專利名稱：一種含銅的高強(qiáng)高韌性埋弧焊焊絲及其焊接工藝的制作方法
一種含銅的高強(qiáng)高韌性埋弧焊焊絲及其焊接工藝技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于埋弧焊焊絲技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種含銅的高強(qiáng)高韌性埋弧焊焊絲及其焊接工藝。
背景技術(shù)：
近年來，結(jié)構(gòu)鋼不斷向著高強(qiáng)高韌的方向發(fā)展，以滿足大型化工容器、石油管道、火電、核電用壓力管道、船舶、海洋平臺以及大型航空母艦的要求。在這些大型結(jié)構(gòu)件的制作中，埋弧焊是一種高效率的焊接方法。目前，國內(nèi)外強(qiáng)度達(dá)到SOOMPa的高強(qiáng)高韌性鋼所用的埋弧焊焊絲，一般采用Mn-N1-Cr-Mo合金系，通過添加Mn、Cr和Mo來提高焊縫金屬的強(qiáng)度，通過添加較高的Ni元素(其含量在4 Wt0^l0.5wt%范圍之間)含量來提高韌性，這類焊絲焊接高強(qiáng)鋼，存在以下主要問題:焊縫金屬需要焊后熱處理以消除焊接應(yīng)力，且焊縫經(jīng)焊后消除應(yīng)力處理后韌性下降幅度過大；與鋼板成分差異過大；在含量一定H2S的介質(zhì)中，聞Ni焊絲容易廣生應(yīng)力腐蝕；另外，含Ni量聞，導(dǎo)致焊絲成本提聞。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的是提供一種合金元素成分簡單、易于控制、成本低和焊接工藝簡單的含銅的高強(qiáng)高韌性埋弧焊焊絲，用該埋弧焊焊絲焊接的焊縫金屬具有高的抗拉強(qiáng)度和良好的低溫沖擊韌性，適用于化工容器、石油管道、電力壓力管道、船舶、海洋平臺以及大型航空母艦等大型結(jié)構(gòu)件。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:含銅的高強(qiáng)高韌性埋弧焊焊絲的化學(xué)組分是:C 為 0.02 0.06wt%, Si 為 0.20^0.40wt%, Mn 為 L 20^2.00wt%, Cu 為1.50 4.00wt%, (Nb+V+Ti)為 0.θΓθ.06wt%, S 彡 0.002wt%, P 彡 0.01wt%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
含銅的高強(qiáng)高韌性的埋弧焊焊絲的焊接工藝是:采用氟堿型燒結(jié)焊劑SJlOl - G，焊接線能量為15 18kJ/cm，焊前不預(yù)熱，層間溫度控制在50° (Γ室溫，焊后不熱處理。
由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果: 本發(fā)明中 的C為0.02、.06wt%的超低碳含量，不僅保證了焊縫金屬具有一定的淬透性還有助于改善熔滴過渡特性和電弧穩(wěn)定性，同時還能與Nb、Ti等微量元素形成細(xì)小的碳化物。
本發(fā)明中的硅元素和錳元素能起到聯(lián)合脫氧的作用，其中的Si含量為0.2(T0.40wt%還能有效地避免過高的硅含量對焊縫金屬的沖擊韌性的不利影響，Mn含量為1.5(T2.00wt%還能起到固溶強(qiáng)化的作用。
本發(fā)明中的Cu含量為1.5(T4.00wt%，銅是本發(fā)明中的關(guān)鍵元素，利用銅元素過飽和固溶在直接凝固的焊縫金屬中，經(jīng)受焊接熱循環(huán)作用后，以納米級銅粒子均勻析出在焊縫金屬中，起到析出強(qiáng)化的作用，另外，采用較小的線能量焊接時，納米銅粒子以與母相共格的形式存在，也起到韌化焊縫金屬的作用。
本發(fā)明中的(Nb+V+Ti)為0.ΟΓΟ.06wt%，使(Nb+V+Ti)微量元素能在焊縫凝固高溫階段與碳形成細(xì)小的碳化物。一方面成為奧氏體形核質(zhì)點，提高奧氏體形核率，減小原奧氏體柱狀晶尺寸，細(xì)化焊縫金屬；另一方面，也能在晶內(nèi)促進(jìn)針狀鐵素體的形成，起到韌化焊縫金屬的作用。
