CN104128715A - 一种用于核电用钢安全壳的气体保护焊丝 - Google Patents

一种用于核电用钢安全壳的气体保护焊丝 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于核电用钢安全壳的气体保护焊丝，属于焊接材料领域。本发明提供的气体保护焊丝，其化学成分按质量百分比为：C：0.07~0.12%；Mn：1.10~1.60%；Si：0.25~0.55%；Ni：0.80~1.40%；S≤0.025%；P≤0.025%；Cr≤0.20%；Mo：0.10~0.30%；Cu≤0.50%；其余成分为铁与不可避免的杂质。本发明成本低、焊接电弧稳定，焊接飞溅小，焊缝成型美观，所得熔敷金属及焊接接头在焊态下具有良好的综合力学性能，低温冲击性能良好，具有极佳的韧性，可广泛用于核电工程中的钢结构焊接。

Description

一种用于核电用钢安全壳的气体保护焊丝
技术领域
本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种用于核电用钢安全壳的气体保护焊丝。
背景技术
核电作为一种清洁能源，对于满足中国电力需求、优化能源结构、减少环境污染、促进经济能源可持续发展具有重要战略意义。
核电作为目前经济有效且被真正实现商业化利用的新型替代能源，其发展潜力毋容置疑。现阶段我国处于核电等清洁能源大量应用的趋势中，核电项目将是我国今后清洁能源发展的重点。
我国现在正在建设的第三代核电站，从技术上吸取了世界上二代核电技术的运行经验，充分使用几十年来的科技进步成果，按照新的安全法规设计，把严重事故作为设计基准，因此钢安全壳对严重事故的负载能力需要达到一个新的高度，对于钢安全壳的焊接标准就提出了新的要求。
目前在三代核电厂中所使用的钢制安全壳主要是SA738Gr.B钢等材质，但目前并没有专门针对这一类钢材所使用的焊接用焊丝，只能使用其它种类的焊丝进行焊接，具有成本高昂，焊接质量不一等缺点，使得三代核电厂工程进度受到一定程度上的影响。在核电技术迅速发展的今日，从核电安全角度出发，钢安全壳的密闭焊接就显得尤为重要，因此急需开发一种用于三代核电用钢安全壳焊接的焊丝。
发明内容
发明的目的在于提供一种用于核电用钢安全壳的气体保护焊丝，成本低、焊接电弧稳定，焊接飞溅小，焊缝成型美观，尤其是焊丝熔敷金属成分与SA738Gr.B钢板成分接近，两者在焊态和热处理态的力学性能保持一致，完全满足SA738Gr.B钢焊接性能要求。
为实现本发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于核电用钢安全壳的气体保护焊丝，其特征是化学成分按质量百分比为：
C：0.07~0.12%；
Mn：1.10~1.60%；
Si：0.25~0.55%；
Ni：0.80~1.40%；
S≤0.025%；
P≤0.025%；
Cr≤0.20%；
Mo：0.10~0.30%；
Cu≤0.50%；
其余成分为铁与不可避免的杂质。
所述铜的含量包含镀在焊丝表面的铜。
优选地，所述气体保护焊丝在焊接时采用Ar和CO2的混合气体保护，所述混合气体的体积比为Ar：CO2=4：1。
本发明中各元素的作用及机理：
C：当C含量较低时，焊缝强度较低；当C含量过高时，焊缝韧性下降，因此本焊丝中C的重量百分比以0.07~0.12%为佳。
Mn：是焊缝强韧化的有效元素，在气体保护焊接时有利于脱氧，防止引起热裂纹的铁硫化物的形成，因此本焊丝中Mn的重量百分比以1.10~1.60%为佳。
Si：一方面具有脱氧作用，另一方面还对焊缝有强化作用，但焊缝中Si含量太高时会影响焊缝的韧性，降低焊缝的抗裂性能，因此本焊丝中Si的重量百分比以0.25~0.55%为佳。
Ni：有利于提高焊缝金属的韧性尤其是低温冲击韧性，降低脆性转变温度，Ni能减少先共析铁素体含量并改善焊缝韧性，Ni含量过高会导致焊缝与母材成分差别大，同时焊丝成本增加，因此本焊丝中Ni的重量百分比以0.80~1.40%为佳。
S、P有害元素，会对加工性能产生一些不利影响，主要会降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹，还会降低钢的耐腐蚀性能。因此这些元素必须尽可能控制在最小范围内。本焊丝中S、P的重量百分比控制为S≤0.025%,P≤0.025%。
