9%Ni鋼埋弧焊接材料和焊接方法
2023-06-16 11:20:01 1
專利名稱：9%Ni鋼埋弧焊接材料和焊接方法
技術領域：
本發明涉及用於液化天然氣這種極低溫液體用儲罐的建造材料所使用的9% Ni 鋼的埋弧焊的焊接材料，特別是涉及能夠在立向焊接位置進行焊接，並且也可以適用於下 向及橫向位置，具有良好的焊渣剝離性，並且能夠獲得優異的抗缺陷性和焊縫的平滑性的 9% Ni鋼埋弧焊接材料和焊接方法。
背景技術：
歷來，在作為極低溫液體儲罐的建造材料所使用的9% Ni鋼的焊接中，為了防止 高溫裂紋而應用線能量比較低的焊條電弧焊法。其後，耐高溫裂紋性優異的焊絲得到開發， 以焊接建造物的施工效率提高為目的，對於適用下向或橫向位置焊接的地方增加了埋弧焊 方法的應用。另一方面，在立向位置的焊接中，為了施工效率提高而應用自動TIG焊，另一部分 是發展自動MAG焊接化。但是在現場施工中，在焊接氣體的獲取困難的地域，還是不得不依 賴於焊條電弧焊法的狀況。因此，為了提高不能獲取焊接氣體的現場中的施工效率，就要求開發出能夠將埋 弧焊方法應用於向上立焊的焊接材料。歷來，在低溫用鋼的埋弧焊接材料中存在如下等問題點在立向位置進行焊接時， 熔融金屬在凝固過程中因重力而流動，因此焊縫形狀容易不穩定，成為凸狀，需要用研磨機 使焊縫變得平滑。因此，例如在日本特開2009-039761號中，公開有一種低溫用鋼的埋弧焊用焊劑， 其相對於焊劑總質量，含有Al2O3 31 60質量％、CaF2 10 40質量％、SiO2 :1 10質 fi%>Na20 :0· 1 5質量％、金屬Al :1 10質量％，其他為CaCO3、CaO、MgO、金屬Mn和不 可避免的雜質。日本特開2009-039761號的技術，通過將焊劑組成規定在上述範圍，除了下向和 橫向位置，即使在立向位置焊接中，也可實現電弧穩定性、焊渣剝離性、抗焊接缺陷性和焊 縫形狀的提高。但是，上述先行技術雖然在立向位置焊接中的電弧穩定性、焊渣剝離性和抗焊接 缺陷性提高，但是在焊縫的平滑性上卻不充分。特別是有焊縫縱長方向的形狀容易不連續 這樣的問題點。因此，在立向位置的焊接中，就期望開發出能夠充分滿足焊渣剝離性、抗焊 接缺陷性和焊縫形狀穩定性(平滑性)這全部幾項的埋弧焊用的焊劑。
發明內容
本發明鑑於這一問題點而做，其目的在於，提供一種9% Ni鋼埋弧焊接材料和焊 接方法，除了下向和橫向位置，即使在立向位置焊接中，其也能夠具有良好的焊渣剝離性和 抗焊接缺陷性，此外還能夠得到優異的焊縫形狀的平滑性。本發明的9% Ni鋼埋弧焊接材料，由埋弧焊用焊絲和埋弧焊用燒結型焊劑構成，
3所述焊絲相對於焊絲總質量含有Ni :60質量％以上，所述焊劑其組成為，相對於焊劑總質 量，含有Al2O3 15 40質量％、SiO2 5 35質量％、ZrO2 5 25質量％、MgO :5 25質 量％、CaCO3 5 25質量％和金屬Al 1 7質量％，並且將CaF2抑制在5質量％以下，餘 量為金屬Fe、Na2O和不可避免的雜質。本發明的9% Ni鋼的埋弧焊方法，是使用相對於焊絲總質量含有Ni :60質量％ 以上的埋弧焊用焊絲和埋弧焊用燒結型焊劑，所述焊劑的組成為，相對於焊劑總質量，含有 Al2O3 15 40 質量 ％、SiO2 5 35 質量 ％、ZrO2 5 25 質量 ％、MgO 5 25 質量 ％、 CaCO3 :5 25質量％和金屬Al 1 7質量％，並且將CaF2抑制在5質量％以下，餘量為金 屬Fe、Na2O和不可避免的雜質。在上述9% Ni鋼埋弧焊接材料和9% Ni鋼埋弧焊方法中，所述焊劑優選含有金屬 Ti :0. 1 5質量％。上述9% Ni鋼埋弧焊方法，能夠在立向上焊接姿勢的埋弧焊中使用。根據本發明，能夠進行具有良好的焊渣剝離性和抗焊接缺陷性，此外還具有優異 的焊縫形狀的平滑性的9% Ni鋼埋弧焊方法。