本發(fā)明采用S彡0.002wt9^PP彡0.01wt%,以降低凝固裂紋敏感性，提高了焊縫金屬的低溫沖擊韌性，通過鋼水純凈化提高焊絲的品質(zhì)，嚴(yán)格控制這兩種元素在焊絲中的含量，保證了焊縫金屬中S、P元素控制在較低的水平。
本發(fā)明以超低的碳含量、中等的銅含量和微量的(Nb+V+Ti)元素制成的埋弧焊焊絲，其合金元素成分簡單、易于控制和成本低。
本發(fā)明所制備的埋弧焊焊絲，與焊劑SJlOl — G配合，采用15 18kJ/cm的焊接線能量，焊前不預(yù)熱，層間溫度 控制在50° (Γ室溫，焊后不熱處理，焊接工藝簡單。所形成的多層多道焊縫金屬組織為貝氏體基體上分布著均勻的納米級銅粒子和少量的針狀鐵素體。此組織保證了焊縫金屬具備了較高的抗拉強(qiáng)度，同時具有較高的沖擊韌性，抗拉強(qiáng)度達(dá)到805 870MPa，_10°C沖擊韌性達(dá)到111 154J，適用于800MPa大型結(jié)構(gòu)件的焊接。
因此，本發(fā)明具有合金元素成分簡單、易于控制、成本低和焊接工藝簡單的特點，所形成的焊縫金屬具有高的抗拉強(qiáng)度和良好的低溫沖擊韌性，適用于化工容器、石油管道、電力壓力管道、船舶、海洋平臺以及大型航空母艦等大型結(jié)構(gòu)件。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，并非對本其保護(hù)范圍的限制: 實施例1一種含銅的高強(qiáng)高韌性埋弧焊焊絲及其焊接工藝。該埋弧焊焊絲的化學(xué)組分是:C為 0.05 0.06wt%，Si 為 0.20 0.30wt%, Mn % 1.20 1.40wt%, Cu % 1.50 2.00wt%, (Nb+V+Ti )為0.05 0.06wt%, S彡0.002wt%, P彡0.01wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
本實施例的焊接試板準(zhǔn)備如下:試板焊接參照GB/T8110 — 1995進(jìn)行，試板選用Q235鋼板，尺寸為350mmX 150mmX 20mm，墊板選用厚度為3mm的Q235鋼板。試板坡口為V型，單側(cè)坡口角度為30°。為防止在焊接過程中母材稀釋對熔敷金屬成分的影響，使用同一試驗焊絲在坡口兩側(cè)分別用氣體保護(hù)焊堆焊厚度為IOmm的隔離層。
本實施例所述埋弧焊焊絲的焊接工藝是:采用氟堿型燒結(jié)焊劑SJlOl - G，焊絲直徑為3.2mm，焊接線能量為15kJ/cm，焊前不預(yù)熱，層間溫度控制在50° (Γ室溫，焊后不熱處理。
焊接完成后，對焊縫金屬進(jìn)行顯微組織分析和力學(xué)性能測試，測試結(jié)果如下:焊縫金屬組織貝氏體基體上均勻分布納米級銅粒子和少量的針狀鐵素體。焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度為805 802MPa，-10°C時焊縫金屬沖擊功AkvS 138 154J。測試結(jié)果表明:采用本實施例所述埋弧焊焊絲，經(jīng)15kJ/cm線能量的埋弧焊后，其焊縫金屬力學(xué)性能完全滿足SOOMPa級的大型構(gòu)件的高強(qiáng)度技術(shù)要求，具有良好的沖擊韌性。
實施例2一種含銅的高強(qiáng)高韌性埋弧焊焊絲及其焊接工藝。該埋弧焊焊絲的化學(xué)組分是:C為0.04 0.05wt%, Si 為 0.20 0.30wt%, Mn 為 1.40 1.60wt%, Cu 為 2.00 2.50wt%, (Nb+V+Ti)為0.04 0.05wt%, S彡0.002wt%, P彡0.01wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
本實施例的焊接試板準(zhǔn)備及隔離層制備的工藝與實施例1相同。
本實施例所述埋弧焊焊絲的焊接工藝是:除焊接線能量為16kJ/cm外，其余同實施例I。
