一种X80低合金高强度管线钢焊接用金属粉芯药芯焊丝

摘要

本发明公开了一种X80低合金高强度管线钢焊接用金属粉芯药芯焊丝，由碳钢钢带和金属粉芯两部分组成，金属粉的配方由低碳锰铁、硅铁、钛铁、镍粉、钼铁、硼铁、镁粉、氟化稀土及余量铁粉组成。本发明的特点为采用Ni-Mo-Ti-B合金体系，用于X80低合金高强度管线钢的根焊、填充及盖面焊接，并且特别推荐用于打底焊，熔化速度快，熔敷效率高，可实现全位置焊接，扩散氢含量极低，KV

说明书

技术领域

本发明属于气保护用药芯焊丝技术领域，尤其涉及×80低合金高强度管 线钢焊接用金属粉芯药芯焊丝。

背景技术

国内外输气管线都趋向于高强度钢级、大口径管道的方向发展。已经建 设完工的西气东输二线工程、中缅输气管线、以及目前正筹建的新粤浙管道 工程等都将采用X80低合金高强度管线钢管。管道焊接施工中，第一层焊 道——根焊道的焊接施工是至关重要的，焊接效率直接影响整个工程进度， 其焊接质量也是管道安全的首要保障。因此，根焊方法和根焊材料的选择决 定整个工程效率和质量的技术关键。

针对长输管道根焊施工的具体情况而进行X80低合金高强度管线钢的 抗裂性研究结果表明，扩散氢含量较高的纤维素型焊条的抗裂性较差，在现 场的复杂恶劣环境施焊过程中易产生焊接冷裂纹。为获得高质量的焊接接 头，因此工艺文件明确提出要求在X80低合金高强度长输管线的环焊接头根 部焊接施工中，不准使用纤维素型焊条电弧焊的工艺。低氢型焊条和实心焊 丝具有较低扩散氢含量可满足要求，但低氢型焊条生产效率低，实心焊丝容 易出现未融合、假熔等缺陷。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种X80低合金高强度管线钢焊接用金属 粉芯药芯焊丝。采用Ni-Mo-Ti-B合金体系，不仅能满足X80低合金高强度 管线钢力学性能，同时具有良好的焊接工艺性能，提高生产效率，避免焊接 缺陷的产生。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种X80低合金高强 度管线钢焊接用金属粉芯药芯焊丝，由碳钢钢带和金属粉芯两部分组成，所 述金属粉芯由如下重量百分比的原料组成，

优选的，低碳锰铁8～15％、硅铁5～9％、钛铁1～3％、镍粉8～12％、 钼铁1～3％、硼铁4～8％、镁粉2～5％、氟化稀土1～4％、余量为铁粉。

优选的，所述金属粉芯由如下重量百分比的原料组成，低碳锰铁8％、 硅铁5％、钛铁1％、镍粉8％、钼铁1％、硼铁4％、镁粉2％、氟化稀土1％、 铁粉70％。

优选的，所述金属粉芯由如下重量百分比的原料组成，低碳锰铁15％、 硅铁9％、钛铁3％、镍粉12％、钼铁3％、硼铁8％、镁粉5％、氟化稀土4％、 铁粉41％。

优选的，所述金属粉芯由如下重量百分比的原料组成，低碳锰铁11.5％、 硅铁7％、钛铁2％、镍粉10％、钼铁2％、硼铁6％、镁粉3.5％、氟化稀土 2.5％、铁粉55.5％。

优选的，所述氟化稀土中TREO≥83％，S≤0.15,C≤0.10，H₂O≤0.25。

本发明的配方分析：

本发明所述焊丝X80低合金高强度管线钢焊接用金属粉芯药芯焊丝，在 焊丝的药粉配方设计时，满足X80低合金高强度管线钢力学性能要求的同 时，还应具有良好的焊接操作工艺性能，尤其在管道根焊时提高焊接效率及 焊接质量。

下面是关于组成本发明中金属粉芯药芯焊丝中药粉作用及其含量范围 的说明。

低碳锰铁为主要脱氧剂，降低熔敷金属的含氧量，并向焊缝中过渡C及 Mn元素，Mn提高焊缝强度的同时，还可提高焊缝的韧性，降低的韧脆转变 温度。Mn/C比直接影响焊缝韧脆转变温度，但Mn含量过高会加剧焊缝的 中心偏析，Mn含量过低容易脱氧不足焊缝表面出现压坑、气孔缺陷，考虑 脱氧效果及工艺性能等因素设定低碳锰铁含量。

硅铁为重要脱氧剂，向焊缝过渡Si元素，保证焊缝有良好的力学性能， 调节铁水流动性，但含量不可控制太高，否则会恶化焊缝金属的纯净度，裂 纹敏感性提高。

钛铁主要作用为脱氧剂，由于B元素极易被氧化和氮化，导致其有益作 用难以发挥，而Ti与O、N均有极高的亲和力，焊丝中添加适量的Ti可以 有效防止B的氧化和氮化，但含量过高会导致电弧稳定性降低。

