本發(fā)明涉及一種實(shí)芯焊絲，具體地說，是涉及對碳鋼焊接接頭耐co2腐蝕性能進(jìn)行改善的實(shí)芯焊絲。
背景技術(shù)：
：在石油天然氣管線建設(shè)中，焊接技術(shù)是一種常見的連接技術(shù)。然而，由于焊材和焊接熱循環(huán)的作用，焊縫區(qū)金屬的成分和組織與母材有著較大的差異，進(jìn)而引起了焊縫區(qū)與母材腐蝕行為的不同。同時(shí)，焊接接頭不同區(qū)域的電化學(xué)特征不同，這將導(dǎo)致接頭不同區(qū)域間發(fā)生電偶腐蝕。在生產(chǎn)實(shí)踐中，焊縫區(qū)往往作為電偶對中的陽極被優(yōu)先腐蝕。據(jù)報(bào)道，與天然氣相關(guān)的工業(yè)中有36％的腐蝕失效事故是源于焊縫區(qū)的點(diǎn)蝕或電偶腐蝕。因此，在設(shè)計(jì)輸油氣管道焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，以焊接接頭在co2環(huán)境中的耐蝕性能作為整體接頭的耐蝕性能，而不是母材的耐蝕性能。焊縫區(qū)的點(diǎn)蝕和電偶腐蝕對焊接接頭的耐蝕性有著較大影響，容易造成整體結(jié)構(gòu)的過早失效。因此改進(jìn)焊材成分可消除焊縫區(qū)的點(diǎn)蝕，提高焊縫區(qū)的電極電位，也可以改善和提高焊接接頭的耐蝕性能，具有極大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。目前工程應(yīng)用中改善碳鋼管線焊接接頭耐co2腐蝕的方法多種多樣，如生產(chǎn)制造過程中改進(jìn)焊接工藝，管線使用過程中添加緩蝕劑等等。這些方法能部分地提高焊縫金屬耐co2腐蝕性能，但并未從根本上解決問題。況且在管線使用過程中添加緩蝕劑，往往增加額外的經(jīng)濟(jì)成本。因此，針對提高碳鋼焊接接頭耐co2腐蝕性能，需要更加經(jīng)濟(jì)和有效的改善方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高碳鋼焊接接頭耐二氧化碳腐蝕的實(shí)芯焊絲及其應(yīng)用，解決碳鋼焊縫金屬在co2油田模擬輸出液中過早腐蝕失效的技術(shù)問題，使得碳鋼焊縫處的耐蝕性改善,從而提高碳鋼焊縫處的耐腐蝕性能。本發(fā)明的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：提高碳鋼焊接接頭耐二氧化碳腐蝕的實(shí)芯焊絲，按照重量百分比由如下組分組成：金屬鎳粉0.3～0.6％，金屬鉻粉0.3～0.6％，金屬銅粉0.2～0.4％，金屬鉬粉0.2～0.4％，金屬錳粉0.8％～1.2％，硅粉0.2～0.4％，碳粉0.06～0.1％，磷和硫的重量百分比控制在0.015％以下，余量為鐵粉。優(yōu)選如下組分含量：金屬鎳粉0.4～0.5％，金屬鉻粉0.4～0.5％，金屬銅粉0.3～0.4％，金屬鉬粉0.2～0.3％，金屬錳粉1.0％～1.2％，硅粉0.2～0.3％，碳粉0.08～0.1％，磷和硫的重量百分比控制在0.015％以下，余量為鐵粉。在上述技術(shù)方案中，各個(gè)組分選擇粉末進(jìn)行混合和制備，目數(shù)為100—300目，純度大于等于99.99％。與現(xiàn)有技術(shù)相比，與傳統(tǒng)的碳鋼tig焊打底焊絲所得焊接接頭相比，本發(fā)明選用含合金元素的實(shí)芯焊絲所得焊接接頭滿足力學(xué)性能要求，且在腐蝕環(huán)境中的使用壽命大大延長，保證了管線的正常運(yùn)行，極大地提高了其經(jīng)濟(jì)效益。附圖說明圖1是使用普通焊絲進(jìn)行焊接后焊縫金屬的金相組織照片。圖2是使用本發(fā)明焊絲進(jìn)行焊接后焊縫金屬的金相組織照片。圖3是使用本發(fā)明焊絲和普通焊絲進(jìn)行拉伸性能對比圖。圖4是本發(fā)明的焊絲和普通焊絲焊縫金屬在90℃，0.1mpaco2分壓下的開路電位對比圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。