專利名稱：含有氣體保護(hù)的耐熱鋼用焊劑的復(fù)合焊條的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐熱鋼用鋼材焊接的含有氣體保護(hù)焊劑的復(fù)合焊條。更詳細(xì)地說(shuō)，本發(fā)明涉及不僅得到低溫沖擊韌性良好的焊接金屬，而且涉及良好焊接作業(yè)性的、可多層焊接的用于耐熱鋼材焊接的含有氣體保護(hù)的耐熱鋼用焊劑的復(fù)合焊條。
背景技術(shù)：
以往的含有金紅石系焊劑的焊條，因含有Cr，Mo，Al，C，Si，S，P，B，Nb等金屬，引起硬化和焊接時(shí)夾渣形成造成的大量裂紋。具體來(lái)說(shuō)，以往的金紅石系焊劑的焊條，為夾渣的形成，添加了大量的夾渣形成劑，該夾渣形成劑部分地轉(zhuǎn)移到焊接金屬中而導(dǎo)致焊接時(shí)裂紋。
因此，為去除夾渣形成劑，采用取消預(yù)熱和焊接加熱的施工方法，但沒(méi)有解決根本問(wèn)題。
而且，以往的金紅石系焊劑的焊條，因?yàn)橹挥糜诟邷丨h(huán)境，不要求其低溫沖擊韌性，而現(xiàn)在，結(jié)構(gòu)物的龐大和高溫高壓環(huán)境產(chǎn)生的回火脆化焊接金屬使其低溫韌性下降，這些問(wèn)題嚴(yán)重限制了其使用。
因此，為改善金紅石系焊劑的焊條的缺點(diǎn)，即低溫沖擊韌性特性，提高焊接效率和最大生產(chǎn)能力，迫切需要開(kāi)發(fā)含焊劑的復(fù)合焊條。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明為解決上述以往技術(shù)的問(wèn)題而提出，即提供不僅防止焊接時(shí)裂紋的發(fā)生，而且得到焊接作業(yè)性和生產(chǎn)性良好，低溫沖擊韌性良好的焊接金屬， 由此提供用于耐熱鋼材焊接的含有氣體保護(hù)焊劑的復(fù)合焊條。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供耐熱鋼用含有氣體保護(hù)焊劑的復(fù)合焊條，其特征在于相對(duì)于焊條，各組分含量重量％為，由C0.01～0.15％，Mn0.5～1.5％，Si0.3～1.0％，Cr1.0～5.0％，Mo0.4～1.5％，Ti0.01～0.1％，F(xiàn)e10～20％，N0.004～0.02％構(gòu)成的金屬粉末；從K2O、Na2O、Li2CO3和TiO2中選擇兩種以上成分的電弧穩(wěn)定劑，其合計(jì)含量為0.05～0.2％；F0.05～0.30％，以及其它不可避免的雜質(zhì)等組成的焊劑被充填，并且相對(duì)于上述充填焊劑的總重量，控制上述金屬粉末的含量合計(jì)為95～98％。
首先，本發(fā)明的含有耐熱鋼用焊劑的復(fù)合焊條，其特征在于為抑制焊接時(shí)裂紋的發(fā)生并確保完整的金屬焊接，最好適當(dāng)控制充填在金屬外皮內(nèi)的焊劑成分中的金屬粉末，由此可防止焊接金屬的擴(kuò)散性氫氣量的增加。
而且，本發(fā)明的特征在于，為在-20℃確保40J以上的沖擊韌性，控制形成氮化物的氮含量。
下面首先說(shuō)明構(gòu)成本發(fā)明焊條的焊劑組成成分，即金屬粉末。
C是焊接后熱處理時(shí)形成碳化物，提供強(qiáng)度和拉伸性的元素。但當(dāng)其含量低于0.01％時(shí)，拉伸強(qiáng)度降低，高溫下很難維持機(jī)械性質(zhì)，沖擊韌性劇減；而當(dāng)其含量超過(guò)0.15％時(shí)，拉伸強(qiáng)度劇增，有發(fā)生裂紋的可能，拉伸率也下降。因此，本發(fā)明優(yōu)選控制C含量為0.01～0.15％。
Mn在本發(fā)明中優(yōu)選控制其含量為0.5～1.5％。當(dāng)其含量低于0.5％時(shí)，因脫氧不足產(chǎn)生沖擊韌性的降低，或很難確保所需的強(qiáng)度，而當(dāng)其含量超過(guò)1.5％時(shí)，可能有因熱處理的裂紋。
Si在本發(fā)明中優(yōu)選控制其含量為0.3～1.0％。當(dāng)其含量低于0.3％時(shí)，因脫氧不足產(chǎn)生缺陷且強(qiáng)度下降，很難確保高溫強(qiáng)度。另外，當(dāng)其含量超過(guò)1.0％時(shí)，產(chǎn)生回火脆化，沖擊韌性降低，焊接時(shí)發(fā)生裂紋。
