專利名稱：明弧焊接的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用藥芯焊接消耗品的明弧焊接，所述藥芯焊接消耗品如藥芯焊絲或焊條，其中含有鉻以及可以選擇性含有氮。
背景技術(shù)：
在GB-A-2253084中，披露了一種鉻含量在4-16wt％范圍內(nèi)的藥芯焊絲或焊條，當使用相關(guān)的明弧焊接方法時，得到含氮的耐蝕焊接，其中氮是從焊接位置處焊接電弧周圍的環(huán)境大氣中以及包含在焊絲或焊條的藥芯中的氮吸收的。
在焊接過程中產(chǎn)生的鉻氧化物層保護焊接金屬不發(fā)生腐蝕和氧化。
而且，氮的存在強化了保護性鉻氧化物層的穩(wěn)定性，另外有助于恢復(fù)被損壞的所述層。
氮的另一種有益效果是它減少了焊接金屬高溫下回火。含鉻的焊接金屬在存在碳時由于鉻的碳化物形成而趨于快速軟化，但當?shù)娲恍┨紩r，鉻的碳化物形成減少，導(dǎo)致焊接金屬耐回火性改善。
雖然焊接金屬的鉻和氮可以形成鉻的氮化物，但形成鉻的氮化物涉及的反應(yīng)以及對焊接金屬組織和性能的任何不利影響并不明顯。
鉻的碳化物附近區(qū)域趨于貧鉻，造成局部腐蝕快速發(fā)生。
由于氮的有益效果，新一代不銹鋼鑄件已經(jīng)應(yīng)用了一段時間，由這些鑄件制造的實心焊絲應(yīng)用于氣體保護弧焊，其中焊弧受到保護氣體的保護。這種氣體保護焊弧，保證焊絲中的氮不會在最終焊接金屬中形成孔隙。保護氣體通常是純氬氣、或者氬氣/二氧化碳混合氣、氬氣/氦氣混合氣、或其它合適的混合氣。
為增大焊接金屬中的氮含量，向保護氣中添加氮氣已經(jīng)進行了一些工作，但成功很少。這樣，制造高氮含量不銹鋼焊絲用于得到先進焊接金屬引起了很大興趣。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的明弧焊接方法，它克服了或者至少基本減少了與上述公知焊接方法相關(guān)的缺點。
因此，本發(fā)明涉及一種明弧焊接方法，包括在相關(guān)焊接位置提供氮以及藥芯焊接消耗品，如焊絲或焊條，其中含有鉻17-30wt％，優(yōu)選的是17-25wt％。
消耗品可以包括氮，在這種情況下，氮可以由消耗品芯部合適含氮成分提供。
雖然消耗品可以包括氮，但這種氣體可以全部或部分由焊接位置周圍的環(huán)境大氣提供，在這種情況下，焊敷金屬的最終成分中有意加入氮。在這種情況下，并且請記住，本發(fā)明方法是明弧焊接，不需要或不是必須有另外的氣體保護。
實際上，考慮到焊接位置的焊接金屬從周圍大氣中吸收的氮量取決于焊接位置該氣體的分壓，而且大氣中氮含量體積百分比大約為78％，因此使用明弧焊接方法利用這種氮源以提高鉻含量是有利的。
焊接金屬可以用作含氮的單層或雙層焊敷金屬，氮是在焊接金屬凝固過程中全部或部分從周圍大氣吸收的。這種單層或雙層焊敷金屬可以用作隨后的同一或另外焊接熔敷層的緩沖層，如上面引用的英國專利中披露的多層焊接熔敷層。
雖然GB-A-2253804中披露的焊接消耗品和相關(guān)的焊接方法如上所述提供了具有可接受的完整性、強度、耐久性和耐蝕性、以及低的孔隙度，但檢測結(jié)果有些令人驚奇，消耗品中所含的鉻增加到17-30wt％，并且在焊接位置由焊接金屬吸收的氮的量大大提高了得到的焊接熔敷層的這些性能。


為了更徹底地理解本發(fā)明，下面借助實例并參考附圖，描述一種使用藥芯焊接消耗品的優(yōu)選明弧焊接方法。在附圖中圖1是電極焊絲的橫截面；圖2是表示稀釋作用的焊接橫截面示意圖；以及圖3是多層堆焊的剖視圖。
具體實施例方式
下面參看附圖的圖1，電極焊絲一般地表示為1，包括黑色金屬外皮2以及芯3，其中芯3包括17-25wt％鉻以及含氮焊劑。
