SR50D根焊焊條的研制

聶建航 亢天佑 王青云 張文軍

SR50D根焊焊條的研制

聶建航 亢天佑 王青云 張文軍

研制了一種根焊焊條SR50D（E5016）。該焊條主要用于石油、天然氣等長(zhǎng)輸管道根焊焊接，具有單面焊雙面成形的特點(diǎn)，由漢諾威分析儀采集的電參數(shù)分析可知，研制的焊條工藝性已達(dá)到并且優(yōu)于進(jìn)口的焊條。

1. 概述

目前油氣管道主干道用的管線鋼主要是X70及以上級(jí)別，技術(shù)要求高，與之相配套的焊材要求也較高。在管道根焊方面，要求全位置焊接時(shí)，能夠單面焊雙面成形，焊縫的氣孔等缺陷率較低，沖擊韌性穩(wěn)定。過(guò)去，國(guó)內(nèi)所采用的這類優(yōu)質(zhì)焊條主要依靠進(jìn)口焊條，國(guó)內(nèi)在此技術(shù)領(lǐng)域尚屬空白。

本文研制的根焊焊條，主要用于管道打底焊接，能實(shí)現(xiàn)良好的單面焊雙面成形，且熔敷金屬擴(kuò)散氫含量低，氣孔敏感性小，沖擊韌性較好，可替代進(jìn)口焊條，在石油管道領(lǐng)域有很好的市場(chǎng)推廣前景和較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2. 研制過(guò)程

根焊焊條的難點(diǎn)在于單面焊雙面成形的工藝性能，為滿足這一特性，在研制根焊焊條時(shí)需注意以下特點(diǎn)。

（1）短渣性 為使焊縫能單面焊雙面成形，需要熔渣具有良好的短渣性。在熔池高溫區(qū)熔渣較稀，能在電弧吹力作用下順利進(jìn)入焊縫背面，且溫度降低后熔渣粘度迅速降低，能較快凝固，使鐵液不下淌，實(shí)現(xiàn)良好的背面成形。通過(guò)多輪工藝性試驗(yàn)，最終選擇CaO-CaF2-SiO2-TiO2渣系，并調(diào)整各組元成分比例，可獲得良好的工藝性能。

（2）具有一定的藥皮套筒和電弧挺度 要滿足焊縫背面成形的特點(diǎn)，要求焊條具有一定的藥皮套筒，以提高電弧吹力和電弧挺度。使液態(tài)鐵液可被電弧吹力吹向成形焊道的一側(cè)，使之凝固，保證焊縫背面成形。研究發(fā)現(xiàn)，較高的大理石含量可以保證合適的藥皮套筒長(zhǎng)度，但超過(guò)50%后套筒過(guò)長(zhǎng)，焊接過(guò)程中易出現(xiàn)掉藥皮以及擋熔池等情況。另外，較高的大理石含量還能獲得較低的熔敷金屬擴(kuò)散氫含量。

表1 焊條藥皮組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 熔敷金屬化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

3. 試驗(yàn)結(jié)果

（1）渣系 根據(jù)以上分析，選擇CaO-CaF2-SiO2-TiO2作為主渣系，添加硅鐵、鈦鐵和錳鐵作為脫氧元素，保證所需力學(xué)性能。藥皮各組分合適的配比如表1所示。該渣系可使熔敷金屬擴(kuò)散氫含量低至3.02mL/100g，具有較好的抗裂性。

（2）熔敷金屬化學(xué)成分和力學(xué)性能 按要求進(jìn)行制樣，SR50D和進(jìn)口品牌焊條熔敷金屬化學(xué)成分（見(jiàn)表2）、力學(xué)性能

如表3所示。由此可看出，研制的SR50D與進(jìn)口焊條的熔敷金屬化學(xué)成分基本一致，力學(xué)性能相當(dāng)。

表3 熔敷金屬力學(xué)性能

（3）焊條工藝性評(píng)定 該焊條經(jīng)中石油天然氣管道局高級(jí)技師評(píng)價(jià)，焊接工藝性較好、電弧穩(wěn)定、飛濺較小，且背面成形較好，與進(jìn)口焊條工藝性基本相當(dāng)。在陜西西宇無(wú)損檢測(cè)有限公司進(jìn)行工藝評(píng)定，用SR50D焊條打底，SRTX70自保護(hù)藥芯焊絲填充、蓋面，母材為L(zhǎng)415M、φ355.6mm×8mm。四組拉伸試驗(yàn)斷裂部位均為熱影響區(qū)韌性斷裂，四組刻槽錘斷試驗(yàn)結(jié)果均為錘斷面上無(wú)缺陷。表明SR50D焊條與SRTX70自保護(hù)藥芯焊絲配合，管道焊接性良好。

SR50D根焊背面成形如圖1所示。焊縫背面成形較好，焊道有輕微凸起，與母材潤(rùn)濕性較好。脫渣性好，沒(méi)有夾渣等缺陷。

用漢諾威分析儀采集焊接過(guò)程中的電參數(shù)，圖2為兩種焊條1s內(nèi)電壓、電流波形。由波形可看出，SR50D比j進(jìn)口焊條短路頻次高，1s內(nèi)有7次短路過(guò)渡，短路時(shí)間間隔穩(wěn)定且較短。短路過(guò)渡時(shí)間較短，說(shuō)明短路過(guò)渡時(shí)熔滴顆粒較小，飛濺相對(duì)較小，電弧更加穩(wěn)定。

圖3為漢諾威分析儀生成的兩種焊條短路時(shí)間頻次分布。兩種焊條短路概率分布整體上比較集中，基本都在5ms以內(nèi)。進(jìn)口焊條有少量＞6ms的短路，SR50D沒(méi)有＞6ms的長(zhǎng)時(shí)間短路。SR50D、進(jìn)口焊條的平均短路時(shí)間分別為1.51ms和1.87ms。SR50D焊條平均短路時(shí)間短，說(shuō)明SR50D焊條熔滴比進(jìn)口焊條更細(xì)小，與電壓、電流波形結(jié)果一致。

圖1 SR50D根焊背面成形

圖2

圖3 焊條短路時(shí)間頻次分布

4. 結(jié)語(yǔ)

研制的SR50D根焊焊條具有良好的全位置焊接工藝性，電弧穩(wěn)定，飛濺較小，可實(shí)現(xiàn)較好的單面焊雙面成形，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。不僅擴(kuò)散氫含量低，力學(xué)性能較好，而且與SRTX70自保護(hù)藥芯焊絲配合進(jìn)行管道焊接，可獲得較好的性能。

此外，由漢諾威分析儀采集的電參數(shù)分析可知，研制的焊條可代替進(jìn)口焊條。

[1]薛振奎，等.我國(guó)油氣管道和焊接技術(shù)[J].焊接，2002（11）：11-14.

[2]張子榮，李昇鶴.電焊條[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

聶建航等，洛陽(yáng)雙瑞特種合金材料有限公司。