[发明专利]一种大线能量焊接低合金钢用高韧性气体保护焊丝

说明书

技术领域

本发明属于气体保护焊丝技术领域。具体涉及一种大线能量焊接低合金钢用高韧性气体保护焊丝。

背景技术

近三十年来，为了提高大型工程结构的焊接效率，保证其使用的安全可靠性，焊接效率高的单面埋弧焊、气电焊、电渣焊等大线能量焊接技术相继被采用，这给传统的低合金高强度钢带来了新的问题，即焊缝与焊接粗晶热影响区(HAZ)的强度和韧性变差，且易产生焊接冷裂纹等缺陷。因此，焊缝与HAZ韧性的改善成为低合金高强度钢大线能量焊接研究和开发的热点和重点。

大线能量焊接条件下低合金高强度钢(抗拉强度为600～9000MPa)的组织转变行为与控制必须充分综合考虑母材及其焊接热影响区组织的形成过程及其控制方法。因为大焊接热输入条件下的焊缝与焊接热影响区组织的粗化、软化以及由此而造成的焊缝与焊接热影响区的脆化和接头强度的降低是低合金高强度钢焊接中的主要问题。

为此，国内外对低合金高强度钢的焊缝与焊接热影响区组织性能特征、奥氏体晶粒长大动力学等方面进行了大量的研究与探索，研究和设计出新的大线能量焊接条件下的焊接材料与焊接方法。如“低合金超高强度钢用高韧性埋弧焊丝”(CN1919524)专利技术含有Ni、Mo和Cu；“低合金高强钢用高韧性气体保护焊丝”(CN1358607)专利技术含有Cr、Cu以及较高Si、Ni；“高等级管线钢用埋弧焊焊丝材料”(CN1623719)专利技术含有稀土Ce及较高的Ni、Mo和Cu；“气体保护弧焊用实芯焊丝”(CN1843683)专利技术含有较高Si、Mo和Cu；“用于气体保护电弧焊的实芯焊丝”(CN1880007)专利技术含有La和Se以及较高的Si。存在如下问题：

1、焊接材料中Si含量较高，因较高含量的Si会促进M/A的形成，降低焊缝与焊接热影响区(HAZ)的韧性；

2、焊接材料中含有较高的昂贵金属Ni、Cr、Mo、Cu等贵重合金元素中的一种或者一种以上，使产品的成本提高；

3、焊接材料中含有稀土元素，稀土元素为非常活泼的元素，不容易控制，而且容易污染焊缝金属，不利于焊接接头质量的提高。

4、焊接材料适应的焊接热输入或者叫焊接线能量较低。

发明内容

本发明旨在克服上述技术缺陷，目的是提供一种化学成分简单、成本低廉、适应于100-800kJ/cm的大线能量焊接工艺要求的低合金钢用高韧性气体保护焊丝；用该焊接材料进行焊接的焊缝金属抗拉强度高和韧性好。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该焊丝的化学成分及其含量是：C为0.02～0.12wt％，Mn为1.00～2.50wt％，Si为0.05～0.50wt％，Ti为0.03～0.30wt％，B为0.001～0.004wt％，Cr≤0.5wt％，Mo≤0.5wt％，S≤0.025wt％，P≤0.025wt％，Ca、Mg、Ba中的两种或三种为0.03～0.3wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。

按上述成分，采用转炉或者电弧炉将铁水、或废钢、或铁水与废钢经炼钢后进行精炼和调整钢水成分，再浇铸程成方坯，然后按常规工艺热轧成盘条，冷拔成焊丝。

由于采用上述技术方案，本发明一是在气体保护焊接条件下，使焊缝中有较多的氧与微合金元素Ti、Ca、Mg、Ba作用形成Ti、Ca、Mg、Ba的氧化物或者它们的复合氧化物质点，有利于焊缝中针状铁素体的形成，同时又可以作为奥氏体的钉扎质点阻止奥氏体晶粒的长大，可以形成更加细小的质点，同时又可以与硫等杂质进行作用，有利于净化焊缝金属。提高了焊缝金属的强度与韧性，尤其是韧性。

二是适当提高Mn和少量的Cr含量以提高焊缝的淬透性，及添加微量的B既可以提高淬透性又有利于形成针状铁素体。另由于不含有稀土元素，有利于稳定和提高焊接接头的质量。

本发明具有化学成分简单、成本低廉的特点。该焊丝采用气体保护焊接时，焊缝金属的抗拉强度为650～920MPa，-40℃冲击功A_kV≥50J，适合于600～900MPa级低合金高强钢的气体保护电弧焊。这种实芯焊丝能实现熔滴稳定过渡并得到具有低的热裂纹敏感性和优异韧性的焊接接头。利用本发明的焊接材料进行焊接，焊缝韧性好、抗拉强度高，适合作为低合金高强度钢在100-800kJ/cm的大线能量焊接条件下的气体保护焊丝。

本发明适用于原油储罐、建筑、船舶军舰等大型结构、设备、设施等低合金钢的焊接。尤其适用于大型货柜船板和LPG船体等低合金高强度的大线能量焊接造船用厚钢板。

具体实施方式