圖1是表示焊接位置為下向時的焊接母材的形狀和尺寸的圖，其中(a)為正視圖， (b)為表示坡口形狀的剖面圖，(c)為表示層疊要領的模式圖。圖2是表示焊接位置為橫向時的焊接母材的形狀和尺寸的圖，其中(a)為正視圖， (b)為表示坡口形狀的剖面圖，(c)為表示層疊要領的模式圖。圖3是表示焊接位置為立向時的焊接母材的形狀和尺寸的圖，其中(a)為正視圖， (b)為表示坡口形狀的剖面圖，(c)為表示層疊要領的模式圖。圖4是表示焊縫形狀評價標準之中最大凹凸變動的判定標準，其中(a)為正視圖， (b)為剖面圖。圖5是表示焊縫形狀評價標準之中最大寬度變動的判定標準的圖。
具體實施例方式本發明者們發現，使用相對於焊絲總質量而含有Ni :60質量％以上的焊絲進行 9% Ni鋼埋弧焊時，通過對焊劑成分進行各種調整，除了 Al2O3以外，將MgO、CaCO3> ZrO2等 高熔點氧化物作為主要成分，不但對於下向及橫向位置下的焊縫的形狀的平滑化有效，而 且即使在立向焊接位置對於焊縫的形狀的平滑化也有效。此外本發明者們還發現，對於 CaF2來說，雖然具有使焊縫的鱗紋細密的效果，但是若超過既定量含有，則焊縫形狀容易不 連續，另外還有氣孔也增加的傾向。本發明者們基於這些發現而完成了本發明。以下，對於在本發明的9% Ni鋼埋弧焊中使用的燒結型焊劑的成分添加理由和組 成限定理由進行說明。Al2O3 15 40 質量 ％焊劑中的Al2O3作為焊渣形成劑發揮作用，在提高熔融渣的凝固溫度和粘性上是 有效的成分。焊劑中的Al2O3低於15質量％時，在立向位置焊接中熔融渣的焊縫保持力不 足，焊縫成為凸狀，發生 穿。另一方面，Al2O3超過40質量％時，焊渣的粘性變得過高，流
4動性差，因此發生夾渣。此外，若Al2O3超過40質量％，則除了在下向和橫向位置焊縫的鱗 紋變粗以外，還會發生麻點。更優選的範圍是Al2O3 :20 35質量％。在此範圍，特別是在立向焊接中熔融渣 的焊縫保持力更為適當，焊縫形狀穩定而平滑化，因此能夠得到更良好的焊縫外觀。SiO2 :5 35 質量％焊劑中的SiO2需要為5 35質量％。焊劑中的SiO2提高熔融渣的凝固溫度。另 外在立向位置提高焊縫的保持力，具有使焊縫形狀穩定的效果。SiO2低於5質量％時，熔融 渣的焊縫保持力不足，因此焊縫形狀不穩定。另一方面，若SiO2超過35質量％，則熔融渣 的粘性變得過高，焊渣的剝離惡化，夾渣發生。更優選的範圍是SiO2 :10 25質量％。在該範圍中，焊渣的剝離性提高，特別是 在立向位置，能夠獲得更良好的焊渣剝離性，並且焊縫形狀穩定而平滑化，因此能夠得到良 好的焊縫外觀。在這一範圍內，下向和橫向位置焊接時的焊縫形狀也穩定。在SiO2中，除 了石英砂、水玻璃以外，也可以添加矽石灰等的複合氧化物。ZrO2 :5 25 質量％焊劑中的&02在使焊渣剝離性良好上是有效的成分。&02低於5質量％時得不 到該效果，反而使焊渣在焊縫燒結等，焊渣剝離性差。另一方面，若&02超過25質量％，則 熔融渣的流動性降低，容易發生夾渣。更優選的範圍是，ZrO2=IO 20質量％。在該範圍中，焊渣剝離性提高，特別是在 立向位置能夠得到更良好的焊渣剝離性，並且焊縫形狀穩定而平滑化，因此能夠得到良好 的焊縫外觀。Mg0:5 25 質量％焊劑中的MgO具有使焊渣的凝固溫度上升的效果，對縱長方向的焊縫形狀穩定性 來說是有效的成分。這一效率在低於5質量％時無法獲得，在立向位置多發生焊縫燒穿。另 一方面，若MgO超過25質量％，則焊渣的凝固提早完畢，因此焊縫形狀成為凸狀，除了容易 發生夾渣以外，焊渣剝離性也惡化。更優選的範圍是MgO :10 20質量％。在該範圍中，焊渣剝離性提高，特別是在立 向位置能夠獲得更良好的焊渣剝離性，並且焊縫形狀穩定而平滑化，因此能夠得到良好的 焊縫外觀。CaCO3 :5 25 質量％焊劑中的CaCO3需要為5 25質量％。CaCO3熔融分解，變成CaO和CO2氣，而CO2 氣具有的效果是，降低焊接電弧氣氛中的水蒸氣分壓，降低焊接金屬中的氫量，並且降低氣 孔。另外，CaO具有提高熔融渣的凝固溫度的效果，使焊縫形狀穩定。