[发明专利]一种用于FCB大线能量埋弧焊的焊丝/焊剂制备及应用

说明书

本发明属于埋弧焊技术领域，提供了一种用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝及其制备、焊剂及其制备、焊接材料及其应用。本发明在焊丝中加入Cu、Ni、Cr和Mo耐蚀元素的基础上，并控制焊丝中P＜0.005％、S＜0.002％，使得焊丝具有优良的耐海水/硫化氢腐蚀能力；同时在大焊速下具有良好的送丝稳定性，适用于50～200kJ/cm大线能量FCB法埋弧焊，生产效率大幅提高。本发明在焊剂中添加含有镧、铈、钇和钛的形核剂，抑制大线能量焊接条件下的晶粒粗化，使焊缝形成相互交织咬合的针状铁素体联锁组织，在细化晶粒提高焊缝金属强韧性和抗裂性的同时，有效控制夹杂物的形状与尺寸，从而兼顾了焊缝的耐蚀性。

技术领域

本发明涉及埋弧焊技术领域，尤其涉及一种用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝及其制备、焊剂及其制备、焊接材料及其应用。

背景技术

随着国民经济的高速发展，我国对石油进口的需求不断增加，石油进口主要依靠油船运输，油船的货油舱内壁在海水、富硫化氢潮湿气氛的多重腐蚀条件下服役，对货油舱钢板和焊接接头的耐蚀性要求较高。为提高油船使用寿命，降低货油舱的维护难度和涂装成本，近年来，船用耐蚀钢及配套焊接材料在油船建造中得到了广泛使用。随着石油运输需求的快速增长，油船逐渐向大型化趋势发展，货油舱耐蚀钢壁厚尺寸也随之增大。目前，国内各船企在油船焊接生产过程中，为了同时保证焊接接头的机械性能和耐蚀性能，通常只采用小热输入(40KJ/cm)的焊接方式，导致生产效率降低，生产成本增加，无法满足现代经济发展的需求。

中国专利CN200910272211.X公开了一种耐海水腐蚀埋弧焊丝，具有耐腐蚀、强度高、韧性好、抗焊接冷裂能力强等特点，其抗拉强度大于600MPa，-40℃的低温冲击性能Akv≥65J，但其发明的埋弧焊丝未涉及硫化氢腐蚀条件下的应用情况。同时，该专利中的焊接热输入范围仅为10～22kJ/cm。

中国专利CN201510271104.0公开了一种耐蚀钢焊接专用埋弧焊丝，其抗拉强度大于500MPa，熔敷金属低温冲击值KV2(-40℃)大于90J，与耐蚀钢板匹配良好，最适合与焊剂SJ105G配合使用，满足耐蚀钢板耐腐蚀要求，但其发明的埋弧焊丝未涉及大线能量条件下的焊接工艺及应用。

采用FCB法(焊剂铜衬垫法，Flux Copper Backing，简称FCB)大线能量埋弧焊工艺进行拼板对接焊接，可大大提高焊接效率，缩短生产周期。FCB法是指在板状铜板上均匀铺设4～6mm厚的衬垫焊剂，用充气软管顶压装置将其与钢板背面紧密贴合，再在坡口正面堆覆表面焊剂，并由正面焊接，同时形成背面焊缝的单面埋弧焊接法。这种焊接方法不需要双面焊中对打底焊道的反面碳弧清根，不需要翻转拼板，可采用双丝或多丝焊接，从而大大提高了焊接效率。由于在焊剂层下面有铜板存在，故背面焊道的高度能够均一控制，因此对坡口精度和焊接条件变化较不敏感。

FCB法大线能量埋弧焊的热输入较高，一般大于50kJ/cm，会导致焊缝金属的晶粒严重粗化，对焊接接头的强度和塑韧性造成极为不良的影响。通过氧化物冶金，即通过加入氧化物颗粒，利用氧化物夹杂作为形核核心，从而抑制大线能量下的焊缝晶粒长大，提高焊缝的强度和韧性，但此种方法中的氧化物夹杂会导致焊缝耐蚀性下降。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝及其制备、焊剂及其制备、焊接材料及其应用。利用本发明提供的焊丝和焊剂使得焊缝兼具优异的耐蚀性和韧性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种用于FCB法大线能量埋弧焊的焊丝，包括以下重量百分含量的元素：C≤0.1％，Mn 1.0～1.7％，Si≤0.5％，Ni 0.3～1.0％，Cr 0.03～0.1％，Mo 0.05～0.15％，Cu 0.1～0.2％，Ti 0.02～0.1％，稀土元素0.02～0.1％，P＜0.005％，S＜0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。

优选地，所述稀土元素包括镧、铈和钇中的一种或多种。