Cr：是一种有效的强化元素，并有细化铁素体晶粒的作用，但过高的Cr会降低焊缝的韧性，因此本焊丝中Cr的重量百分比控制为Cr≤0.20%。
Mo：是一种有效的强化元素，并有细化铁素体晶粒的作用，提高焊缝热处理性能，但过高的Mo会降低焊缝的韧性，因此本焊丝中Mo的重量百分比以0.10~0.30%为佳。
本发明提供了一种用于核电用钢安全壳的气体保护焊丝，有益效果如下：
一、本发明提供的用于核电用钢安全壳的气体保护焊丝，针对SA738Gr.B钢等常用钢安全壳材质进行优化，所得熔敷金属及焊接接头在焊态下具有良好的综合力学性能，低温冲击性能良好，具有极佳的韧性。本发明在降低气体保护焊丝制备成本的情况下，可广泛用于核电工程中的钢结构焊接。 
二、本发明提供的用于核电用钢安全壳的气体保护焊丝，经多次试验表明，焊接工艺性能和理化性能良好，工艺上达到成型美观、飞溅小，电弧挺度良好、熔敷效率高，可进行全位置焊接。
三、本发明提供的用于核电用钢安全壳的气体保护焊丝，在全位置焊接上焊态及热处理态熔敷金属室温拉伸Rp0.2大于540MPa，Rm大于620MPa，200℃高温Rp0.2大于360MPa，Rm大于525MPa；焊态及热处理条件下Akv（-30℃）、Akv（-45℃）大于54J，伸长率分别大于20%，有效地提高了焊缝整体性能，解决了焊缝金属低温韧性不足的问题，能够满足核电工作中对气体保护焊丝的需求，可广泛用于核电工程中的钢结构焊接。
四、本发明提供的用于核电用钢安全壳的气体保护焊丝，焊接后的熔敷金属中具有超低的S、P含量（S、P总量小于0.025），降低焊丝熔敷金属产生结晶裂纹的可能性。
五、本发明的气体保护焊丝在焊接时采用富氩气体（Ar80%+CO220%）保护，有利于焊缝低温冲击韧性的稳定。
具体实施方式
一种用于核电用钢安全壳的气体保护焊丝，焊丝制备包括以下步骤：制定焊丝治炼成分范围，进行原材料治炼；原材料进行剥壳、酸洗前处理；将前处理后的材料按规定压缩比进行拉拔到规定规格半成品；半成品焊丝经过前处理后进行化学镀铜后压缩抛光；分卷成独立包装。
实施例1
用于核电用钢安全壳的气体保护焊丝，其特征是化学成分按质量百分比为：
C：0.081%
Mn：1.54%
Si：0.44%
Ni：1.02%；
S：0.003%；
P：0.005%；
Cr：0.045%；
Mo：0.14%；
Cu：0.11%；
其余成分为铁与不可避免的杂质。
将本实施例所得的焊丝采用80%Ar+20%CO2保护气体，采用直流反接进行焊接试验，电弧稳定、飞溅小、焊缝成形美观。
焊丝熔敷金属化学成分见表1，熔敷金属力学性能见表2。
实施例2
用于核电用钢安全壳的气体保护焊丝，其特征是化学成分按质量百分比为：
C：0.085%
Mn：1.49%
Si：0.40%
Ni：0.98%；
S：0.004%；
P：0.005%；
Cr：0.05%；
Mo：0.14%；
Cu：0.12%；
其余成分为铁与不可避免的杂质。
将本实施例所得的焊丝采用80%Ar+20%CO2保护气体，采用直流反接进行焊接试验，电弧稳定、飞溅小、焊缝成形美观。
焊丝熔敷金属化学成分见表3，熔敷金属力学性能见表4。
以上实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于核电用钢安全壳的气体保护焊丝，其特征是化学成分按质量百分比为：
C：0.07~0.12%；
Mn：1.10~1.60%；
Si：0.25~0.55%；
Ni：0.80~1.40%；
S≤0.025%；
P≤0.025%；
Cr≤0.20%；
Mo：0.10~0.30%；
Cu≤0.50%；
其余成分为铁与不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的用于核电用钢安全壳的气体保护焊丝，其特征在于：所述铜的含量包含镀在焊丝表面的铜。
3.根据权利要求1所述的用于核电用钢安全壳的气体保护焊丝，其特征在于：所述气体保护焊丝在焊接时采用Ar和CO2的混合气体保护，所述混合气体的体积比为Ar：CO2=4：1。
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