CaCO3在低於5質量％ 的區域，除了得不到上述效果以外，焊縫形狀還成為凸狀。另一方面，CaCO3在超過25質量％ 的區域，焊渣剝離性差。更優選的範圍是CaCO3=IO 20質量％。在該範圍中，焊渣的凝固溫度進一步上 升，焊縫形狀更加穩定而平滑化，因此能夠得到良好的焊縫外觀。金屬Al:l 7質量％金屬Al作為脫氧劑添加到焊劑中，從而使焊接金屬中的氧量顯著降低，是具有降 低氣孔發生的效果的成分。若金屬Al相對於焊劑總重量低於1質量％，則不能充分獲得該效果。另一方面，若相對於焊劑總重量超過7質量％，則焊渣剝離性惡化。金屬Al能夠通 過單體或Fe-Al合金等添加到焊劑中。更優選的範圍是金屬Al :2 5質量％。在此範圍中，能夠進一步使良好的焊渣剝 離性和耐氣孔性能並立。CaF2 5 質量％ 以下現有的埋弧焊用焊劑中，CaF2被作為必須成分添加，但在本發明中將CaF2抑制在 5質量％以下。CaF2雖然具有使電弧穩定，使焊縫的鱗紋細密的效果，但是也有降低焊渣的 凝固溫度和粘性的效果，因此特別在立向位置的焊接中使縱長方向的焊縫形狀不穩定，焊 縫容易燒穿。這一傾向在焊劑中的CaF2超過5質量％時表現得顯著，因此CaF2需要抑制在 5質量％以下。金屬Ti :0· 1 5質量％Ti使焊渣的凝固溫度上升，具有在橫向和立向焊接時抑制焊縫的燒穿的效果。若 金屬Ti相對於焊劑總重量低於0. 1質量％，則不能充分獲得該效果。另一方面，若Ti相對 於焊劑總重量超過5質量％，則焊渣剝離性惡化。因此，含有金屬Ti時為0. 1 5質量％。 金屬Ti以單體或Fe-Ti等添加。實施例以下，通常實施例具體地說明本發明的效果。首先，調整焊劑原料，其中作為粘合 劑添加水玻璃並造粒後，進行燒結，由此製作具有下述表1所示的各種化學組成的埋弧焊 用燒結型焊劑。表1
權利要求
一種9％Ni鋼埋弧焊接材料，其特徵在於，所述焊接材料由埋弧焊用焊絲和埋弧焊用燒結型焊劑構成，所述焊絲以焊絲總質量計含有Ni60質量％以上，所述焊劑的組成以焊劑總質量計含有Al2O315～40質量％、SiO25～35質量％、ZrO25～25質量％、MgO5～25質量％、CaCO35～25質量％和金屬Al1～7質量％，並且將CaF2抑制在5質量％以下，餘量含有金屬Fe、Na2O和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的鋼埋弧焊接材料，其特徵在於，所述焊劑含有金屬Ti 0. 1 5質量％。
3.—種9% Ni鋼的埋弧焊方法，其特徵在於，使用以焊絲總質量計含有Ni :60質量％ 以上的埋弧焊用焊絲和埋弧焊用燒結型焊劑，所述焊劑的組成以焊劑總質量計含有Al2O3 :15 40質量％、SiO2 :5 35質量％、 ZrO2 5 25質量％、MgO 5 25質量％、CaCO3 5 25質量％和金屬Al 1 7質量％， 並且將CaF2抑制在5質量％以下，餘量含有金屬Fe、Na2O和不可避免的雜質。
4.根據權利要求3所述的9%Ni鋼埋弧焊方法，其特徵在於，所述焊劑含有金屬Ti 0. 1 5質量％。
5.根據權利要求3所述的9%Ni鋼埋弧焊方法，其特徵在於，以立向上焊接姿勢進行 埋弧焊。
全文摘要
提供一種9％Ni鋼埋弧焊用燒結型焊劑，除了下向和橫向位置，即使在立向位置焊接中，其也能夠具有良好的焊渣剝離性和抗焊接缺陷性，此外還能夠獲得優異的焊縫形狀的平滑性。一種與含有Ni60質量％以上的焊絲組合使用的9％Ni鋼埋弧焊用燒結型焊劑，焊劑組成為，相對於焊劑總質量，含有Al2O315～40質量％、SiO25～35質量％、ZrO25～25質量％、MgO5～25質量％、CaCO35～25質量％和金屬Al1～7質量％，並且將CaF2抑制在5質量％以下，餘量為金屬Fe、Na2O和不可避免的雜質。
文檔編號B23K9/18GK101966630SQ201010234080
公開日2011年2月9日 申請日期2010年7月20日 優先權日2009年7月27日
發明者福田和博, 鈴木正道 申請人:株式會社神戶制鋼所