镍粉是焊缝中重要的合金元素，可以降低焊缝的低温转变温度，提高低 温冲击韧性。

钼铁是焊缝中重要的合金元素，可提高焊缝金属的强度。

硼铁焊缝中微合金化元素，B在奥氏体晶界偏聚可有效抑制先共析铁素 体的形核，增大焊缝金属中针状铁素体的比例，提高焊缝金属的冲击韧性，。

镁粉是强脱氧剂，同时可以降低熔滴的熔点，改善熔滴过渡方式及电弧 稳定性，提高电弧穿透力，含量过高会形成较多熔渣影响焊缝表面质量。

氟化稀土可细化晶粒，改善焊缝组织。

优选的，所述碳钢钢带是厚度0.9mm的SPCC冷轧低硫磷钢带。

优选的，所述金属粉芯的质量占焊丝总质量的12～17％。

本发明还提供了一种使用如上所述的药芯焊丝进行焊接的方法，其特征 在于：焊接条件为保护气体由体积含量为80％的Ar₂和20％的CO₂组成，电 流260A，电压28V。

本发明也提供了一种如上所述的药芯焊丝在X80低合金高强度管线钢 焊接中的应用。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明一种X80低合金高强度管线钢 焊接用金属粉芯药芯焊丝采用Ni-Mo-Ti-B合金体系，用于X80低合金高强 度管线钢的根焊、填充及盖面焊接，并且特别推荐用于打底焊，熔化速度快， 熔敷效率高，可实现全位置焊接，减少焊接缺陷的产生，扩散氢含量极低， KV₂(-45℃)大于100J。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。

一种X80低合金高强度管线钢焊接用金属粉芯药芯焊丝，由碳钢钢带和 金属粉芯两部分组成，使用0.9mm厚度SPCC冷轧低硫磷钢带，采用通用的 药芯焊丝生产工艺制造，所述金属粉芯的质量占焊丝总质量的12～17％。

实施例一

所述金属粉芯中各组分的重量百分比为：低碳锰铁8％、硅铁5％、钛铁 1％、镍粉8％、钼铁1％、硼铁4％、镁粉2％、氟化稀土1％、铁粉70％。

所述金属粉芯的质量占焊丝总质量的12％。

金属粉芯药芯焊丝焊接条件：保护气体为混合气，体积含量为80％的Ar₂和20％的CO₂，电流260A，电压28V。

金属粉芯药芯焊丝熔敷金属成分检测，其重量百分比为：碳0.035％、 锰0.71％、硅0.16％、硫0.007％、磷0.008％、镍0.81％，钼0.065，钛0.017， 硼0.015，余量为铁。

金属粉芯药芯焊丝熔敷金属力学性能：

金属粉芯药芯焊丝熔敷金属扩散氢含量：3.8ml/100g。

实施例二

所述金属粉芯中各组分的重量百分比为：低碳锰铁15％、硅铁9％、钛铁 3％、镍粉12％、钼铁3％、硼铁8％、镁粉5％、氟化稀土4％、铁粉41％。

所述金属粉芯的质量占焊丝总质量的17％。

金属粉芯药芯焊丝焊接条件：保护气体为混合气，体积含量为80％的Ar₂和20％的CO₂，电流260A，电压28V。

金属粉芯药芯焊丝熔敷金属成分检测，其重量百分比为：碳0.058％、锰 1.31％、硅0.34％、硫0.004％、磷0.007％、镍1.05％，钼0.15，钛0.050， 硼0.035，余量为铁。

金属粉芯药芯焊丝熔敷金属力学性能：

金属粉芯药芯焊丝熔敷金属扩散氢含量：3.5ml/100g。

实施例三

所述金属粉芯中各组分的重量百分比为：低碳锰铁11.5％、硅铁7％、钛 铁2％、镍粉10％、钼铁2％、硼铁6％、镁粉3.5％、氟化稀土2.5％、铁粉 55.5％。

所述金属粉芯的质量占焊丝总质量的14.5％。

金属粉芯药芯焊丝焊接条件：保护气体为混合气，体积含量为80％的Ar₂和20％的CO₂，电流260A，电压28V。

金属粉芯药芯焊丝熔敷金属成分检测，其重量百分比为：碳0.045％、锰 1.02％、硅0.25％、硫0.007％、磷0.007％、镍0.87％，钼0.10，钛0.030， 硼0.025，余量为铁。

金属粉芯药芯焊丝熔敷金属力学性能：

金属粉芯药芯焊丝熔敷金属扩散氢含量：3.7ml/100g。

以上对本发明创造的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创 造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明创造 范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。