Cr是在高溫下穩(wěn)定性良好，蠕變強(qiáng)度高，熱處理時(shí)與C結(jié)合，形成碳化物，提高強(qiáng)度，而且提高耐氧化性的有效元素，優(yōu)選控制其含量為1.0～5.0％。當(dāng)其含量低于1.0％時(shí)，得不到所期望的效果；當(dāng)其含量超過(guò)5.0％時(shí)，發(fā)生焊接裂紋。
Mo是具有類似于上述Cr的特性，高溫穩(wěn)定性良好，特別是少量可提高高溫蠕變強(qiáng)度，提高拉伸強(qiáng)度的有效元素。并且，熱處理時(shí)與C結(jié)合，形成碳化物，提高強(qiáng)度。本發(fā)明中優(yōu)選控制其含量為0.4～1.5％。當(dāng)其含量低于0.4％時(shí)，得不到所期望的效果；當(dāng)其含量超過(guò)1.5％時(shí)，發(fā)生焊接裂紋和沖擊韌性降低。
Ti是作為脫氧劑使用，提高沖擊韌性和強(qiáng)度的有效元素。當(dāng)其添加量低于0.01％時(shí)，得不到所期望效果；當(dāng)其添加量超過(guò)0.1％時(shí)，不僅焊接電弧不穩(wěn)定而增大濺射發(fā)生量，而且?jiàn)A渣量劇增。為此，本發(fā)明中優(yōu)選控制Ti含量為0.01～0.1％。
Fe是增加焊接效率和提高電弧穩(wěn)定性的成分，本發(fā)明中優(yōu)選控制其含量為10～20％。因?yàn)?，?dāng)其含量低于10％時(shí)，不僅焊接效率降低，而且產(chǎn)生夾渣量增加和剝離性惡劣，從而影響焊道外觀，而當(dāng)其含量超過(guò)20％時(shí)，F(xiàn)e以外的金屬粉末和電弧穩(wěn)定劑的量相對(duì)減少，引起電弧不穩(wěn)定的不良焊接作業(yè)，發(fā)生焊接金屬的缺陷可能性增加，而且拉伸強(qiáng)度急劇減小。
另外，上述組成體系中，通過(guò)控制焊接金屬的氧含量在1000ppm以下，從而提高耐熱鋼焊接材料的沖擊韌性，確保-20℃的低溫韌性。
因此，本發(fā)明的特征在于，為在-20℃確保40J以上的沖擊韌性，以控制氮含量形成氮化物，之后，提高熱處理時(shí)焊接金屬的沖擊韌性。
具體來(lái)講，因?yàn)榈跓崽幚頃r(shí)引起回火脆化，適當(dāng)控制其量非常重要。即，適當(dāng)?shù)牡吭诤附雍鬅崽幚頃r(shí)，與Cr，Ti等結(jié)合，形成氮化物，微細(xì)化組織，提高沖擊韌性。
本發(fā)明中優(yōu)選控制氮含量為0.004～0.02％。因?yàn)?，?dāng)其含量低于0.004％時(shí)，不形成適當(dāng)量的氮化物，無(wú)法確保良好的沖擊韌性；而當(dāng)其含量超過(guò)0.02％時(shí)，產(chǎn)生焊接金屬的裂紋，并且產(chǎn)生由氮引起的氣孔缺陷，產(chǎn)生拉伸強(qiáng)度的劇增和拉伸率的劇減。
另外，本發(fā)明中，要求相對(duì)于焊劑重量，控制上述金屬粉末總含量在95～98％。因?yàn)?，?dāng)其總含量低于95％時(shí)，過(guò)度形成夾渣，焊道外觀粗糙；而當(dāng)其總含量超過(guò)98％時(shí)，因?yàn)R射發(fā)生過(guò)度，不僅焊道外觀粗糙，而且產(chǎn)生缺陷的可能性非常大。
組成本發(fā)明焊條的焊劑也含有K2O、Na2O、Li2CO3、TiO2等電弧穩(wěn)定劑。最好是從K2O、Na2O、Li2CO3、TiO2組成的電弧穩(wěn)定劑中選擇兩種以上的成分，總量限制在0.05～0.2％范圍內(nèi)。因?yàn)?，?dāng)其總量低于0.05％時(shí)，電弧穩(wěn)定性低，濺射發(fā)生量過(guò)度；而當(dāng)其總量超過(guò)0.2％時(shí)，夾渣發(fā)生量過(guò)多，引起不良的剝離，焊道外觀粗糙。
本發(fā)明的焊條還含有F。
氟(F)是保護(hù)焊接金屬不受來(lái)自大氣的氮和氧的影響，提高焊接金屬的耐缺陷性的元素。但當(dāng)其含量低于0.05％時(shí)，得不到上述效果；而當(dāng)其含量超過(guò)0.03％時(shí)，電弧不穩(wěn)定，夾渣發(fā)生量過(guò)多，引起不良剝離，焊道外觀粗糙。
