[發明專利]用于焊接具有高鎳含量的鋼的藥芯焊絲

有效

• 申請號: 201180069891.0
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN103476538A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: C·肖韋;O·都貝;E·穆瓦納加蘭
• 申請（專利權）人: 喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司;法國液體空氣焊接公司
• 主分類號: B23K35/02
• 分類號: B23K35/02;B23K35/30;B23K35/362;B23K35/368;B23K35/38
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 秘鳳華;吳鵬

技術領域

本發明涉及一種用于焊接含鎳的鋼、特別是含9%鎳（重量%）的鋼的藥芯焊絲（flux-cored?wire），并且還涉及使用所述藥芯焊絲的電弧焊接方法和通過使所述藥芯焊絲熔化而獲得的焊接接頭。

背景技術

含9%的鎳的鋼通常稱為“9%鎳鋼”，是具有良好的低溫韌性特性的材料。實際上，該類型的鋼不具有韌性/脆性轉變，這使其能在液氮的溫度、即-196℃使用。

因此其使用領域是液化天然氣（-163℃）的儲存，以及用管道輸送液化天然氣。

更具體而言，這些9%鎳管道的可能應用為：

-LNG或液化天然氣終端的岸上裝載和卸載管線，

-離岸或岸上雙層管道（pipe-in-pipe）管線的內管，用于LNG終端的裝載或卸載，

-雙層管道管線的外管，以及

-用于離岸LNG罐的結構管。

面對全世界不斷增長的能量需求，液化天然氣的使用日益增加，因此在由9%鎳鋼制成的罐和輸送管的建造方面以及對相關焊接的需求方面提出高要求。

目前，9%鎳鋼是用基于鎳的類型的異構耗材、例如合金625或C276焊接的。

然而，該方案由于耗材的高鎳含量而昂貴，并且價格可由于鎳價格的波動而變得非常不穩定。

此外，從技術的角度看，此類型合金的高熱裂紋敏感性使它們的使用非常復雜。

最后，這些合金的抗拉強度不一定超過基材金屬。因此，這樣制造的罐的設計則是基于焊接，這是因為組件的最脆弱區域在焊接部位上，而不是在基材金屬上。這產生超厚度和因此額外的成本。類似地，對于管而言，使它們能夠制造成圓形的膨脹步驟變得不可行，這是因為膨脹步驟將引起焊縫的撕裂。

已執行許多研究以便利用同質填充金屬產生焊縫，主要困難在于為焊接金屬、也就是為這樣獲得的焊接接頭獲得良好的韌性值。

因而，為了在沒有熱處理的情況下使用同質填充金屬獲得良好的焊接金屬韌性值，文獻US-A-4,336,441結合了實芯焊絲，該實芯焊絲使得可以獲得焊接金屬的低氧含量和交流電通入熱焊絲內的TIG法。為了進一步提高韌性值，可執行經由TIG電弧的重熔處理。

此外，文獻US-A-3,902,039和US-A-4,336,441還提出了用于氣焊的實芯焊絲。

然而，這些實芯焊絲引起GMAW焊接（用于使用實芯焊絲和保護氣體進行電弧焊接的氣體金屬電弧焊接）期間的電弧穩定性和應用靈活性的問題。

實際上，與電離元素增加至藥芯焊絲的填料相比，不可能向實芯焊絲增加電離元素導致沒有那么寬的可接受的參數范圍和沒有與使用藥芯焊絲相比那么溫和的熔化操作。

此外，實芯焊絲的低硅含量，即，在這些文獻中局限于以重量計0.15%，引起可能產生密實度缺陷的焊珠潤濕問題。

最后，特別是由于局限于0.15%的硅含量，實芯焊絲所提供的少量脫氧劑無法實現焊池的充分脫氧，從而在焊接金屬中產生對韌性值無益的高氧含量。

此外，文獻EP-A-1900472本身已表明韌性值可由于含9%鎳的基本藥芯焊絲和焊道（pass）的合適分布（也就是說，通過獲得高比例的重結晶區）而提高。然而，在埋弧焊之后不經過熱處理獲得的韌性值盡管足夠但依然較低，即，大約40J，相對于使用異構填充金屬的焊接9%鎳的當前應用中要求的34J，為用戶留下的余地很小。實際上，熔敷金屬（也就是說，接頭）中的氧含量比較高，通常以重量計約為250ppm，這要求非常精確的焊道分布以使重結晶區（annealed?zone）的比例最大化。

這引起焊接操作期間的難度，即，非常嚴格的焊道分布要求非常嚴格的對齊、接頭監視和參數控制，從而使該過程比較無法容忍。

于是，焊接后熱處理成為用于顯著提高韌性值的一個可行但昂貴的替代方案。

此外，文獻EP-A-1900472中使用的焊絲為基本藥芯焊絲，即，含有氟石（即CaF₂）。這種焊絲非常適合該專利中描述的埋弧（SA）焊。焊絲中存在CaF₂會產生渣，也就是焊珠上的氧化物層，這是由于CaF₂中所含的Ca的氧化。

這種渣在TIG焊接、FCAW焊接（藥芯電弧焊接）、混合激光/FCAW電弧焊接和等離子焊接中是有問題的。

實際上，TIG法的一個主要優點在于，TIG填料產品正好不會產生渣。不存在渣避免了每個焊道之間的渣去除，這種去除將不利于生產率并且不會被用戶接受，這是因為它取消了TIG的一個主要優點。