本發(fā)明涉及埋弧焊方法，更詳細(xì)地說(shuō)，是涉及高Cr系CSEF(Creep strength-Enhanced Ferritic：蠕變強(qiáng)度增強(qiáng)的鐵素體)鋼的單絲埋弧焊方法。

背景技術(shù)：

火力發(fā)電鍋爐和汽輪機(jī)、脫硫和改質(zhì)(重油分解)用的化學(xué)反應(yīng)容器(反應(yīng)器)因?yàn)樵诟邷亍⒏邏合逻\(yùn)轉(zhuǎn)，所以作為材料，適用的是1.25Cr-0.5Mo鋼、2.25Cr-1.0Mo鋼、2.25Cr-1.0Mo-V鋼等。近年來(lái)，在重油的有效利用和石油精煉中，要求進(jìn)一步的高能效化，含有8質(zhì)量％以上的Cr的高Cr系CSEF鋼的應(yīng)用得到研究。在高Cr系CSEF鋼中，有ASTM(American Society for Testing and Materials：美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì))規(guī)格和ASME(American Society of Mechanical Engineers：美國(guó)機(jī)械協(xié)會(huì))規(guī)格所規(guī)定的SA387Gr.91、SA213Gr.T91等。

火力發(fā)電鍋爐、汽輪機(jī)、反應(yīng)器是將鍛環(huán)、鍛管和彎曲加工鋼板適宜組合，經(jīng)焊接而形成的。而且，鍛環(huán)也會(huì)變成板厚150～450mm，最大外徑不足7m，總長(zhǎng)數(shù)～數(shù)10m。作為火力發(fā)電鍋爐、汽輪機(jī)、反應(yīng)器的焊接方法，可使用保護(hù)電弧焊、TIG(Tungsten Inert Gas：鎢極惰性氣體保護(hù)焊)焊、埋弧焊。另外，火力發(fā)電鍋爐、汽輪機(jī)和反應(yīng)器，在結(jié)構(gòu)上因?yàn)楹附硬糠值谋壤螅詮?qiáng)烈要求焊接材料的減少，焊接的高能效化。

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于焊接材料的減少來(lái)說(shuō)，具有使坡口寬度狹窄，并且，使用縮少了坡口角度的窄坡口的方法。另外，對(duì)于高能效化來(lái)說(shuō)，埋弧焊與其他的焊接方法相比較由于能效更高，所以被廣泛使用。但是，在高Cr系CSEF鋼的埋弧焊中，對(duì)于焊接時(shí)的高溫裂紋而言，均為不利的條件。作為抑制埋弧焊中的高溫裂紋、實(shí)現(xiàn)焊接的高能效化的技術(shù)，公開(kāi)有以下這樣的技術(shù)。

例如，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，公開(kāi)有一種改良9Cr-1Mo鋼用焊絲，其含有規(guī)定量的C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、Nb和N，并以規(guī)定量限制Mn和Ni的總量，并且以規(guī)定量限制P、S、Cu、Ti、Al、B、W、Co和O，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。而且，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，通過(guò)使C為0.070～0.150質(zhì)量％，并且，將P、S均限制在0.010質(zhì)量％以下，從而抑制高溫裂紋。

另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，公開(kāi)有一種9Cr-1Mo鋼的埋弧焊方法，其是將如下焊絲和焊劑加以組合來(lái)進(jìn)行焊接的方法，所述焊絲含有規(guī)定量的C、Mn、Cr、Mo、Ni、V、Nb、Al和N，并且，以規(guī)定量限定Si和O，所述焊劑含有規(guī)定量的CaF₂、CaO和MgO中的一種或兩種，Al2₂O₃和ZrO₂中的一種或兩種，以及Al，并且，以規(guī)定量限定SiO₂。而且，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，使C為0.01～0.15wt％、Al為0.005～1.5wt％、Si為0.05wt％以下的焊絲，和SiO₂為5wt％以下(實(shí)質(zhì)上不含Si)、CaF₂為25～70wt％的焊劑加以組合，從而抑制高溫裂紋。

另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中，公開(kāi)有一種以單層單道焊接規(guī)定形狀的窄坡口(坡口寬度10～25mm，坡口角度15°以下)的窄間隙埋弧焊方法。而且，作為先行電極使用2.4～3.2mmφ的電極，作為后行電極使用4.0～4.8mmφ的電極，使電極間距離為50～150mm，此外使用特定成分組成的燒結(jié)型焊劑，由此一邊確保焊接金屬的健全性，一邊使焊接能效提高，并且抑制高溫裂紋。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本專(zhuān)利第4476018號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本專(zhuān)利第2529843號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)3：日本特公平4-45271號(hào)公報(bào)

發(fā)明要解決的課題

但是，在現(xiàn)有的技術(shù)中，高Cr系CSEF鋼的埋弧焊存在以下的問(wèn)題。

在專(zhuān)利文獻(xiàn)1的改良9Cr-1Mo鋼用焊絲中，因?yàn)楹附z直徑是2.4mmφ的細(xì)徑焊絲，所以電弧擴(kuò)展不足而容易發(fā)生未熔合，有得不到健全的焊接部的情況。另外，若使焊絲直徑粗徑化至4.0mmφ而進(jìn)行埋弧焊，則由于母材稀釋造成的增碳，導(dǎo)致初層有發(fā)生高溫裂紋的情況。

在專(zhuān)利文獻(xiàn)2的9Cr-1Mo鋼的埋弧焊方法中，因?yàn)楹附z和焊劑是低Si設(shè)計(jì)，所以如前所述，應(yīng)用于板厚均為450mm的厚板且面向窄坡口的焊接時(shí)，焊接操作性、特別是焊道形狀容易凸焊道化，作為結(jié)果是有引起未熔合和夾渣的情況。即，有焊接部的健全性降低的情況。

