一種用於耐熱鋼與不鏽鋼焊接的超低碳型電焊條的製作方法
2023-05-30 16:14:06
專利名稱：一種用於耐熱鋼與不鏽鋼焊接的超低碳型電焊條的製作方法
技術領域：
本發明屬於焊接材料領域。尤其是用於焊接異種鋼接頭的電焊條，主要適用於珠光體耐熱鋼和奧氏體不鏽鋼異種鋼材的焊接。
背景技術：
珠光體耐熱鋼(如12Cr1MoV)有優良的高溫強度，奧氏體不鏽鋼(1Cr18Ni9)具有耐腐蝕性能，分別能滿足熱電設備對材料的不同要求，被廣泛用於各類耐熱、耐蝕的環境。尤其是在發電站設備建造中，鍋爐和燃氣輪機與外部管道連接時經常要用到這種異種材料之間的焊接接頭。以往的焊接是用下列方法之一，都有不同的問題存在使用鐵氏體或珠光體型的焊接材料焊接(如E5515-B2-V、E6015-B3或E5015等焊條)在靠近奧氏體鋼一側的焊縫中會生成增碳層，同時在焊縫熔合面附近會形成脆硬的馬氏體組織。使用奧氏體型的焊接材料焊接(如E0-19-10-15、E347-17等焊條)在耐熱珠光體鋼近縫區會生成增碳層。上述兩種方法有一共同的問題在奧氏體一側或珠光體一側形成明顯的碳遷移層。熔合線處馬氏體的存在也使接頭的抗裂能力降低。兩個問題的存在，造成焊接接頭的組織、性能的不連續性。增碳層的存在和熔合區的馬氏體組織會降低接頭的抗熱疲勞的能力，導致發電設備在運行中焊接接頭的早期失效。試圖用調整焊接工藝的方法解決此問題不會有明顯的改善。使用鎳基合金的焊接材料可以防止上述問題的出現。方法一首先，使用鎳基合金在某一側堆焊後再用類似另一側材料的焊接材料焊接這個接頭。如果堆焊合適的厚度，又在隨後的焊接中沒有將其堆焊層熔透的話，可以阻止碳遷移的形成。由於現場焊接條件和檢測技術的不足，這樣的工藝不但工序繁瑣、費時，而且焊接成本亦高出許多，難以滿足工程的需求。方法二使用鎳基合金焊接材料直接焊接。這樣的焊接接頭，可以阻止碳遷移，能滿足工程需要，但是焊接製造的成本很高。
發明內容
針對上述焊接異種鋼材的技術問題，本發明提出一種能防止焊接接頭熔合線附近碳遷移層的形成和脆硬馬氏體組織的生成的超低碳型的電焊條。
根據本發明目的，我們提出的組成超低碳低合金電焊條的熔敷金屬化學成分(重量％)為C 0.03～0.06％；Mn 0.5～0.8％；Cr 1.5～2.5％；Mo 0.40～0.65％；V 0.10～0.35％；S＜0.035％；P＜0.035％；餘為Fe。在本發明電焊條的化學成分中，碳是碳遷移層形成的主體元素，為抑制熔合區附近增碳層和脫碳層，碳的含量應儘量低。採用超低碳的作用是使擴散驅動力降低，降低碳的活度，碳的含量越低，該作用效果也越好。但是，當碳的含量低於0.03％時，會使鉻、鉬、釩等熱強元素無法發揮作用，也會帶來成本的明顯提高。當碳含量高於0.06％時，已經接近不鏽鋼的含碳量，防止碳遷移的作用就會消失。焊接過程中，要防止焊芯、藥皮中的鐵合金和碳酸鹽等物質向熔敷金屬裡過渡碳，碳含量要控制在0.03～0.06％內。在本發明電焊條成分中加入矽，主要是在焊接過程中起脫氧作用。熔敷金屬中矽含量小於0.2％時，脫氧不充分，這時的焊縫有可能產生氣孔等焊接缺陷；當含量超過0.5％時，對焊縫的韌性不利。焊縫中錳元素具有良好的脫氧和脫硫的效果，還能有效地提高熔敷金屬的強度，當含錳量低於0.5％時，不利於防止焊接熱裂紋；當含錳量大於0.8％時，熔敷金屬的韌性會降低。在本發明電焊條成分中加入鉻、鉬、礬都是碳化物形成元素，能明顯提高材料的熱強性和常溫強度，還會保證熔敷金屬有足夠的抗氧化性和高溫強度及抗高溫蠕變的能力。鉻具有高的固溶強化和抗高溫氧化的效果，含量小1.5％時，效果不明顯，大2.5％時，又會易於生成馬氏體；鉬有很強的固溶強化作用，提高熔敷金屬的熱強性顯著，鉬的碳化物形成傾向比鉻更大，也可形成的彌散相Mo2C起沉澱強化熔敷金屬作用，鉬的含量控制在0.4～0.65％，高於0.65％時，可使焊縫韌性降低；釩是強碳化物形成元素，形成V4C3和VC型彌散碳化物可使晶界得到強化，對提高熔敷金屬的再結晶溫度，增強材料熱強性和抗蠕變性能有利，根據熔敷金屬的碳含量與釩含量的最佳比值關係，釩含量控制在0.10～0.35％。在本發明電焊條中的硫、磷都屬於對熔敷金屬常溫和高溫機械性能有很大危害的元素，應儘量降低。其餘為鐵。本發明超低碳型電焊條的製備技術與現有技術相同，採用常規低氫型藥皮。採用焊條藥皮合金化，通常使用市售的超低碳工業純鐵材料製作焊芯，在通用的液壓型焊條塗料機上壓制焊條，然後經烘乾製成本發明的電焊條。