下面參看圖2，焊敷金屬一般表示為11，已經(jīng)處于基體12上，并包括上部13和下部14。
參考附圖，稀釋用如下的關(guān)系式表示 熔化下部14的量與焊接條件成比例，一般地，焊接過程輸入熱量越高，熔化下部14的尺寸越大，從而產(chǎn)生較大的稀釋。
典型的稀釋程度在10％到50％之間改變。例如，如果焊絲1含有20wt％鉻，并且如果稀釋為30％，則最終焊接金屬中鉻含量可能達到14wt％。
稀釋作用在基體熔覆層以及將兩塊金屬接合在一起時是明顯的，因為稀釋的程度決定最終焊敷金屬的化學(xué)成分。
例如，氮在不銹鋼中的溶解度直接正比于焊接消耗品提供的鉻量。因此，鉻含量越高，焊接金屬中可能的氮溶解度越大。例如，鉻含量17.0wt％可能通常需要相應(yīng)的氮含量在0.12-0.13wt％范圍內(nèi)，而鉻含量25.0wt％需要氮含量0.25wt％。
通過本發(fā)明，使用的焊接消耗品具有的可控鉻量在17-30wt％范圍內(nèi)，優(yōu)選地在17-25wt％，從而得到可控的氮含量以及所需鉻和氮含量的單層焊接，從而為焊接金屬提供改進的力學(xué)性能和耐蝕性，但沒有任何明顯的孔隙度。
實例應(yīng)用本發(fā)明方法的明弧藥芯焊絲或焊條的典型成分范圍表示在下面表中
表

因此，通過本發(fā)明，可以在一層中獲得馬氏體含氮不銹鋼焊接，其中焊接金屬含鉻在11-15wt％范圍內(nèi)，考慮到稀釋，使用含鉻在20-22wt％范圍的藥芯電極焊絲。
通過改變藥芯消耗品化學(xué)成分，特別是有關(guān)其中包含的鉻和氮量，可以在兩層中得到馬氏體不銹鋼焊接。
這可以是非常有用的手段，因為在某些應(yīng)用中，兩層熔覆層是優(yōu)先的選擇。
本發(fā)明還涉及在提供多層熔覆基體的方法中使用藥芯焊接消耗品，如電極焊絲或焊條。
例如，鋼廠中使用的大多數(shù)輥，如用于支撐連鑄坯和軋制應(yīng)用的連鑄輥，趨向于使用含鉻低于2％的低合金鋼，因為這些鋼容易得到并且成本低。但是，當這些合金鋼應(yīng)用于輥經(jīng)受非常高的溫度以及高的腐蝕條件的惡劣環(huán)境時，輥的材料發(fā)生過早破壞。為了克服這個問題，這些輥用馬氏體不銹鋼焊接消耗品包覆。
這樣，為了以恒定化學(xué)成分特別是鉻和氮含量在多層中實現(xiàn)均勻焊接，通過明弧焊接使用鉻含量17-30wt％的藥芯焊接消耗品作為基體上的第一層，以提供充分的初始量的鉻和氮。接著，根據(jù)本發(fā)明在第一層上提供隨后的焊接層，層數(shù)可以不受限制，或者使用任何其它合適焊接材料，例如，上述英國專利中披露的焊接材料，即含鉻量達16wt％的焊接合金。
這種多層的熔覆層21表示在圖3中，其中施加到基體輥23的第一層22是根據(jù)本發(fā)明的，隨后的層24可以是任何合適焊接材料，如GB-A-2253804中披露并且其中含有在特定范圍內(nèi)的鉻以及氮的焊接材料。
以這種方式，根據(jù)本發(fā)明，在明弧焊接方法中使用藥芯焊接消耗品，即含鉻在17-30wt％范圍內(nèi)的藥芯焊接消耗品，可以用作多層熔覆層應(yīng)用場合的緩沖，以實現(xiàn)鉻和氮含量均勻。
如上所述，氮可以來自于焊接位置周圍的環(huán)境大氣和/或消耗品的芯部材料提供的氮。
因此，本發(fā)明提供一種明弧焊接使用的藥芯焊接消耗品，其中鉻含量在17-30wt％范圍內(nèi)，優(yōu)選的是17-25wt％，以及實現(xiàn)富氮焊接的方法，其中氮從周圍大氣有意加入，用于替代一些碳，從而改進得到的焊敷金屬的耐蝕性和力學(xué)性能。