在專(zhuān)利文獻(xiàn)3的窄間隙埋弧焊方法中，實(shí)施例所述的焊絲和母材是軟鋼。在此，高Cr系CSEF鋼焊絲與軟鋼焊絲比較，因?yàn)榻苟l(fā)熱大，所以熔敷量變大，有高溫裂紋的敏感性提高的情況。即，僅以專(zhuān)利文獻(xiàn)3所述的方法難以解決高Cr系CSEF鋼的焊接中關(guān)于高溫裂紋的課題。

另外，因?yàn)閷?zhuān)利文獻(xiàn)3是串聯(lián)電弧焊，所以由先行的電極形成的熔渣也有可能沒(méi)有由后行的電極充分熔融，不適合反應(yīng)器這樣的高精度的焊接。此外，在窄坡口的初層焊接中，母材金屬造成的稀釋大。特別是在埋弧焊的情況下，熔深很深，稀釋率極高，因此受到母材成分(特別是C)的影響而容易發(fā)生高溫裂紋。為了抑制該高溫裂紋，可以極力減少母材的稀釋?zhuān)⑶沂购附咏饘贋楸”?。但是，若進(jìn)行串聯(lián)焊接，則熔敷金屬量增加，焊接金屬變厚，因此高溫裂紋容易發(fā)生。

一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)提高焊接線(xiàn)能量，即，提高焊接電流、電弧電壓，降低焊接速度，可以提高焊接能效。但是，若提高焊接線(xiàn)能量，則特別是在窄坡口的情況下，熔深形狀容易成為梨形，高溫裂紋的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)提高。在此成為問(wèn)題的高溫裂紋，是在熔敷金屬中所含的P、S、Si、Nb形成的低熔點(diǎn)化合物凝固時(shí)，在枝晶間、奧氏體結(jié)晶晶界偏析，再加上焊接收縮應(yīng)變而發(fā)生的所謂高溫裂紋。因此，作為高溫裂紋的抑制對(duì)策，有效的是焊接材料的化學(xué)成分調(diào)整，具體來(lái)說(shuō)，以超高純度(EHP：Extra High Purity)熔解將P、S等的雜質(zhì)抑制在100ppm以下。但是，超高純度熔解由于不得不使用電子束熔解和專(zhuān)用的特殊爐壁耐火材，所以經(jīng)濟(jì)上存在難點(diǎn)。因此，要求在一般的雜質(zhì)水平下也能夠抑制高溫裂紋發(fā)生的技術(shù)。

此外，高Cr系CSEF鋼的埋弧焊中，焊絲的主要成分也是引起高溫裂紋的原因。即，由高Cr系CSEF鋼同樣材料構(gòu)成的埋弧焊用實(shí)芯焊絲，與過(guò)去使用的由1.25Cr-0.5Mo、2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-V鋼同樣材料所構(gòu)成的各實(shí)芯焊絲比較，焦耳發(fā)熱高。即，高Cr系CSEF鋼同樣材料構(gòu)成的埋弧焊用實(shí)芯焊絲如果是以相同的焊接電流，則焊絲熔化而熔敷量多。此外，該熔敷金屬的凝固收縮量比過(guò)去使用的由1.25Cr-0.5Mo、2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-V鋼同樣材料所構(gòu)成的實(shí)芯焊絲的大。這些都使高Cr系CSEF鋼的埋弧焊的高溫裂紋的抑制更加困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明鑒于上述情況而形成，其課題在于，提供一種在高Cr系CSEF鋼的單絲埋弧焊中，焊接部的健全性和焊接操作性?xún)?yōu)異，并且能夠抑制高溫裂紋的焊接方法。

用于解決課題的手段

本發(fā)明人等潛心研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在高Cr系CSEF鋼的單絲埋弧焊中，通過(guò)規(guī)定焊絲的送給速度、焊接速度，還規(guī)定由兩者之比計(jì)算出的每單位長(zhǎng)度的熔敷量，則能夠抑制高溫裂紋的發(fā)生。

即，本發(fā)明的高Cr系CSEF鋼的單絲埋弧焊方法，其特征在于，以如下條件進(jìn)行焊接：使焊絲送給速度(V)為50～120g/min，使焊接速度(v)為20～60cm/min，根據(jù)所述焊絲送給速度與所述焊接速度之比求得的每單位長(zhǎng)度的熔敷量(V/v)為1.8～4.5g/cm。

根據(jù)這樣的焊接方法，單絲埋弧焊方法中，夾渣、熔渣剝離性的惡化、未熔合、未焊透等的焊接部的不良得到抑制，焊道形狀也良好。另外，焊接金屬的高溫裂紋被抑制。

另外，在本發(fā)明的高Cr系CSEF鋼的單絲埋弧焊方法中，優(yōu)選焊絲含有C：0.03～0.13質(zhì)量％、Si：0.05～0.50質(zhì)量％、Mn：0.50～2.20質(zhì)量％、P：0.015質(zhì)量％以下、S：0.010質(zhì)量％以下、Ni：高于0.20質(zhì)量％并在1.00質(zhì)量％以下、Cr：8.00～10.50質(zhì)量％、Mo：0.20～1.20質(zhì)量％、V：0.05～0.45質(zhì)量％、Nb：0.020～0.080質(zhì)量％、N：0.02～0.08質(zhì)量％，余量是Fe和不可避免的雜質(zhì)。

根據(jù)這樣的焊接方法，通過(guò)使焊絲中含有特定的元素，進(jìn)一步改善韌性，另外可以使蠕變斷裂強(qiáng)度提高等。

另外，在本發(fā)明的高Cr系CSEF鋼的單絲埋弧焊方法中，優(yōu)選焊絲還以Cu：1.70質(zhì)量％以下、B：0.005質(zhì)量％以下、W：2.0質(zhì)量％以下、Co：3.0質(zhì)量％以下的量含有Cu、B、W、Co中的任意一種以上，余量是Fe和不可避免的雜質(zhì)。

根據(jù)這樣的焊接方法，通過(guò)使焊絲中含有特定的元素，進(jìn)一步改善韌性，另外可以使蠕變斷裂強(qiáng)度提高等。

另外，在本發(fā)明的高Cr系CSEF鋼的單絲埋弧焊方法中，優(yōu)選焊劑由下式表示的堿度為1.0～3.3。

堿度＝(CaF₂+CaO+MgO+SrO+Na₂O+Li₂O+1/2(MnO+FeO))/(SiO₂+1/2(Al₂O₃+TiO₂+ZrO₂))