採用本發明超低碳電焊條焊接珠光體耐熱鋼與奧氏體不鏽鋼異種焊接接頭，與現有技術相比較，成分設計簡單、合理，能有效防止接頭中熔合區附近碳遷移層的形成；焊接接頭中不形成脆硬的馬氏體組織；同時，該焊條的焊接工藝、冶金性能優良，焊接接頭的常溫和高溫性能都可以達到要求；焊條的製造成本僅是使用鎳基合金焊接材料成本的十分之一。
本發明也可以用於除珠光體耐熱鋼外的其它珠光體鋼和鐵素體鋼與奧氏體鋼的焊接，同樣也能防止在焊接接頭生成碳遷移層。
實施例1是使用本發明的焊條焊接管-管對接接頭。以下的焊接實例不作為對本發明的限制。
圖1是本發明電焊條實施例1中，管-管對接1(用本發明焊條)靠近奧氏體母材側焊接熔合區附近的碳元素的掃描照片；圖2是本發明電焊條實施例1中，管-管對接對比件2(用E347-17焊條)靠近奧氏體母材側焊接熔合區附近的碳元素掃描照片；圖3是本發明電焊條實施例1中，管管對接對比件3(用E5515 B2-V焊條)靠近奧氏體母材側焊接熔合區附近的碳元素掃描照片；具體實施方式
以下實施例的焊接鋼材牌號均為12Cr1MoV和1Cr18Ni9；使用直流反接法焊接。
實施例1管-管對接。管材規格為Φ64×5，長度為200毫米；開坡口，焊接前將本發明的電焊條於350℃烘乾1小時。焊接參數使用Φ3.2電焊條，焊接電流為90～120安培，焊接電壓23～25伏特，焊接兩道兩層。同時，還用E347-17和E5515-B2-V焊條分別施焊了同樣母材的對比試件。
用三種焊條施焊的管件，其靠近奧氏體母材側熔合區的碳元素掃描金相照片見圖1、圖2、圖3。由圖1顯示證明，熔合區兩側的碳元素含量均衡，沒有碳遷移層的存在，而圖2和圖3都顯示出有碳遷移層。
用本發明電焊條焊接的管件接頭，其常溫抗拉強度試驗按GB 2652-89《焊接接頭拉伸試驗方法》進行，測試結果見表1。
表1
實施例2平板對接。使用焊接板材規格為300×100毫米，厚度16毫米，開坡口60°。用本發明電條和E5515-B2-V焊條多層多道焊接，焊接接頭熔敷金屬的高溫拉伸試驗在Gleeble 1500熱模擬試驗機上完成。測試結果見表2。用本發明電焊條焊接的板件接頭熔合區附近的顯微硬度試驗，採用跨熔合線直線取點方法，其測試直線距試板上表面8毫米，測試點間距為0.05毫米，測試結果見表3。
表2
表3
權利要求
1.一種熔敷金屬為超低碳的電焊條，用於珠光體耐熱鋼與奧氏體不鏽鋼異種鋼接頭的焊接，其特徵在於，該電焊條的熔敷金屬化學成分(重量％)中，C 0.03～0.06。
2.根據權利要求1所述的電焊條，其特徵在於，組成該電焊條的熔敷金屬化學成分(重量％)為，C 0.03～0.06；Si 0.2～0.5；Mn 0.5～0.8；Cr 1.5～2.5；Mo 0.4～0.65；V 0.10～0.35；其餘為Fe。
3.根據權利要求1、2所述的電焊條，其特徵在於，組成(重量％)中，S和P＜0.035。
全文摘要
本發明屬於焊接材料領域。尤其是用於焊接異種鋼接頭的電焊條，主要適用於珠光體耐熱鋼和奧氏體不鏽鋼異種鋼材的焊接。本發明超低碳型電焊條其特徵在於，組成該電焊條的熔敷金屬化學成分(重量％)為，C 0.03～0.06；Si 0.2～0.5；Mn 0.5～0.8；Cr 1.5～2.5；Mo 0.4～0.65；V 0.10～0.35；餘Fe。採用本發明電焊條與現有技術相比較，具有成分設計簡單、合理；能有效防止接頭中熔合區附近碳遷移層的形成；焊接接頭中不形成脆硬的馬氏體組織；焊接工藝、冶金性能優良；焊接接頭的常溫和高溫性能都可以達到要求。
文檔編號B23K35/22GK1706586SQ20041002068
公開日2005年12月14日 申請日期2004年6月7日 優先權日2004年6月7日
發明者李德元, 董曉強, 張義順, 張忠禮 申請人:瀋陽工業大學