焊接完成后，對焊縫金屬進(jìn)行顯微組織分析和力學(xué)性能測試，測試結(jié)果如下:焊縫金屬組織貝氏體基體上均勻分布納米級銅粒子和少量的針狀鐵素體。焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度為825 847MPa，-10°C時焊縫金屬沖擊功平均值A(chǔ)kvS 14(Tl52J。測試結(jié)果表明:采用本實施例所述埋弧焊焊絲，經(jīng)16kJ/cm線能量的埋弧焊后，其焊縫金屬力學(xué)性能完全滿足SOOMPa級的大型構(gòu)件的高強(qiáng)度技術(shù)要求，具有良好的沖擊韌性。
實施例3 一種含銅的高強(qiáng)高韌性 埋弧焊焊絲及其焊接工藝。該埋弧焊焊絲的化學(xué)組分是:C為0.03 0.04wt%, Si 為 0.30 0.40wt%, Mn 為 1.60 1.80wt%, Cu 為 2.50 3.80wt%, (Nb+V+Ti)為0.03 0.04wt%, S彡0.002wt%, P彡0.01wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
本實施例的焊接試板準(zhǔn)備及隔離層制備的工藝與實施例1相同。
本實施例所述埋弧焊焊絲的焊接工藝是:除焊接線能量為17kJ/cm外，其余同實施例I。
焊接完成后，對焊縫金屬進(jìn)行顯微組織分析和力學(xué)性能測試。測試結(jié)果如下:焊縫金屬組織貝氏體基體上均勻分布納米級銅粒子和少量的針狀鐵素體。焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度為845 860MPa，-10°C時焊縫金屬沖擊功平均值A(chǔ)kvS 127 137J。測試結(jié)果表明:采用本實施例所述埋弧焊焊絲，經(jīng)17kJ/cm線能量的埋弧焊后，其焊縫金屬力學(xué)性能完全滿足SOOMPa級的大型構(gòu)件的高強(qiáng)度技術(shù)要求，具有良好的沖擊韌性。
實施例4 一種含銅的高強(qiáng)高韌性埋弧焊焊絲及其焊接工藝。該埋弧焊焊絲的化學(xué)組分是:C為0.02 0.03wt%, Si 為 0.30 0.40wt%, Mn 為 1.80 2.00wt%, Cu 為 3.80 4.00wt%, (Nb+V+Ti)為0.θΓθ.03wt%, S彡0.002wt%, P彡0.01wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
本實施例的焊接試板準(zhǔn)備及隔離層制備的工藝與實施例1相同。
本實施例所述埋弧焊焊絲的焊接工藝是:除焊接線能量為18kJ/cm外，其余同實施例I。
焊接完成后，對焊縫金屬進(jìn)行顯微組織分析和力學(xué)性能測試，測試結(jié)果如下:焊縫金屬組織貝氏體基體上均勻分布著納米級銅粒子和少量的針狀鐵素體。焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度為85(T870MPa，-10°C時焊縫金屬沖擊功平均值A(chǔ)kvS 111 135J。測試結(jié)果表明:采用本實施例所述埋弧焊焊絲，經(jīng)18kJ/cm線能量的埋弧焊后，其焊縫金屬力學(xué)性能完全滿足800MPa級的大型構(gòu)件的高強(qiáng)度技術(shù)要求，具有良好的沖擊韌性。
本具體實施方式
與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下積極效果: 本具體實施方式
中的C為0.02、.06wt%的超低碳含量，不僅保證了焊縫金屬具有一定的淬透性還有助于改善熔滴過渡特性和電弧穩(wěn)定性，同時還能與Nb、Ti等微量元素形成細(xì)小的碳化物。
本具體實施方式
中的硅元素和錳元素能起到聯(lián)合脫氧的作用，其中的Si含量為0.2(T0.40wt%,能有效地避免過高的硅含量對焊縫金屬的沖擊韌性的不利影響，其中的Mn含量為1.5(T2.00wt%，能起到固溶強(qiáng)化的作用。
本具體實施方式
中的Cu含量為1.5(T4.00wt%，銅是本具體實施方式