在此，各化合物表示焊劑總質(zhì)量中的各化合物的含量(質(zhì)量％)。

根據(jù)這樣的焊接方法，能夠抑制焊道外觀、焊道形狀和焊接金屬的韌性的劣化等。

另外，在本發(fā)明的高Cr系CSEF鋼的單絲埋弧焊方法中，優(yōu)選噴嘴/母材間距離為20～40mm。

根據(jù)這樣的焊接方法，能夠更確實(shí)地抑制由噴嘴的電弧造成的熔損和熔敷量過(guò)剩。

另外，在本發(fā)明的高Cr系CSEF鋼的單絲埋弧焊方法中，噴嘴角度中優(yōu)選后傾角α為0°至60°的范圍，前傾角β為0°至60°的范圍。

根據(jù)這樣的焊接方法，能夠更確地使焊絲送給速度穩(wěn)定化。

另外，在本發(fā)明的高Cr系CSEF鋼的單絲埋弧焊方法中，噴嘴形狀優(yōu)選為直管狀或彎頭狀。

根據(jù)這樣的焊接方法，更確實(shí)地確保焊絲送給性和給電位置穩(wěn)定化。

發(fā)明效果

本發(fā)明的高Cr系CSEF鋼的單絲埋弧焊方法的焊接部的健全性和焊接操作性?xún)?yōu)異，并且能夠抑制高溫裂紋。另外，本發(fā)明的焊接方法在初層單絲埋弧焊中發(fā)揮著優(yōu)異的效果，特別是在初層一層第一道的單絲埋弧焊中發(fā)揮著更優(yōu)異的效果。

附圖說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明的焊接方法的焊嘴的狀態(tài)的正視圖。

圖2是表示本發(fā)明的焊接方法的焊嘴的狀態(tài)的正視圖。

圖3是表示本發(fā)明的焊接方法的焊嘴的狀態(tài)的正視圖。

圖4是表示本發(fā)明的焊接方法的窄坡口的形狀、焊接金屬的層疊要領(lǐng)的剖面圖。

圖5是表示本發(fā)明的焊接方法的焊嘴的形狀的正視圖。

圖6是圖5所示的焊嘴的側(cè)視圖。

圖7是圖5所示的焊嘴的噴嘴前端部側(cè)的端面圖。

圖8是表示本發(fā)明的焊接方法的焊嘴的狀態(tài)的正視圖。

圖9是表示本發(fā)明的焊接方法的焊嘴的狀態(tài)的正視圖。

圖10是表示本發(fā)明的焊接方法的焊嘴的狀態(tài)的正視圖。

圖11是表示本發(fā)明的焊接方法的焊嘴的狀態(tài)的正視圖。

圖12是表示本發(fā)明的焊接方法的焊嘴的狀態(tài)的正視圖。

圖13是表示本發(fā)明的焊接方法的焊嘴的狀態(tài)的正視圖。

具體實(shí)施方式

以下，對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施的方式詳細(xì)地加以說(shuō)明。

本發(fā)明的焊接方法是高Cr系CSEF鋼的單絲埋弧焊方法。所謂單絲埋弧焊方法，例如圖1～3所示，是對(duì)于高Cr系CSEF鋼所構(gòu)成的母材10，使用內(nèi)插有焊絲12的1個(gè)焊嘴11和未圖示的焊劑，以電弧焊進(jìn)行焊接的方法。特別適用于圖4所示這樣的窄坡口的初層焊接，尤其是初層一層第一道的焊接。

本發(fā)明的焊接方法中，作為母材(被焊接材)，以高Cr系CSEF鋼為對(duì)象。在高Cr系CSEF鋼中有各種的規(guī)格，例如，ASTM規(guī)格和ASME規(guī)格所規(guī)定的SA387Gr.91、Gr.122、Gr.92、Gr.911和SA213Gr.T91，EN規(guī)格(European standards：歐洲規(guī)格)所規(guī)定的X10CrMoVNb9-1，以及社團(tuán)法人火力原子力發(fā)電技術(shù)協(xié)會(huì)發(fā)電用火力設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)-火力設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的解釋[第10章焊接部]-所規(guī)定的火SFVAF28、火SFVAF29、火STBA28、火STPA28、火SCMV28。

作為優(yōu)選的母材的化學(xué)成分中，含有規(guī)定量的C、Si、Mn、P、S、Ni、Cr、Mo、V、Nb、N，余量是Fe和不可避免的雜質(zhì)?；蛘咭部梢赃€含有規(guī)定量的Cu、B、W、Co(從這4種元素中選擇的1種以上)。

具體來(lái)說(shuō)，含有C：0.07～0.14質(zhì)量％、Si：0.50質(zhì)量％以下、Mn：0.70質(zhì)量％以下、P：0.025質(zhì)量％以下、S：0.015質(zhì)量％以下、Ni：0.50質(zhì)量％以下、Cr：8.00～11.50質(zhì)量％、Mo：0.25～1.10質(zhì)量％、V：0.15～0.35質(zhì)量％、Nb：0.04～0.10質(zhì)量％、N：0.03～0.10質(zhì)量％，余量是Fe和不可避免的雜質(zhì)。也可在還含有Cu：1.70質(zhì)量％以下、B：0.060質(zhì)量％以下、W：2.50質(zhì)量％以下、Co：3.0質(zhì)量％以下。還有，不可避免的雜質(zhì)例如為T(mén)i、Al等。

作為本發(fā)明的課題之一的抑制高溫裂紋發(fā)生的手法之一，可采取限制線(xiàn)能量這樣的手法。但是，焊接電流和電弧電壓，根據(jù)工作的狀態(tài)、通電點(diǎn)等的焊接環(huán)境不同，焊絲的熔融所消耗的能量有變動(dòng)的傾向。即，即使以相同的線(xiàn)能量進(jìn)行焊接，高溫裂紋是否發(fā)生也會(huì)有所差異。因此，本發(fā)明人等要規(guī)定焊絲的送給速度、焊接速度、每單位長(zhǎng)度的熔敷量。