另外，含有所有上述組分的本發(fā)明的焊劑，優(yōu)選其含量相對(duì)焊條總重量為15～25％。因?yàn)楫?dāng)其量低于15％時(shí)，達(dá)不到本發(fā)明的目的；而當(dāng)其量超過(guò)25％時(shí)，形成過(guò)多的夾渣，焊接焊道粗糙。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施例中使用的焊接母材形狀的概略圖。
具體實(shí)施例方式
另外，用上述含焊劑的焊條，以同圖1形狀，在約150℃預(yù)熱的焊接母材(ASTM A387 Gr.11)上焊接，其具體焊接條件如下面表3。然后，得到的焊接金屬，以160℃/小時(shí)的速度加熱，在620℃保持約60分鐘后，以60℃/小時(shí)的冷卻速度，冷卻至300℃，之后實(shí)施空冷。
為評(píng)價(jià)由此得到的焊接金屬的機(jī)械性質(zhì)，分別采取焊接金屬的試驗(yàn)片，對(duì)其實(shí)施拉伸試驗(yàn)和查拜式?jīng)_擊試驗(yàn)，其結(jié)果如下面表4。
另外，對(duì)其焊接時(shí)電弧性、焊道外觀、濺射性和夾渣剝離性等焊接作業(yè)性，用肉眼比較，其結(jié)果分良好(◎)、優(yōu)秀(○)、普通(△)和不良(×)，如下面表4。
從上述拉伸實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果，觀察斷面，測(cè)定缺陷發(fā)生程度，其結(jié)果同樣分良好(◎)、優(yōu)秀(○)、普通(△)和不良(×)，如下面表4。


*上述表中電弧穩(wěn)定劑是從K2O、Na2O、Li2CO3、TiO2形成的組中選擇兩種以上成分的合計(jì)含量，M*是相對(duì)于焊劑的總重量的金屬粉末的重量％。




從上述表1和表4中可看出，按照本發(fā)明實(shí)施例(1～8)最適當(dāng)?shù)乜刂坪竸┙M成和焊劑中金屬粉末的總含量時(shí)，得到具有良好機(jī)械性質(zhì)的焊接金屬，而且焊接作業(yè)性和耐缺陷性也良好。
與此相反，F(xiàn)含量不在本發(fā)明范圍的比較例(1～2)，其耐缺陷性和焊接作業(yè)性不好，而電弧穩(wěn)定劑含量不在本發(fā)明范圍的比較例(3～4)，其焊接作業(yè)性不好。
另外，氮含量不在本發(fā)明范圍的比較例(5～6)，其所有沖擊強(qiáng)度不好，在40J以下，而焊劑中金屬粉末總含量不在本發(fā)明范圍的比較例(7～8)，其焊接作業(yè)性不好。
同上所述，本發(fā)明提供以最適當(dāng)?shù)乜刂破浣M成和金屬粉末含量的焊劑充填的含有耐熱鋼用焊劑的復(fù)合焊條，由此可防止焊接時(shí)裂紋發(fā)生和焊接缺陷，而且可提高焊接作業(yè)性，得到低溫沖擊韌性良好的焊接金屬。
權(quán)利要求
1.含有氣體保護(hù)耐熱鋼用焊劑的復(fù)合焊條，其特征在于相對(duì)于焊條，各組分的含量重量％為，由C0.01～0.15％，Mn0.5～1.5％，Si0.3～1.0％，Cr1.0～5.0％，Mo0.4～1.5％，Ti0.01～0.1％，F(xiàn)e10～20％，N0.004～0.02％構(gòu)成的金屬粉末；從K2O、Na2O、Li2CO3，和TiO2中選擇兩種以上成分的電弧穩(wěn)定劑，其合計(jì)含量為0.05～0.2％；F0.05～0.30％，以及其它不可避免的雜質(zhì)等組成的焊劑被充填，并且相對(duì)于上述充填焊劑的總重量，控制上述金屬粉末的含量合計(jì)為95～98％。
全文摘要
提供含有氣體保護(hù)的耐熱鋼用焊劑的復(fù)合焊條。本發(fā)明的耐熱鋼用含有氣體保護(hù)的焊劑的復(fù)合焊條,其特征在于相對(duì)于焊條,各組分的含量重量%為,由C:0.01～0.15%,Mn:0.5～1.5%,Si:0.3～1.0%,Cr:1.0～5.0%,Mo:0.4～1.5%,Ti:0.01～0.1%,Fe:10～20%,N:0.004～0.02%構(gòu)成的金屬粉末;從K
文檔編號(hào)B23K35/24GK1336264SQ01123730
公開(kāi)日2002年2月20日 申請(qǐng)日期2001年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月28日
發(fā)明者金周晳 申請(qǐng)人:現(xiàn)代綜合金屬株式會(huì)社