CN106181115A - 低飞溅9Ni钢用镍基电焊条 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低飞溅9Ni钢用镍基电焊条，包括焊芯及表面药皮，其特征在于焊芯成分以重量百分比计为：C≤0.02%，Si:0.05-0.20%，Mn:0.5-1.9%，Ni:71-80%，Cr:20-30%，Mo:2-5%，S≤0.01%，P≤0.01%，以及不可避免夹杂元素；药皮成分以重量百分比计包括：6-15%冰晶石，21-24%大理石，10-14%金红石，2-8%氧化硅，2-7%碳酸锶，2-6%金属钼，2-3%金属锰，1-6%硼砂，及0.5-3%海藻盐，及适量粘结剂。经过三段式烘烤，150-180℃一小时、260-340℃三小时和170-180℃一小时后即可制得成品电焊条，其电弧稳定、低飞溅、焊道表面质量优良，适应横焊、立焊等全位置焊接。

Description

低飞溅 9Ni 钢用镍基电焊条

技术领域

本发明涉及一种镍基电焊条，特别涉及一种用于9Ni钢焊接的专用镍基电焊条。

背景技术

9Ni钢是一种在-196℃超低温条件下仍具有优良力学性能的钢板，因此常被用于建造液化天然气（LNG）储罐。目前，储罐的体积在14-25m³之间，建造过程离不开焊接，而电焊条能够适应全位置焊接，更是建造过程中不可或缺的材料。随着大型制造业对效率要求的不断提高，自动化技术和机器人逐渐得到了广泛应用，这对焊接工装和焊接过程提出了更高的质量要求。比如，在船舶行业的平面分段流水线、输油气管道的现场对接焊接、建筑桥梁的大纵缝立焊等，采用自动化气保焊接技术，提高效率的同时，也保证了焊接质量。

自动化焊接技术对焊道表面质量、焊接飞溅和电弧稳定性提出了更高的要求，否则难以保证焊缝质量。为改善自动焊接件的质量，从原理上可通过焊接工艺优化、和焊丝质量提高等两个方面入手加以解决。通过合金优化来提高焊丝的电弧稳定性、降低焊接飞溅的研究较少，工业上多数仍是采用优化焊接工艺来提高焊接工艺性能。

已有技术（201110068832.3，201110328191.0，201410009476.1和201410009501.6）提供了9Ni钢用电焊条，但共同点是药皮材料均含有4%以上的萤石。萤石一方面可降低液态金属表面张力、提高熔渣流动性、进而改善焊道表面质量；但在高温下会分解出有害气体氟化氢，造成电弧的不稳定，因此会增加焊接飞溅、影响焊道成型质量。市场上需要不含萤石、低飞溅和焊接电弧稳定性优良的新型焊条用于高效焊接加工。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种不含萤石的新型渣系药皮配方的电焊条、其焊接电弧稳定性好、低飞溅。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于9Ni钢焊接的镍基电焊条，包括焊芯及表面药皮，其特征在于焊芯成分以重量百分比计为：C≤0.02%，Si:0.05-0.20%，Mn:0.5-1.9%，Ni: 71-80%，Cr: 20-30%，Mo: 2-5%，S≤0.01%，P≤0.01%，以及不可避免夹杂元素；药皮成分以重量百分比计包括：6-15%冰晶石，21-24%大理石，10-14%金红石，2-8%氧化硅，2-7%碳酸锶，2-6%金属钼，2-3%金属锰，1-6%硼砂，及0.5-3%海藻盐，及适量粘结剂。

下面对焊条焊芯的成分设计进行说明：

C：作为杂质元素存在，其含量≤0.02%。

Si：主要用于向焊缝金属中过渡，焊缝金属中的Si一方面充当焊缝金属中的脱氧元素，另一方面是焊缝金属中的强化元素。出于焊接电弧控制的需要，药皮中需添加部分含有Si的氧化物或硅酸盐。综合考虑，焊芯中的Si的优选含量是0.05-0.20%。

Mn：主要用于向焊缝金属中过渡，焊缝金属中的Mn一方面充当焊缝金属中的脱氧元素，另一方面是焊缝金属中的强化元素。此外，也可以通过药皮添加向过渡。焊芯材料中Mn含量超过1.90%，一方面会使得焊芯材料的偏析增加，另一方面会使得其轧制和拉拔难度加大、强度增加，而塑形变差；这样会导致焊芯在加工过程中容易脆断，影响制造效率和成品合格率。因此，Mn优选含量是0.5-1.90%。

Ni：是焊芯和焊条中最重要的元素。考虑到药皮材料电弧物理特性，以及焊接过程中合金元素的过渡系数，其优选含量是71-80%。

Cr：是焊缝金属中的重要元素。考虑到药皮材料电弧物理特性，以及焊接过程中合金元素的过渡系数，以及Ni含量，其优选含量是20-30%。

Mo: 是焊缝金属中最重要的强化元素，考虑药皮材料电弧物理特性，以及焊接过程中合金元素的过渡系数，其优选含量是2-5%。

S：作为杂质元素，其含量≤0.01%。

P：作为杂质元素，其含量≤0.01%。

对药皮成分设计说明如下：

冰晶石：主要作用是提高焊道表面质量，机理是通过调整焊接熔池中熔渣的粘度和结构、来形成易于去除的焊渣。当其含量低于或高于优选含量，都会在焊道表面形成粘结紧密、斑斑驳驳的渣层，影响焊接质量。试验结果表明，其优选含量是6-15%。