即，本發(fā)明的焊接方法是高Cr系CSEF鋼的單絲埋弧焊方法，其特征在于，以如下條件進(jìn)行焊接：使焊絲送給速度(V)為50～120g/min，焊接速度(v)為20～60cm/min，根據(jù)所述焊絲送給速度與所述焊接速度之比求得的每單位長(zhǎng)度的熔敷量(V/v)為1.8～4.5g/cm。以下對(duì)于各條件的數(shù)值限定理由進(jìn)行說(shuō)明。

<焊絲送給速度V：50～120g/min>

若焊絲送給速度低于50g/min，則焊接電流過(guò)低，電弧不穩(wěn)定，未焊透發(fā)生。另一方面，若焊絲的送給速度高于120g/min，則熔敷量過(guò)多，高溫裂紋發(fā)生，并且熔渣剝離性也劣化。因此，焊絲送給速度為50～120g/min。另外，從進(jìn)一步抑制未焊透發(fā)生的觀點(diǎn)出發(fā)，焊絲送給速度優(yōu)選為55g/min以上，從進(jìn)一步抑制高溫裂紋的發(fā)生、熔渣剝離性劣化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為115g/min以下。還有，例如通過(guò)調(diào)整焊接電流和電弧電壓，焊絲送給速度可控制在適當(dāng)范圍。

<焊接速度v：20～60cm/min>

若焊接速度低于20cm/min，則熔敷量過(guò)多，高溫裂紋發(fā)生。另一方面，若焊接速度高于60cm/min，則熔融金屬的供給不及時(shí)，焊道形狀不穩(wěn)定，未熔合和夾渣發(fā)生。因此，焊接速度為20～60cm/min。另外，從進(jìn)一步抑制高溫裂紋發(fā)生的觀點(diǎn)出發(fā)，焊接速度優(yōu)選為25cm/min以上，從使焊道形狀穩(wěn)定而進(jìn)一步抑制未熔合和夾渣的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為55cm/min以下。還有，如圖1～3所示，所謂焊接速度是焊接機(jī)的焊嘴11在焊接方向上的移動(dòng)速度。

<每單位長(zhǎng)度的熔敷量V/v：1.8～4.5g/cm>

每單位長(zhǎng)度的熔敷量根據(jù)焊絲的送給速度/焊接速度計(jì)算。本發(fā)明的要點(diǎn)在于，恰當(dāng)?shù)乜刂圃撁繂挝婚L(zhǎng)度的熔敷量。若每單位長(zhǎng)度的熔敷量低于1.8g/cm，則熔敷量過(guò)少，焊道形狀不穩(wěn)定，未熔合和夾渣發(fā)生。另一方面，若每單位長(zhǎng)度的熔敷量高于4.5g/cm，則熔敷量過(guò)剩，因此焊接金屬的凝固收縮量過(guò)大且熔深形狀也成為梨形，因此凝固收縮發(fā)生的方向相對(duì)于最終凝固部為垂直，高溫裂紋發(fā)生。因此，每單位長(zhǎng)度的熔敷量為1.8～4.5g/cm。另外，從焊道形狀穩(wěn)定化和防止未熔合·夾渣的觀點(diǎn)出發(fā)，每單位長(zhǎng)度的熔敷量?jī)?yōu)選為2.0g/cm以上，從進(jìn)一步抑制高溫裂紋發(fā)生的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為4.3g/cm以下。

本發(fā)明的焊接方法，除了所述焊接條件的規(guī)定以外，優(yōu)選將規(guī)定的焊絲和規(guī)定的焊劑組合使用。具體來(lái)說(shuō)，焊絲以規(guī)定量含有C、Si、Mn、P、S、Ni、Cr、Mo、V、Nb、N，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，具有規(guī)定的絲徑。另外，優(yōu)選焊絲不受母材成分影響，但具有母材同等的機(jī)械性能。因此，焊絲中也可以適宜以規(guī)定量含有Cu、B、W、Co(從這4種元素中選擇的1種以上)。另外，焊劑具有規(guī)定的堿度。以下，對(duì)于焊絲、焊劑進(jìn)行說(shuō)明。

<焊絲>

本發(fā)明中使用的焊絲以規(guī)定量含有C：0.03～0.13質(zhì)量％、Si：0.05～0.50質(zhì)量％、Mn：0.50～2.20質(zhì)量％、P：0.015質(zhì)量％以下、S：0.010質(zhì)量％以下、Ni：高于0.20質(zhì)量％并在1.00質(zhì)量％以下、Cr：8.00～10.50質(zhì)量％、Mo：0.20～1.20質(zhì)量％、V：0.05～0.45質(zhì)量％，Nb：0.020～0.080質(zhì)量％，N：0.02～0.08質(zhì)量％，還適宜以規(guī)定量含有Cu、B、W、Co(從這4種元素中選擇的1種以上)，余量是Fe和不可避免的雜質(zhì)，絲徑優(yōu)選為3～5mmφ。以下，對(duì)于各構(gòu)成的數(shù)值限定理由進(jìn)行說(shuō)明。

(C：0.03～0.13質(zhì)量％)

C和N一起與Cr、Mo、W、V、Nb及B結(jié)合而析出各種碳氮化物，具有使蠕變斷裂強(qiáng)度提高的效果。但是，C含量低于0.03質(zhì)量％時(shí)，得不到充分的效果。另一方面，若過(guò)剩地含有C，具體來(lái)說(shuō)，若C含量高于0.13質(zhì)量％，則有高溫裂紋發(fā)生的情況。因此，焊絲的C含量為0.03～0.13質(zhì)量％。從進(jìn)一步提高所述效果的觀點(diǎn)，C含量?jī)?yōu)選為0.04質(zhì)量％以上。另外，從進(jìn)一步抑制高溫裂紋發(fā)生的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為0.12質(zhì)量％以下。

