海底管道焊接用氣保護焊絲及其生產方法與流程

2023-05-13 06:20:21

本發明涉及到一種焊接材料，尤其是是涉及X70、X80大應變海底管道焊接用氣保護焊絲及其生產方法。

背景技術：

X70、X80大應變鋼管為海底管線工程所應用。然工程現場焊接表明，對X80大應變鋼管及部分X70大應變鋼管的環焊接頭來說，在具有足夠韌性的前提下，實現高強度管線鋼管環焊接頭高強匹配是面臨的突出難題。

目前的焊接材料僅在陸地管線建造領域有所應用，如在手工焊條方面，現有的管道焊條主要是匹配陸地管線X100級別以下的，針對匹配陸地管線X100及以上級別鋼管的焊條有待開發；在實心焊絲方面，現有的焊材也都是匹配陸地管線X100級別以下的；在自保護藥芯焊絲方面，現有的自保護藥芯焊絲可用於陸地管線現場焊接，針對陸地X100及以上級別的還有待開發；在氣保護藥芯焊絲方面，現有的氣保護藥芯焊絲主要應用於造船行業，針對管線鋼的氣保護藥芯焊絲還沒有應用過。

研發大應變海底管道焊接用焊接材料、特別是氣保護焊絲已是大勢所趨，刻不容緩。

技術實現要素：

本發明的目的在於為X70、X80大應變鋼管提供配套的氣體保護焊絲及其生產方法。使用按照這種成分設計與製備工藝製作的焊絲，可以在氣保護的條件下焊接，且滿足X70、X80大應變鋼管焊接之如下技術要求：

①力學性能技術要求(參照API 1104標準)：

②操作工藝性能

滿足管道環縫焊接施工要求。

根據以上考慮，本發明採用如下技術方案：X70、X80大應變海底管道焊接用氣保護焊絲：

焊絲包括的各化學成分控制範圍(wt％)，其中，鐵為餘量：

各元素的作用如下：

C(碳)：起強化作用。碳含量的控制範圍，處於碳在鐵素體中的溶解度以下或接近於鐵素體中碳的溶解度。

Mn(錳)、Mo(鉬)、Ni(鎳)、Cr(鉻)：主合金化元素，一方面起強化作用，阻止鐵素體形成，從而通過改變相變溫度，促進超低碳貝氏體(ULCB)組織的形成。

Nb(鈮)、B(硼)、V(釩)、Ti(鈦)等：微合金化元素，作用如下：

(1)B通過向奧氏體晶界偏聚,並在晶界處形成與奧氏體共格的細小硼相，阻礙鐵素體相和碳化物在奧氏體晶界形成。少量的B合金化，因發生貝氏體相變而產生顯著的強化效果。然需要加入一定的Nb或V來保證B的強化效果。

(2)加入Ti的作用是固定鋼中溶解的N(氮)，否則N將與B結合，導致B的作用失效。

(3)Ti(CN)、Nb(CN)、V(CN)用來阻止奧氏體晶粒的長大。

氣保護焊絲的生產方法，也即冶煉工藝過程，包括：

配料→抽真空→充氬氣→通電→全熔→降溫→加矽鐵→加碳→加鈦→加Re(稀土)→停電→澆注，冷卻後得到鋼錠。然後進行鍛、軋及焊絲拉拔：

a.鍛鋼：始鍛溫度1155℃、終鍛溫度905℃，然後空冷。

b.軋鋼：多道次軋制，然後905～995℃退火。最終精拔成直徑符合要求的焊絲。

上述焊絲的焊接工藝：採用脈衝MIG焊接，保護氣體體積比為96～100％Ar+5～0％CO2；電流I：180～280A；電壓U：30V。

本發明所述焊絲達到的技術效果是：

按上述技術生產的焊絲的熔敷金屬力學性能達到技術指標要求(脈衝MIG焊接，保護氣體95％Ar+5％CO2，I：180A；U：19V)，如下表所示。

具體實施方式

實施例：

根據本發明的焊絲的化學成分及製作工藝要求，分別配套X70與X80鋼，各製作2批焊絲。

製作過程如下。

首先使用純鐵洗爐。將純鐵經表面清理去除氧化皮，使用砂輪切割機分割為小塊並稱其質量，以便能夠放入25kg的真空感應爐中。

具體的冶煉工藝過程如下：

配料→抽真空→充氬氣→通電→全熔→降溫→加矽鐵→加碳→加鈦→加Re→停電→澆注，冷卻後得到鋼錠，每塊質量約為20kg。

焊絲拉拔

a.鍛鋼：裝料→加熱→保溫、始鍛溫度1155℃、終鍛溫度905℃，然後空冷。

b.軋鋼：裝料→加熱→保溫、17道次軋制，然後905～995℃退火。最終精拔成Φ1.2mm的焊絲。

焊絲焊接：各批焊絲均採用脈衝MIG焊接，保護氣體為(體積比)96％Ar+5％CO2，焊接工藝參數見表1.

表1實施例焊絲施焊母材與焊接工藝參數(以4個批次的為例)

表2實施例焊絲焊縫金屬化學成分

表3實施例焊絲焊接接頭力學性能

所述的各實施例的氣保護焊絲的焊接工藝，包括：採用脈衝MIG焊接，保護氣體體積比為96～100％Ar+5～0％CO2；I：180～280A；U：30V。

MIG焊接是惰性氣體將焊接部分被覆，促使電弧穩定及防止焊接質量變化，利用電弧熱熔融焊接部分的金屬，並送人焊條使焊縫連接的焊接方法，一般又稱半自動焊、被覆氣體電弧焊或二氧化碳電弧焊等。