大理石：一方面利用其高温状态下分解的CO2对熔池提供保护，一方面利用其产生的CaO进行造渣，清洁焊缝金属，改善脱渣性能。综合考虑，其优选含量是21-24%。

金红石：主要用于焊接熔池造渣、改善脱渣性能。另一方面过渡到焊缝金属的Ti元素，还可以提高焊接电弧稳定性、减少焊接飞溅，从而改善焊接工艺性能。考虑到大理石和氧化硅的含量，其优选含量是10-14%。

氧化硅：主要作用是熔池造渣，改善脱渣性能。其自身与大理石和金红石的含量和比例决定了渣层结构和物理性能，即脱渣性能。因此，其优选含量是2-8%。

碳酸锶：其作用与大理石类似，但同时具备两个优点：一是其抗吸潮能力强于大理石，二是其高温分解温度高于大理石，因此能够对焊接熔池提供更好的保护，在复合添加情况下，其优选含量是2-7%。

金属钼：其作用向焊缝金属过渡、来提高焊缝金属强度，机理与焊芯材料类似。一部分通过药皮添加的原因是，可降低焊芯材料轧制拉拔难度、提高成材率；同时也有利于改善焊条涂层质量，提高焊接质量和稳定性。因此，其优选含量是2-6%。

金属锰：其作用向焊缝金属过渡、来提高焊缝金属强度，机理与焊芯材料类似，其优选含量是2-3%。

硼砂：作为润滑剂加入来改善药皮的压涂性能，其优选含量是1-6%。当其含量过低时，效果不明显；当期含量过高时，其引入的尖晶石类夹杂物会改变焊接熔池的渣层结构、进而恶化脱渣性能。

海藻盐：与硼砂共同加入时，有利于改善药皮的均匀性和流动性，从而进一步提高压涂性能，其优选含量是0.5-3%

粘结剂：加入适量粘接剂用于改善药皮的流动性和粘度，从而利于压涂性能改善。

上述药皮配置完、压涂和干燥完成后，经过三段式烘烤，150-180℃一小时、260-340℃三小时和170-180℃一小时，即制成本发明所述焊条。

与现有技术相比，本发明技术的有益效果至少在于：

1、提供了一种不含萤石的新型渣系的9Ni钢用镍基电焊条，焊接电弧稳定、焊接飞溅少、焊道表面质量高，适用于高效焊接加工；

2、可用于全位置焊接，尤其是多层多道、表面质量要求高的焊接工况，这主要得益于低飞溅、焊道表面质量高、脱渣性好等优点。一方面满足了高焊接表面质量的要求，同时也省去了打磨等辅助工序提高了焊接效率。

具体实施方式

下面对本发明实施例做详细说明。

本发明提供了一种用于9Ni钢焊接的镍基电焊条，包括焊芯及表面药皮，其特征在于焊芯成分以重量百分比计为：C≤0.02%，Si:0.05-0.20%，Mn:0.5-1.9%，Ni: 71-80%，Cr: 20-30%，Mo: 2-5%，S≤0.01%，P≤0.01%，以及不可避免夹杂元素；药皮成分以重量百分比计包括：6-15%冰晶石，21-24%大理石，10-14%金红石，2-8%氧化硅，2-7%碳酸锶，2-6%金属钼，2-3%金属锰，1-6%硼砂，及0.5-3%海藻盐，及适量粘结剂。

将各成分粉料按照比例均匀混合，然后送入压涂机内将其裹覆于焊芯上，经过干燥、三段式烘烤，150-180℃一小时、260-340℃三小时和170-180℃一小时，即制成本发明所述焊条。

选出6种焊条用于实施例，特别制作4种焊条用于对比例，然后进行焊接试验，并测试工艺性能和力学性能。

焊接试验细节见图1，焊条焊芯和药皮成分见图2和3，焊接工艺测试结果见图4，焊接熔敷金属力学性能见图5。

附图说明

图1是焊接试验安排图

图2是实施例及对比例焊芯化学成分图

图3是实施例及对比例药皮成分图

图4是焊接工艺测试结果图

图5熔敷金属力学性能图

由上述结果可知，本发明通过焊芯和药皮成分重新设计，得到了焊接电弧稳定性好、低飞溅、易脱渣、焊道形状良好的电焊条，且横焊和立焊工艺性能优良，适用于全位置焊接。

本发明电焊条不受上述实施例的限制，任何符合本发明的权利要求范围内的改进和变化都在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种低飞溅9Ni钢用镍基电焊条，包括焊芯及表面药皮，其特征在于焊芯成分以重量百分比计为：C≤0.02%，Si:0.05-0.20%，Mn:0.5-1.9%，Ni: 71-80%，Cr: 20-30%，Mo: 2-5%，S≤0.01%，P≤0.01%，以及不可避免夹杂元素；药皮成分以重量百分比计包括：6-15%冰晶石，21-24%大理石，10-14%金红石，2-8%氧化硅，2-7%碳酸锶，2-6%金属钼，2-3%金属锰，1-6%硼砂，及0.5-3%海藻盐，及适量粘结剂。

2.如权利要求1所述的镍基电焊条，其特征在于干燥后需经过三段式烘烤，150-180℃一小时、260-340℃三小时和170-180℃一小时。