(Si：0.05～0.50質(zhì)量％)

Si作為脫氧劑起作用，具有減少熔敷金屬中的氧量而改善焊接金屬的韌性的效果。但是，Si含量低于0.05質(zhì)量％時(shí)，得不到充分的效果。

另一方面，Si是鐵素體生成元素，若過(guò)剩地含有，具體來(lái)說(shuō)，若Si含量高于0.50質(zhì)量％，則引起焊接金屬中的δ-鐵素體的殘留，焊接金屬的韌性劣化。因此，焊絲的Si含量是0.05～0.50質(zhì)量％。從進(jìn)一步提高所述效果的觀點(diǎn)出發(fā)，Si含量?jī)?yōu)選為高于0.05質(zhì)量％。另外，從進(jìn)一步抑制焊接金屬的韌性劣化的觀點(diǎn)出發(fā)，則優(yōu)選為0.48質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為0.45質(zhì)量％以下。

(Mn：0.50～2.20質(zhì)量％、Ni：高于0.20質(zhì)量％并在1.00質(zhì)量％以下)

Mn作為脫氧劑起作用，具有減少熔敷金屬中的氧量而改善韌性的效果。另外，Mn和Ni是奧氏體生成元素，均具有抑制焊接金屬中的δ-鐵素體的殘留造成的韌性劣化的效果。但是，Mn含量低于0.50質(zhì)量％時(shí)或Ni在0.20質(zhì)量％以下時(shí)，得不到這些效果，焊接金屬的韌性劣化。另一方面，Mn含量高于2.20質(zhì)量％時(shí)或Ni含量高于1.00質(zhì)量％時(shí)，焊接金屬的韌性劣化。因此，焊絲的Mn含量為0.50～2.20質(zhì)量％，焊絲的Ni含量高于0.20質(zhì)量％并在1.00質(zhì)量％以下。還有，Mn和Ni的總含量高于1.50質(zhì)量％時(shí)，焊接金屬的韌性劣化，并且熔敷金屬的A_c1相變點(diǎn)降低，無(wú)法進(jìn)行高溫回火，不能進(jìn)行組織的穩(wěn)定化處理。因此，Mn和Ni的總含量?jī)?yōu)選為1.50質(zhì)量％以下。

從進(jìn)一步提高所述效果的觀點(diǎn)出發(fā)，Mn含量?jī)?yōu)選為0.55質(zhì)量％以上。另外，從進(jìn)一步抑制焊接金屬的韌性劣化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為2.15質(zhì)量％以下。

從進(jìn)一步提高所述效果的觀點(diǎn)出發(fā)，Ni含量?jī)?yōu)選為0.25質(zhì)量％以上，更優(yōu)選為0.30質(zhì)量％以上。另外，從進(jìn)一步抑制焊接金屬的韌性劣化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為低于0.95質(zhì)量％。

(Cr：8.00～10.50質(zhì)量％)

Cr是本發(fā)明使用的焊絲作為對(duì)象的高Cr系CSEF鋼的主要元素，是用于確保耐氧化性、高溫強(qiáng)度不可或缺的元素。但是，Cr含量低于8.00質(zhì)量％時(shí)，耐氧化性和高溫強(qiáng)度不充分。另一方面，Cr是鐵素體生成元素，若過(guò)剩地含有，具體來(lái)說(shuō)，若Cr含量高于10.50質(zhì)量％，則引起δ-鐵素體的殘留，焊接金屬的韌性劣化。因此，焊絲的Cr含量為8.00～10.50質(zhì)量％。由此，能夠得到優(yōu)異的耐氧化性和高溫強(qiáng)度。從進(jìn)一步提高所述效果的觀點(diǎn)出發(fā)，Cr含量?jī)?yōu)選為8.05質(zhì)量％以上。另外，從進(jìn)一步抑制焊接金屬的韌性劣化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為10.45質(zhì)量％以下。

(Mo：0.20～1.20質(zhì)量％)

Mo是固溶強(qiáng)化元素，具有使蠕變斷裂強(qiáng)度提高的效果。但是，Mo含量低于0.20質(zhì)量％時(shí)，得不到充分的蠕變斷裂強(qiáng)度。另一方面，因?yàn)镸o是鐵素體生成元素，所以若過(guò)剩地含有，具體來(lái)說(shuō)，若使Mo含量高于1.20質(zhì)量％，則引起焊接金屬中的δ-鐵素體的殘留，焊接金屬的韌性劣化。因此，焊絲的Mo含量為0.20～1.20質(zhì)量％。從進(jìn)一步提高所述效果的觀點(diǎn)出發(fā)，Mo含量?jī)?yōu)選為0.22質(zhì)量％以上。另外，從進(jìn)一步抑制焊接金屬的韌性劣化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為1.18質(zhì)量％以下。

(V：0.05～0.45質(zhì)量％)

V是析出強(qiáng)化元素，作為碳氮化物析出而具有使蠕變斷裂強(qiáng)度提高的效果。但是，V含量低于0.05質(zhì)量％時(shí)，得不到充分的蠕變斷裂強(qiáng)度。另一方面，V也是鐵素體生成元素，若過(guò)剩地含有，具體來(lái)說(shuō)，若V含量高于0.45質(zhì)量％，則引起焊接金屬中的δ-鐵素體的殘留，焊接金屬的韌性劣化。因此，焊絲的V含量為0.05～0.45質(zhì)量％。從進(jìn)一步提高所述效果的觀點(diǎn)出發(fā)，V含量?jī)?yōu)選為0.10質(zhì)量％以上。另外，從進(jìn)一步抑制焊接金屬的韌性劣化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為0.40質(zhì)量％以下。

(Nb：0.020～0.080質(zhì)量％)