中的關(guān)鍵元素，利用銅元素過飽和固溶在直接凝固的焊縫金屬中，經(jīng)受焊接熱循環(huán)作用后，以納米級銅粒子均勻析出在焊縫金屬中，起到析出強(qiáng)化的作用，另外，采用較小的線能量焊接時，納米銅粒子以與母相共格的形式存在，也起到韌化焊縫金屬的作用。
本具體實施方式
中的(Nb+V+Ti)為0.ΟΓΟ.06wt%，使(Nb+V+Ti)微量元素能在焊縫凝固高溫階段與碳形成細(xì)小的碳化物。一方面成為奧氏體形核質(zhì)點，提高奧氏體形核率，減小原奧氏體柱狀晶尺寸，細(xì)化焊縫金屬；另一方面，也能在晶內(nèi)促進(jìn)針狀鐵素體的形成，起到韌化焊縫金屬的作用。
本具體實施方式
采用S彡0.002wt9aPP < 0.01wt%,以降低凝固裂紋敏感性，提高了焊縫金屬的低溫沖擊韌性，通過鋼水純凈化提高焊絲的品質(zhì)，嚴(yán)格控制這兩種元素在焊絲中的含量，保證了焊縫金屬中S、P元素控制在較低的水平。
本具體實施方式
以超低的碳含量、中等的銅含量和微量的(Nb+V+Ti)元素制成的埋弧焊焊絲，其合金元素成分簡單、易于控制和成本低。
本具體實施方式
所制備的埋弧焊焊絲，與焊劑SJlOl — G配合，采用15 18kJ/cm之間的較小的線能量焊接，焊前不預(yù)熱，層間溫度控制在50° C以下，焊后不熱處理，焊接工藝簡單。所形成的多層多道焊縫金屬組織為貝氏體基體上分布著均勻的納米級銅粒子和少量的針狀鐵素體。此組織保證了焊縫金屬具備了較高的抗拉強(qiáng)度，同時具有較高的沖擊韌性，抗拉強(qiáng)度達(dá)到805 870MPa，-10°C沖擊韌性達(dá)到111 15幻，適用于80010^大型結(jié)構(gòu)件的焊接。
因此，本具體實施方式
具有合金元素成分簡單、易于控制、成本低和焊接工藝簡單的特點，所形成的焊縫金屬具有高的抗拉強(qiáng)度和良好的低溫沖擊韌性，適用于化工容器、石油管道、電力壓力管道、船舶、海`洋平臺以及大型航空母艦等大型結(jié)構(gòu)件。
權(quán)利要求
1.一種含銅的高強(qiáng)高韌性埋弧焊焊絲，其特征在于所述的埋弧焊焊絲的化學(xué)組分是:C 為 0.02 0.06wt%, Si 為 0.20 0.40wt%, Mn 為 1.20 2.00wt%, Cu 為 1.50 4.00wt%,(Nb+V+Ti)為 0.ΟΓΟ.06wt%, S 彡 0.002wt%, P 彡 0.01wt%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
2.一種如權(quán)利要求1所述含銅的高強(qiáng)高韌性埋弧焊焊絲的焊接工藝，其特征在于所述焊接工藝是:焊接時采用氟堿型燒結(jié)焊劑SJlOl - G，焊接線能量為15 18kJ/cm，焊前不預(yù)熱，層間溫度控制在50 ° (Γ室溫，焊后不熱處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含銅的高強(qiáng)高韌性埋弧焊焊絲及其焊接工藝。該埋弧焊焊絲的化學(xué)組分是C為0.02~0.06wt%，Si為0.20~0.40wt%，Mn為1.20~2.00wt%，Cu為1.50~4.00wt%，(Nb+V+Ti)為0.01~0.06wt%，S≤0.002wt%，P≤0.01wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的埋弧焊焊絲的焊接工藝是采用氟堿型燒結(jié)焊劑SJ101－G，焊接線能量為15~18kJ/cm，焊前不預(yù)熱，層間溫度控制在50°C~室溫，焊后不熱處理。本發(fā)明具有合金元素成分簡單、易于控制、成本低和焊接工藝簡單的特點，所形成的焊縫金屬具有高的抗拉強(qiáng)度和良好的低溫沖擊韌性，適用于化工容器、石油管道、電力壓力管道、船舶、海洋平臺以及大型航空母艦等大型結(jié)構(gòu)件。
文檔編號B23K9/18GK103143857SQ20131011043
公開日2013年6月12日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者王紅鴻, 吳開明, 嚴(yán)胡強(qiáng), 魏然, 黃剛 申請人:武漢科技大學(xué)