各個(gè)組分選用純度大于等于99.99％，目數(shù)在200目的粉末進(jìn)行混合制備，按照常規(guī)焊絲制備工藝進(jìn)行即可，配方如下表所示(重量百分比)：根據(jù)金屬的電極電位順序表可知，銅和鎳的電極電位均高于鐵，鉻的電極電位低于鐵。在鐵基體中加入少量的銅和鎳能提高其電極電位，達(dá)到提高耐蝕性的目的。而鐵基體中加入少量鉻，在發(fā)生腐蝕時(shí)，試樣表面能迅速形成一層致密的腐蝕產(chǎn)物膜cr(oh)3。該腐蝕膜可以阻礙侵蝕性陰離子通過腐蝕膜而接觸到金屬基體，從而起到防腐的目的。鐵基體中加入少量鉬元素，以提高基體的耐磨性，同時(shí)起到防腐蝕的目的。本發(fā)明的實(shí)芯焊絲除常規(guī)的碳、硅、錳、磷和硫元素外，采用多種元素合金化，以cr-ni-cu-mo合金系作為實(shí)芯焊絲的合金系統(tǒng)。焊絲直徑為2.4mm，用于填充焊絲的非熔化極tig焊接。將本發(fā)明制備的焊絲和普通焊絲jg-50(購自林肯電氣(錦州)焊接材料有限公司)采用相同的焊接工藝進(jìn)行對比，焊接母材為a106b碳鋼，化學(xué)成分如下表所示：焊接工藝如下表所示，將jg50替換為本發(fā)明的焊絲，進(jìn)行tig焊接：焊接后的焊縫金屬進(jìn)行金相組織的形貌觀察，與普通實(shí)芯焊絲焊縫金屬金相組織中多邊形鐵素體相比，本發(fā)明焊絲焊縫金屬中的有較多的針狀鐵素體和彌散分布的珠光體。在室溫20—25攝氏度下，利用instron5848微小力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)，以0.05mm/s的拉伸速率對本發(fā)明的焊絲和普通焊絲焊縫金屬進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)測試，應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示，力學(xué)性能數(shù)值(平均值)如下表所示。從上表可看出本發(fā)明的焊絲焊縫金屬屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均高于普通焊絲焊縫金屬，延伸率略有下降。按照gb/t2651-2008《焊接接頭拉伸試驗(yàn)法》和gb/t228-2002《金屬材料室溫拉伸標(biāo)準(zhǔn)》加工室溫拉伸試樣，采用圓棒試樣。試驗(yàn)設(shè)備采用長春試驗(yàn)機(jī)研究所生產(chǎn)的的ddl-300拉伸試驗(yàn)機(jī)，加載位移速率1mm/min，屈服強(qiáng)度使用引伸計(jì)測定，試驗(yàn)精度為±0.5％。取三個(gè)平行試樣進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)按照gb/t228-2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行處理，結(jié)果如下表所示，斷裂位置位于母材上，并不在焊縫處，說明焊接接頭強(qiáng)度良好：按照gb/t229-2007《金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法》和gb/t2650-2008《焊接接頭沖擊試驗(yàn)法》加工沖擊試樣，采用10×10×55mm的v型缺口標(biāo)準(zhǔn)試樣。設(shè)備采用吳忠材料試驗(yàn)機(jī)有限公司生產(chǎn)的jbd-300b型沖擊試驗(yàn)機(jī)，取三個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果取其平 均值，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。