Nb進(jìn)行固溶強(qiáng)化和作為氮化物析出，是有助于蠕變斷裂強(qiáng)度穩(wěn)定化的元素。但是，Nb含量低于0.020質(zhì)量％時(shí)，得不到充分的蠕變斷裂強(qiáng)度。另一方面，Nb也是鐵素體生成元素，若過(guò)剩地含有，具體來(lái)說(shuō)，若Nb含量高于0.080質(zhì)量％，則引起焊接金屬中的δ-鐵素體的殘留，焊接金屬的韌性劣化。因此，焊絲的Nb含量為0.020～0.080質(zhì)量％。從進(jìn)一步提高所述效果的觀點(diǎn)出發(fā)，Nb含量?jī)?yōu)選為0.022質(zhì)量％以上。另外，從進(jìn)一步抑制焊接金屬的韌性劣化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為0.078質(zhì)量％以下。

(P：0.015質(zhì)量％以下)

P是提高高溫裂紋敏感性的元素。若P含量高于0.015質(zhì)量％，則有高溫裂紋發(fā)生的情況。因此，焊絲的P含量限制在0.015質(zhì)量％以下。從進(jìn)一步抑制高溫裂紋發(fā)生的觀點(diǎn)出發(fā)，P含量?jī)?yōu)選為0.010質(zhì)量％以下。

(S：0.010質(zhì)量％以下)

S是提高高溫裂紋敏感性的元素。若S含量高于0.010質(zhì)量％，則有高溫裂紋發(fā)生的情況。因此，焊絲的S含量限制在0.010質(zhì)量％以下。從進(jìn)一步抑制高溫裂紋發(fā)生的觀點(diǎn)出發(fā)，S含量?jī)?yōu)選為0.009質(zhì)量％以下。

(N：0.02～0.08質(zhì)量％)

N和C一起與Cr、Mo、W、V、Nb及B結(jié)合而析出各種碳氮化物，具有使蠕變斷裂強(qiáng)度提高的效果。但是，N含量低于0.02質(zhì)量％時(shí)，得不到充分的效果。另一方面，若過(guò)剩地含有N，具體來(lái)說(shuō)，若N含量高于0.08質(zhì)量％，則熔渣剝離性劣化。因此，焊絲的N含量為0.02～0.08質(zhì)量％。從進(jìn)一步提高蠕變斷裂強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)，N含量?jī)?yōu)選為0.03質(zhì)量％以上。另外，從熔渣剝離性提高的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為0.07質(zhì)量％以下。

作為也可以適宜以規(guī)定量含有的成分，說(shuō)明Cu、B、W、Co的數(shù)值限定理由。

(Cu：1.70質(zhì)量％以下)

Cu是奧氏體生成元素，具有抑制焊接金屬中的δ-鐵素體的殘留造成的韌性劣化的效果，因此也可以含有。另一方面，過(guò)剩的含有則有引起高溫裂紋的情況。因此，Cu為1.70質(zhì)量％以下。Cu的優(yōu)選的上限是1.0質(zhì)量％，更優(yōu)選的上限是0.5質(zhì)量％。Cu的含有方法，也可以向焊絲表面的鍍敷。

(B：0.005質(zhì)量％以下)

B通過(guò)微量含有而使碳化物分散·穩(wěn)定化，具有提高蠕變斷裂強(qiáng)度的效果，因此也可以含有。另一方面，過(guò)剩的含有則有引起高溫裂紋的情況。因此，B為0.005質(zhì)量％以下。B的優(yōu)選的上限為0.003質(zhì)量％，更優(yōu)選的上限為0.0015質(zhì)量％。

(W：2.0質(zhì)量％以下)

W是通過(guò)基體的固溶強(qiáng)化和微細(xì)碳化物析出，有助于蠕變斷裂強(qiáng)度的穩(wěn)定化的元素，因此也可以含有。另一方面，由于W也是鐵素體生成元素，所以過(guò)剩的含有，會(huì)引起δ-鐵素體的殘留造成的韌性劣化。因此，W為2.0質(zhì)量％以下。W的優(yōu)選的上限為1.8質(zhì)量％，更優(yōu)選的上限為1.7質(zhì)量％。

(Co：3.0質(zhì)量％以下)

Co是抑制δ鐵素體的殘留的元素，因此也可以含有。另一方面，若過(guò)剩含有，則降低A_c1點(diǎn)，因此無(wú)法實(shí)施高溫回火，不能進(jìn)行組織的穩(wěn)定化處理。因此Co設(shè)為3.0質(zhì)量％以下。Co的優(yōu)選上限是2.0質(zhì)量％，更優(yōu)選的上限是1.8質(zhì)量％。

(余量：Fe和不可避免的雜質(zhì))

焊絲的成分的余量是Fe和不可避免的雜質(zhì)。作為不可避免的雜質(zhì)，例如可列舉Ti、Al等。

(焊絲的絲徑)

本發(fā)明中使用的絲徑優(yōu)選3～5mmφ。絲徑低于3mmφ時(shí)，不能得到充分的熔敷量，會(huì)犧牲焊接能效。另一方面，若高于5mmφ，則即使實(shí)現(xiàn)所述的焊接條件的設(shè)計(jì)，因?yàn)槿鄯罅慷?，仍有不能抑制高溫裂紋發(fā)生的情況。

<焊劑>

優(yōu)選本發(fā)明中使用的焊劑的由下式表示的堿度為1.0～3.3。

堿度＝(CaF₂+CaO+MgO+SrO+Na₂O+Li₂O+1/2(MnO+FeO))/(SiO₂+1/2(Al₂O₃+TiO₂+ZrO₂))

在此，各化合物表示焊劑總質(zhì)量中的各化合物的含量(質(zhì)量％)。

焊劑的堿度低于1.0時(shí)，焊接金屬中的氧量未充分降低而為低韌性。另一方面，若堿度高于3.3，則焊道外觀和焊道形狀劣化。因此，堿度為1.0～3.3的范圍內(nèi)。從進(jìn)一步抑制焊接金屬的韌性劣化的觀點(diǎn)出發(fā)，堿度優(yōu)選為1.3以上。另外，從進(jìn)一步抑制焊道外觀和焊道形狀劣化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為3.2以下。

