[发明专利]一种低氢型下向焊条的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于焊接材料技术领域，特别涉及到一种低氢型下向焊条制备方法。

背景技术：

随着我国近些年石油、天然气管线建设的发展，下向焊接技术得到迅速地推广和应用，尤其在管道或压力容器环形焊缝焊接中，下向焊接如图1所示比较上向焊接如图2所示，其提高效率30％以上，焊条消耗减少30％～50％。然而下向焊接工艺对焊条本身的全位置焊接操作性提出了很高的要求：在平、立、仰等焊接位置要始终保持熔池清晰，不淌熔渣；焊接电弧要有适当的电弧吹力以帮助焊缝成型。

大直径、高强度、大壁厚管道或容器的焊接，对焊缝金属的低温韧性、抗裂性能也提出了较高要求，这些条件下的焊接使用较多的是低氢型焊条，但传统的低氢型焊条由于焊条熔渣的特点，只能采用上向焊接方法焊接，用于下向焊接时熔渣下淌，难以施焊。

发明内容：

为解决上述所存在问题，本发明提出了一种低氢型下向焊条制备方法，使得焊缝成型良好，焊缝金属抗拉强度≥550MPa，-20℃低温冲击功大于100J，气相色谱法测得其扩散氢含量低于5ml/100g，达到国际超低氢焊材指标要求。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

所述的低氢型下向焊条制备方法，其焊芯采用H08E钢丝，外层包敷药皮，药皮重量占焊条重量的35～50％；

a、其焊条药皮组成及其重量百分比：

CaCO₃ 25～38％，TiO₂ 10～20％，CaF₂ 12～20％，SiO₂ 5～10％，Al₂O₃ 3～6％；

b、其焊条药皮组成中还加入铁合金8～15％，纯金属粉末10～18％。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下积极效果：

本发明中，CaCO₃是药皮的一种主要成分，有着增大电弧吹力、调节熔渣物化特性的作用，CaCO₃的加入量25～38％；CaCO₃少于25％时，电弧吹力不够，易造成淌渣现象，不利于下向焊操作；加入量超过38％时，电弧吹力太大，电弧稳定性不好，焊接飞溅急剧增加，焊缝成型变差。

本发明中，TiO₂有助于改善焊条的电弧稳定性，可以减少焊接飞溅，有利于脱渣性，TiO₂以金红石形式加入，其加入量为10～20％；当加入量超过20％时，焊缝含氧量提高，降低了低温韧性；加入量低于10％时，焊接工艺性较差，特别是立向下焊时，焊缝成型不佳。

本发明中，CaF₂是药皮成分中脱氢物质，在电弧气氛条件下，CaF₂与SiO₂和TiO₂等反应生成SiF₄和TiF₄气体，可有效地降低电弧区内氢的分压，达到除氢的效果；除了脱氢作用以外，还可调节焊接熔渣的粘度，并帮助提高熔渣的覆盖能力，CaF₂加入量为12～20％；当加入量少于12％时，焊条的脱氢作用下降；加入量超过20％时，造成药皮熔点过低，熔渣粘度降低，焊条套简过短，吹力减小，向下立焊过程中易出现淌渣，托不住铁水的现象。

本发明中，SiO₂具有细化熔滴、降低飞溅、改善工艺性能的作用，SiO₂的加入量在5～10％；SiO₂少于5％时，对工艺性能的改善作用不明显；加入量超过10％时，脱渣性变差，同时降低焊缝的韧性。

本发明中，Al₂O₃熔点较高，在焊条药皮中有调整熔渣熔点的作用，与其他成分的配合使熔渣具有适宜的凝固温度，在下向焊操作中熔渣迅速凝固不下淌，Al₂O₃的加入量在3～6％；少于3％时调整熔渣的作用不明显；加入量超过6％时，容易出现气孔或焊道压坑等缺陷。

本发明中，为了保证焊丝熔敷金属的力学性能，特别是强度和低温韧性，本发明还在焊条药皮中加入各种铁合金，如钛铁、硅铁和钼铁，主要用作焊缝的脱氧剂和合金剂，其加入量在8～15％。

本发明中，焊条药皮中还加入了纯金属粉末10～18％，它们主要是金属铁粉、金属镍和金属锰，金属铁粉的加入是为了提高下向焊的熔敷效率，金属镍和金属锰的作为合金剂加入，是为了调整焊缝金属的合金成分。

本发明的低氢型焊条其力学性能见下表：