本發(fā)明的焊絲焊縫金屬的沖擊功和母材相當(dāng)，比普通焊絲焊縫金屬的低，本發(fā)明的焊絲所得接頭熱影響區(qū)的沖擊功比母材高，而低于普通焊絲所得接頭熱影響區(qū)的沖擊功，但利用本發(fā)明焊絲得到的焊縫和熱影響區(qū)的沖擊功明顯高于母材，與上述拉伸試驗(yàn)結(jié)合，可以得到利用本發(fā)明焊絲得到的焊縫可有效配合母材的力學(xué)性能。從焊縫金屬中截取4×8×3mm的測試試樣，測試前用sic水砂紙逐級打磨至1000#，用蒸餾水清洗，酒精擦拭除油除水，吹干置于干燥箱備用。電化學(xué)測試采用gamryinterface1000電化學(xué)工作站及三電極體系，參比電極為高溫高壓ag/agcl(1mol/lkcl)，輔助電極為鉑電極，工作電極為試樣。測試溫度為90℃，0.1mpaco2分壓。所有腐蝕實(shí)驗(yàn)介質(zhì)均為模擬油田采出液，利用去離子水與分析純試劑配制，各離子含量依次為na+11193mg/l，k+548mg/l，ca2+1001mg/l,mg2+175.8mg/l,fe2+35.3mg/l，cl-19747mg/l，so42-603mg/l，hco3-245mg/l。將工作電極置于測試溶液中，持續(xù)測試其自腐蝕電位1h,即為其開路電位，結(jié)果如圖4所示，隨后，以0.5mv/s的速度從相對于開路電位-300mv測試到+300mv得到極化曲線，極化曲線結(jié)果如下表所示。本發(fā)明的焊絲焊縫金屬開路電位在-715mv左右，普通焊絲焊縫金屬開路電位在-730mv左右，可見普通焊絲焊縫金屬的開路電位更低，有更大的腐蝕熱力學(xué)傾向，且本發(fā)明焊絲焊縫金屬的腐蝕電流小于普通焊絲焊縫金屬。根據(jù)astmg31-2004《金屬的實(shí)驗(yàn)室浸泡腐蝕標(biāo)準(zhǔn)》，對發(fā)明的焊絲和普通焊絲焊縫金屬在90℃，0.1mpaco2分壓，流速1m/s條件下(采用上述模擬油田采出液)進(jìn)行 7天浸泡實(shí)驗(yàn)。根據(jù)失重法計(jì)算腐蝕速率，取三個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果取其平均值。所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。試樣的腐蝕速率越小，說明其耐蝕性越好。試樣普通焊絲焊縫金屬發(fā)明焊絲焊縫金屬腐蝕速率(mm/y)0.090.04根據(jù)q/sy-tgrc《erw鋼管溝槽腐蝕實(shí)驗(yàn)室測試方法》，對發(fā)明的焊絲和普通焊絲所得焊接接頭在90℃，0.1mpaco2分壓條件下，用-550mv(vs.ag/agcl)恒電位極化144h。從焊接的鋼管上沿長度方向取16×8×6mm的測試試樣，焊縫平行于試樣寬度，且位于試樣長度的中心并橫跨試樣厚度。測試前將待測面用sic水砂紙逐級打磨至1000#，用蒸餾水清洗，酒精擦拭除油除水，吹干置于干燥箱備用。測試溶液和電化學(xué)測試裝置與開路電位、極化曲線的一致。取三個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果取其平均值。所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。試樣的溝槽腐蝕系數(shù)越接近1，說明焊縫金屬的耐蝕性越好。試樣普通焊絲焊縫金屬發(fā)明焊絲焊縫金屬溝槽腐蝕系數(shù)1.251.06由上述試驗(yàn)結(jié)果可知，使用本發(fā)明的焊絲進(jìn)行焊接得到的焊接金屬的耐腐蝕性強(qiáng)于普通焊絲，可以預(yù)見發(fā)明焊絲焊接接頭在co2環(huán)境中長期服役時(shí)，焊縫金屬和母材的腐蝕速率相當(dāng)，呈現(xiàn)均勻腐蝕的形式。綜上所述，利用本發(fā)明焊絲得到的焊縫金屬的力學(xué)性能與普通焊絲相當(dāng)，而發(fā)明焊絲焊縫金屬的耐蝕性得到了較大的提高。以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等同替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁12