[發明專利]適合超低熱輸入自動焊接的超低碳氣體保護焊絲及其制造方法

在審

• 申請號: 201811133792.4
• 申請日: 2018-09-27
• 公開（公告）號: CN110948136A
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 劉碩;曹能;錢偉方
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;B23K35/40
• 代理公司: 上海東信專利商標事務所(普通合伙) 31228
• 代理人: 楊丹莉;李丹

本發明公開了一種適合超低熱輸入自動焊接的超低碳氣體保護焊絲，其化學元素質量百分比為：C：0.01～0.05％；Si：0.4～1.0％；Mn：0.4～1.0％；Cr：0.5～1.2％；Mo：0.3～0.8％；Al：0.04～0.1％；余量為Fe以及其他不可避免的雜質元素。此外，本發明還公開了一種上述的超低碳氣體保護焊絲的制造方法，其包括步驟：將原料進行真空電爐冶煉，將凝固后的鋼錠進行軋制、拉拔和層繞，以得到所述超低碳氣體保護焊絲。該超低碳氣體保護焊絲采用超低碳含量設計，并控制錳含量及其引起的固溶強化，同時適量添加合金元素以縮小奧氏體區的鐵素體形成，最終提高了整個焊接接頭韌性。

技術領域

本發明涉及一種焊絲及其制造方法，尤其涉及一種氣體保護焊絲及其制造方法。

背景技術

熔化極氣體保護自動焊接效率高、焊接質量穩定可靠、操作簡便，綜合成本低，在各個工業領域得到非常廣泛的應用。尤其是在石油天然氣長輸管線建設中，環縫焊接是施工的關鍵環節，熔化極氣體保護焊接的優點顯得更加明顯，并因此成為管道現場施工焊接的主流方法。由于焊縫金屬屬于典型的非平衡快速凝固柱狀晶組織，不能如管體母材那樣通過軋制形變提高性能，只能通過化學成分的調整保證性能，所以，與之相匹配的氣體保護焊絲成分體系在很大程度上決定了焊接接頭質量與性能。

從焊接工藝角度來講，一般的實芯焊絲熔化極氣體保護自動焊接熱輸入范圍為0.5～1.5kJ/mm，而0.25kJ/mm的超低熱輸入屬于極端苛刻的焊接工藝條件，必將造成焊縫金屬加速冷卻以及嚴重的非平衡固態相變，從而對焊縫金屬組織產生非常不利的影響，并造成其綜合性能指標特別是韌性的下降。焊縫金屬組織與性能的惡化同時將導致近鄰的熔合區性能下降，這將影響到鋼管可焊性優劣的客觀判斷，甚至會由此造成重大的經濟損失。

然而，現有的氣體保護焊絲都是基于常用的熔化極氣體保護焊接工藝或大熱輸入焊接，焊接熱輸入基本不低于0.5kJ/mm，焊縫金屬焊后冷卻速度適中，在現有的氣體保護焊絲的化學成分體系范圍內不會造成焊縫金屬組織異常或因此導致嚴重脆化。然而，如果將現有的化學成分體系的氣體保護焊絲應用在不超過0.25kJ/mm的超低熱輸入氣體保護焊接，則會使焊縫金屬出現條狀馬氏體和高碳不均勻分布的M-A組元，從而使焊縫金屬嚴重脆化，沖擊功和CTOD斷裂韌性劇烈下降。由此可以看出，現有的氣體保護焊絲不能滿足不超過0.25kJ/mm超低熱輸入氣體保護焊接要求。

例如，針對API 5L X70M管線鋼管，采用低合金鋼常用AWS A 5.18 ER70S-G氣體保護實芯焊絲進行0.25kJ/mm超低熱輸入自動焊接，由于焊后快速冷卻，焊縫金屬出現了不均勻分布的條狀馬氏體以及大量團簇狀M-A組元，這導致其韌性嚴重下降，-10℃條件下沖擊功單值甚至低于35J，CTOD斷裂韌性值普遍低于0.1mm，個別低于0.05mm。

基于此，期望獲得一種適用于超低熱輸入自動焊接的氣體保護焊絲，其可以通過化學成分體系的優化，限制在非平衡快速冷卻過程中高碳條狀馬氏體的生成并減少團簇狀M-A組元的數量，從而提高焊縫金屬韌性。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種適合超低熱輸入自動焊接的超低碳氣體保護焊絲，該超低碳氣體保護焊絲采用超低碳含量設計，并控制錳含量及其引起的固溶強化，同時適量添加合金元素(例如硅、鉻、鉬以及鋁)，以達到縮小甚至于封閉奧氏體區，從而減少或消除冷卻過程中由于碳在奧氏體和鐵素體中溶解度的劇烈變化在原奧氏體內形成M-A組元島。此外，該超低碳氣體保護焊絲采用低含量的碳以及錳元素，降低了焊縫淬硬傾向，減少焊縫金屬固態相變后的馬氏體組織，最終提高了整個焊接接頭韌性。

為了實現上述目的，本發明提出了一種適合超低熱輸入自動焊接的超低碳氣體保護焊絲，其化學元素質量百分比為：

C：0.01～0.05％；

Si：0.4～1.0％；

Mn：0.4～1.0％；