4焊条熔敷金属在焊态常温下的力学性能：Rm=602,Rp0.2=546,A=26.0,-30℃冲击功别为：170,178,180，熔敷金属在615℃×40h热处理状态下的力学性能：Rm=572,Rp0.2=488，A=25.2，-30℃冲击功别为：150,164,148，高温360℃力学性能：Rm=478,Rp0.2=400，射线探伤合格。
实施例5
将上述药粉搅拌混合均匀后，加入浓度为40-450钾钠水玻璃混合均匀后置于压涂机内使其包于H08E焊芯上，使用焊条烘干炉分低温50-90℃×2小时、中温90-150℃×2小时、高温350-400℃×1.5小时三个阶段进行烘干。所得焊条表皮光滑，偏心稳定，药皮强度好，对所得焊条进行焊接，成形美观，飞溅小，电弧稳定。
实施例5焊条熔敷金属在焊态常温下的力学性能：Rm=590,Rp0.2=488,A=28.4,-30℃冲击功别为：212,208,216，熔敷金属在615℃×40h热处理状态下的力学性能：Rm=548,Rp0.2=452，A=29.2，-30℃冲击功别为：198,184,188，高温360℃力学性能：Rm=470,Rp0.2=386，射线探伤合格。
实施例6
将上述药粉搅拌混合均匀后，加入浓度为40-450钾钠水玻璃混合均匀后置于压涂机内使其包于H08E焊芯上，使用焊条烘干炉分低温50-90℃×2小时、中温90-150℃×2小时、高温350-400℃×1.5小时三个阶段进行烘干。所得焊条表皮光滑，偏心稳定，药皮强度好，对所得焊条进行焊接，成形美观，飞溅小，电弧稳定。
实施例6焊条熔敷金属在焊态常温下的力学性能：Rm=566,Rp0.2=478,A=28.2,-30℃冲击功别为：232,250,236，熔敷金属在615℃×40h热处理状态下的力学性能：Rm=500,Rp0.2=418，A=28.4，-30℃冲击功别为：200,202,210，高温360℃力学性能：Rm=452,Rp0.2=376，射线探伤合格。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (3)

1.一种核电用碳钢电焊条，由焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，其特征在于，所述焊芯包括下列重量百分比含量的元素成分：
Figure FDA0000452727420000011
余量为Fe及微量杂质；
所述药皮包括下列重量百分比含量的成分：
Figure FDA0000452727420000012
2.一种如权利要求1所述核电用碳钢电焊条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取药皮药粉各组分混合均匀，使用钾钠混合水玻璃作为粘结剂，加入量为药皮总重量的18%-26％，搅拌均匀后，按规定的焊条外径均匀涂在焊芯上，经磨削出夹持端和引弧端后，使用焊条烘干炉分低温50-90℃、中温90-150℃、高温350-400℃三个阶段进行烘干，即得到核电专用碳钢焊条。
3.根据权利要求2所述的核电用碳钢电焊条的制备方法，其特征在于，所述低温50-90℃、中温90-150℃、高温350-400℃三个阶段进行烘干的时间分别为1.5-2小时、1.5-2小时、1-2小时。
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