還有，作為本發(fā)明所用的焊劑，如果堿度滿(mǎn)足所述范圍，則構(gòu)成焊劑的化合物等的其他的條件沒(méi)有特別規(guī)定。

本發(fā)明的焊接方法，除了所述焊接條件以外，優(yōu)選規(guī)定噴嘴/母材間距離、噴嘴形狀、噴嘴角度。

<噴嘴/母材間距離>

如前所述，與高Cr系CSEF鋼為同樣材料的埋弧焊用實(shí)芯焊絲，相比于與1.25Cr-0.5Mo、2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-V鋼為同樣材料的實(shí)芯焊絲而言，電阻高，因此焦耳發(fā)熱量大，熔敷量多。即，與高Cr系CSEF鋼為同樣材料的焊絲即使在相同的焊接電流下，熔敷量也多，高溫裂紋容易發(fā)生。而且，圖1～3、圖8～10、圖11～13所示的焊嘴11與母材10之間的距離越長(zhǎng)，焦耳發(fā)熱量越大。因此，為了進(jìn)一步抑制高溫裂紋的發(fā)生，優(yōu)選將噴嘴/母材間距離L管理為20～40mm。噴嘴/母材間距離L低于20mm時(shí)，噴嘴前端部11a有被電弧熔損的危險(xiǎn)性。若噴嘴/母材間距離L高于40mm，則熔敷量過(guò)剩。另外，從進(jìn)一步抑制噴嘴前端部11a熔損的觀點(diǎn)出發(fā)，噴嘴/母材間距離L優(yōu)選為25mm以上，從進(jìn)一步抑制熔敷量過(guò)剩的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為35mm以下。

在此，如圖1～3、圖8～13所示，噴嘴/母材間距離是焊絲12從噴嘴前端部11a露出的點(diǎn)與母材10之間的垂直距離L。

<噴嘴形狀>

噴嘴形狀是圖1～3所示這樣的直管狀、圖5～7所示這樣的彎頭狀、或者日本特公昭62-58827公報(bào)的Fig.3b所示這樣形狀都可以，從確保焊絲送給性和給電位置穩(wěn)定化的觀點(diǎn)出發(fā)適宜選擇。特別是圖5～7所示這樣的、在不阻礙焊絲送給的范圍內(nèi)噴嘴前端部11a彎曲的彎頭狀噴嘴，使給電位置穩(wěn)定化，結(jié)果是焊絲送給速度穩(wěn)定化。

<噴嘴角度>

如圖1～3、圖8～10、圖11～13所示，噴嘴角度是相對(duì)于母材10的表面垂直的線(xiàn)、與焊絲12最終從焊嘴11突出的部分即噴嘴前端部11a的軸線(xiàn)構(gòu)成的角度。而且，噴嘴角度影響焊接電弧對(duì)焊絲的加熱程度，結(jié)果是使焊絲送給速度增減。具體來(lái)說(shuō)，如果是相同的焊接電流、相同的噴嘴母材間距離L，則噴嘴角度為前傾角β(參照?qǐng)D2、圖9、圖12)的一方相比后傾角α(參照?qǐng)D1、圖8、圖11)，焊絲送給速度有所增加。

因此，噴嘴角度優(yōu)選以后傾角α在60°為止的范圍、前傾角β在60°為止的范圍內(nèi)管理，這是為了使焊絲送給速度穩(wěn)定化。

所謂前傾角，如圖2、圖9和圖12，就是從噴嘴前端部11a露出焊絲的點(diǎn)起引一條與焊接線(xiàn)垂直的線(xiàn)，相對(duì)于該垂直線(xiàn)，與焊接的行進(jìn)方向相反地傾斜焊絲而焊接時(shí)的、焊絲與垂直線(xiàn)構(gòu)成的角度。

所謂后傾角，如圖1、圖8和圖11，就是從噴嘴前端部11a露出焊絲的點(diǎn)起引一條與焊接線(xiàn)垂直的線(xiàn)，相對(duì)于該垂直線(xiàn)，順著焊接的行進(jìn)方向傾斜焊絲而進(jìn)行焊接時(shí)的、焊絲與垂直線(xiàn)構(gòu)成的角度。

接下來(lái)，對(duì)于本發(fā)明的焊接方法的電源特性、電源極性、母材板厚、母材坡口形狀進(jìn)行說(shuō)明。

電源特性是下降特性、恒壓特性均可。在此，所謂下降特性，就是即使電弧長(zhǎng)度變動(dòng)，電流的變化也少，能夠穩(wěn)定焊接的電源的特性。具體來(lái)說(shuō)，電弧長(zhǎng)度長(zhǎng)時(shí)，通過(guò)暫時(shí)地加快焊絲的送給速度，電弧長(zhǎng)度短時(shí)，通過(guò)放慢焊絲的送給速度，從而保持不變地使電流穩(wěn)定化。電源極性為DCEP(Direct Current Electrode Positive)、AC(Alternating Current)均可。

本發(fā)明的焊接方法以如前述以火力發(fā)電鍋爐、汽輪機(jī)和反應(yīng)器作為適合的焊接對(duì)象。因此，母材板厚優(yōu)選為150～450mm。但是，本發(fā)明的焊接方法也可以面向母材板厚低于150mm的焊接應(yīng)用。同樣，本發(fā)明的焊接方法中，作為母材坡口形狀，以圖4所示這樣的窄坡口作為適合的焊接對(duì)象。但是，本發(fā)明的焊接方法也可以適用于未圖示的V坡口、X坡口。

本發(fā)明的焊接方法，是只以圖4所示的初層21作為適合的焊接對(duì)象的初層單絲埋弧焊方法。但是，本發(fā)明的焊接方法在對(duì)于未圖示的、但不僅僅只有初層21，而是在初層21上還層疊有焊接金屬，直至最終層(最上層)進(jìn)行焊接時(shí)，也可以適用。另外，本發(fā)明的焊接方法也可以適用于未圖示的基于V形結(jié)線(xiàn)、斯科特結(jié)線(xiàn)的串聯(lián)埋弧焊。

實(shí)施例

以下，對(duì)于納入本發(fā)明的范圍的實(shí)施例(No.1～8)、與其效果脫離本發(fā)明的范圍的比較例(No.9～14)進(jìn)行比較說(shuō)明。

準(zhǔn)備3種表1所示的化學(xué)成分的母材。對(duì)于該母材，如圖4所示，通過(guò)機(jī)械加工形成板厚t為250mm，槽底的曲率半徑R為10mm，坡口角度θ為4°的窄坡口作為試驗(yàn)體20。

另外，準(zhǔn)備3種表2所示的化學(xué)成分的焊絲。絲徑為4.0mmφ。表2所示的焊絲中包含的0.01質(zhì)量％的Cu作為不可避免的雜質(zhì)被含有。另外，使用3種表3所示的粒度、化學(xué)成分、堿度的焊劑。

[表1]

[表2]

[表3]

然后，在圖4所示的試驗(yàn)體20的窄坡口內(nèi)，使用表2所述的焊絲和表3所述的焊劑，使焊絲送給速度和焊接速度變化，實(shí)施埋弧焊。焊絲送給速度通過(guò)使焊接電流、焊接速度變化來(lái)進(jìn)行控制。

焊接條件如下。另外，其他的條件顯示在表4中。還有，表中不滿(mǎn)足本發(fā)明的范圍的內(nèi)容，對(duì)數(shù)值引下劃線(xiàn)表示。

(焊接條件)

絲徑：4mmφ

焊嘴：圖8～10所示的前端彎曲噴嘴(彎頭狀噴嘴)

電極特性：下降特性

電極極性：AC單極

焊接姿勢(shì)：向下

層疊方法：初層單層單道

對(duì)于進(jìn)行了該焊接的試驗(yàn)體20，評(píng)價(jià)焊接部的健全性、抗高溫裂紋性。其結(jié)果顯示在表4中。

(焊接部的健全性)

焊接結(jié)束后，目視、并且在除去焊縫的起始部和結(jié)束部(具體來(lái)說(shuō)，分別是指距焊縫的端部100mm。以下相同。)以外的300mm的范圍內(nèi)每50mm的斷面觀察宏觀組織，確認(rèn)有無(wú)焊接缺陷(夾渣、熔渣剝離性、未熔合、未焊透等)。沒(méi)有焊接缺陷的情況為○(良好)，有焊接缺陷的情況為×(不良)。還有，關(guān)于熔渣剝離性，用錘子對(duì)于附著在焊接結(jié)束后的焊道表面的焊劑敲打3次，熔渣容易剝離時(shí)判定為○(良好)，未剝離時(shí)判定為×(不良)。

焊接結(jié)束后，通過(guò)目視，也對(duì)于焊道形狀進(jìn)行確認(rèn)。具體來(lái)說(shuō)，在所述熔渣剝離性的評(píng)價(jià)中，通過(guò)目視確認(rèn)剝離熔渣之后的表面外觀，焊道形狀穩(wěn)定時(shí)判定為○(良好)，焊道形狀不穩(wěn)定時(shí)判定為×(不良)。

(抗高溫裂紋性)

在除去焊縫的起始部和結(jié)束部之外的300mm的范圍內(nèi)，在每50mm的斷面觀察宏觀組織。在共計(jì)5個(gè)斷面中，沒(méi)有發(fā)生高溫裂紋時(shí)判定為○(良好)，發(fā)生高溫裂紋時(shí)判定為×(不良)。

[表4]

如表4所示，No.1～8滿(mǎn)足本發(fā)明的范圍，焊接部的健全性、抗高溫裂紋性?xún)?yōu)異。

No.9的焊絲送給速度超出本發(fā)明的下限。No.9中，因?yàn)楹附与娏餍。附z送給速度小，所以電弧不穩(wěn)定，在坡口面與焊道的邊界發(fā)生未焊透。No.9的焊接部的健全性差。

No.10的焊絲送給速度超出本發(fā)明的上限。No.10中，因?yàn)楹附与娏鞔?，焊絲送給速度大，所以熔敷量過(guò)多而高溫裂紋發(fā)生，并且熔渣剝離性也降低。No.10的焊接部的健全性、抗高溫裂紋性差。

No.11的焊接速度超出本發(fā)明的下限，每單位長(zhǎng)度的熔敷量也超出本發(fā)明的上限。在No.11中，因?yàn)楹附铀俣嚷?，所以熔敷量過(guò)多而發(fā)生高溫裂紋。No.11的抗高溫裂紋性差。

No.12的焊接速度超出本發(fā)明的上限。在No.12中，焊絲的送給(焊接金屬的供給)趕不上焊接速度，焊道形狀不穩(wěn)定，發(fā)生了未熔合和夾渣。No.12的焊接部的健全性差。

No.13的每單位長(zhǎng)度的熔敷量超出本發(fā)明的下限。No.13的熔敷量過(guò)少，焊道形狀不穩(wěn)定而發(fā)生了未熔合和夾渣。No.13的焊接部的健全性差。

No.14的每單位長(zhǎng)度的熔敷量超出本發(fā)明的上限。No.14中，熔敷量過(guò)剩，因此焊接金屬的凝固收縮量過(guò)大且熔深形狀也呈梨形，高溫裂紋發(fā)生。No.14的抗高溫裂紋性差。

以上，對(duì)于本發(fā)明展示實(shí)施方式和實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但本發(fā)明的主旨不受所述內(nèi)容限定，其權(quán)利范圍必須基于技術(shù)方案的范圍的記述寬泛解釋。還有，本發(fā)明的內(nèi)容當(dāng)然也可以基于前述記載進(jìn)行廣泛改變·變更等。

本申請(qǐng)伴隨以申請(qǐng)日為2014年7月18日的日本國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)，專(zhuān)利申請(qǐng)第2014-147994號(hào)為基礎(chǔ)申請(qǐng)的優(yōu)選權(quán)主張，專(zhuān)利申請(qǐng)第2014-147994號(hào)通過(guò)參照而引入本說(shuō)明書(shū)。

符號(hào)說(shuō)明

10 母材(被焊接材)

11 焊嘴

12 焊絲

20 試驗(yàn)體

21 初層