可以理解的是，增強含氮焊接的組織穩(wěn)定性，特別是碳含量降低，也可以改進焊接的耐熱疲勞性，這個性能在高溫應(yīng)用下特別重要，此時焊接可能經(jīng)受反復(fù)的加熱和冷卻循環(huán)。
如上所述，這種應(yīng)用的典型例子是連續(xù)輥鑄造，其中輥由于接觸凝固坯而被加熱到600℃以上，接著由于對其表面直接噴水而隨后冷卻到100℃以下。
這種應(yīng)用中最常用的焊接材料是馬氏體不銹鋼，其中通常含鉻11-15wt％，并且有利地加入了氮，如上所述。
為此，通過使用鉻含量在17-30wt％范圍內(nèi)的含氮藥芯焊接消耗品，本發(fā)明因而提供合適的一層或兩層焊接熔覆層，以及/或者使焊接金屬在金屬凝固過程中從周圍大氣吸收氮。
而且，在本發(fā)明的明弧焊接方法中，不需要額外的氣體保護，通過從周圍大氣中吸收以及使用含鉻重量百分比至少17％的消耗品，可以選擇性地獲得富氮焊接。所有這些特征綜合起來允許有利地使用氮以及增加鉻含量。
權(quán)利要求
1.一種明弧焊接方法，包括在相關(guān)的焊接位置提供氮、以及含鉻在17-30wt％范圍內(nèi)的藥芯焊接消耗品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述消耗品含鉻在17-25wt％范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，消耗品還含有氮。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，消耗品的氮含量達0.3wt％。
5.如權(quán)利要求1到4中任一項所述的方法，其特征在于，消耗品是焊絲或焊條。
6.如權(quán)利要求1到5中任一項所述的方法，其特征在于，在形成的焊接中的至少一部分氮是從焊接位置周圍的環(huán)境大氣中吸收的。
7.如權(quán)利要求1到6中任一項所述的方法，其特征在于，不設(shè)置焊接位置的惰性氣體或其它氣體保護。
8.一種明弧焊接，它由權(quán)利要求1到7中任一項所述的方法形成。
9.如權(quán)利要求8所述的焊接，其特征在于，焊接金屬含鉻在11-15wt％范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求8或9所述的焊接，其特征在于，包括一層或兩層焊接金屬。
11.如權(quán)利要求8、9或10所述的焊接，其特征在于，包括多層焊接金屬，其中第一層或第一和第二層焊接金屬是由權(quán)利要求1到7中任一項所述的方法形成。
12.一種藥芯焊接消耗品，用于在相關(guān)焊接位置提供氮的明弧焊接方法中，藥芯焊接消耗品含鉻在17-30wt％范圍內(nèi)。
13.如權(quán)利要求12所述的藥芯焊接消耗品，其特征在于，含鉻在17-25wt％范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求12或13所述的消耗品，其特征在于，還含有氮。
15.如權(quán)利要求14所述的消耗品，其特征在于，含氮達0.3wt％。
16.一種如權(quán)利要求12到15中任一項所述的消耗品，呈電極焊絲或焊條的形式。
全文摘要
一種明弧焊接方法，其中，在相關(guān)焊接位置提供氮，以及含鉻在17－30wt％范圍內(nèi)的焊接消耗品。氮是由消耗品提供的，以及/或者氮是從焊接位置周圍的環(huán)境大氣中吸收的。
文檔編號B23K9/14GK1672860SQ200510059499
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月25日
發(fā)明者塞爾達爾·阿塔姆爾特, 維克托·科林·什泰克伊, 讓－路易斯·坎德利亞 申請人:焊接合金有限公司