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、天然氣等長輸管道根焊焊接，具有單面焊雙面成形的特點，由漢諾威分析儀采集的電參數分析可知，研制的焊條工藝性已達到并且優于進口的焊條。

1. 概述

目前油氣管道主干道用的管線鋼主要是X70及以上級別，技術要求高，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，能夠單面焊雙面成形，焊縫的氣孔等缺陷率較低，沖擊韌性穩定。過去，國內所采用的這類優質焊條主要依靠進口焊條，國內在此技術領域尚屬空白。

本文研制的根焊焊條，主要用于管道打底焊接，能實現良好的單面焊雙面成形，且熔敷金屬擴散氫含量低，氣孔敏感性小，沖擊韌性較好，可替代進口焊條，在石油管道領域有很好的市場推廣前景和較好的經濟效益。

2. 研制過程

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

（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。在熔池高溫區熔渣較稀，能在電弧吹力作用下順利進入焊縫背面，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，實現良好的背面成形。通過多輪工藝性試驗，最終選擇CaO-CaF2-SiO2-TiO2渣系，并調整各組元成分比例，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，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。使液態鐵液可被電弧吹力吹向成形焊道的一側，使之凝固，保證焊縫背面成形。研究發現，較高的大理石含量可以保證合適的藥皮套筒長度，但超過50%后套筒過長，焊接過程中易出現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散氫含量。

表1 焊條藥皮組成（質量分數） （%）

表2 熔敷金屬化學成分（質量分數） （%）

3. 試驗結果

（1）渣系 根據以上分析，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散氫含量低至3.02mL/100g，具有較好的抗裂性。

（2）熔敷金屬化學成分和力學性能 按要求進行制樣，SR50D和進口品牌焊條熔敷金屬化學成分（見表2）、力學性能

如表3所示。由此可看出，研制的SR50D與進口焊條的熔敷金屬化學成分基本一致，力學性能相當。

表3 熔敷金屬力學性能

（3）焊條工藝性評定 該焊條經中石油天然氣管道局高級技師評價，焊接工藝性較好、電弧穩定、飛濺較小，且背面成形較好，與進口焊條工藝性基本相當。在陜西西宇無損檢測有限公司進行工藝評定，用SR50D焊條打底，SRTX70自保護藥芯焊絲填充、蓋面，母材為L415M、φ355.6mm×8mm。四組拉伸試驗斷裂部位均為熱影響區韌性斷裂，四組刻槽錘斷試驗結果均為錘斷面上無缺陷。表明SR50D焊條與SRTX70自保護藥芯焊絲配合，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，與母材潤濕性較好。脫渣性好，沒有夾渣等缺陷。

用漢諾威分析儀采集焊接過程中的電參數，圖2為兩種焊條1s內電壓、電流波形。由波形可看出，SR50D比j進口焊條短路頻次高，1s內有7次短路過渡，短路時間間隔穩定且較短。短路過渡時間較短，說明短路過渡時熔滴顆粒較小，飛濺相對較小，電弧更加穩定。

圖3為漢諾威分析儀生成的兩種焊條短路時間頻次分布。兩種焊條短路概率分布整體上比較集中，基本都在5ms以內。進口焊條有少量＞6ms的短路，SR50D沒有＞6ms的長時間短路。SR50D、進口焊條的平均短路時間分別為1.51ms和1.87ms。SR50D焊條平均短路時間短，說明SR50D焊條熔滴比進口焊條更細小，與電壓、電流波形結果一致。

圖1 SR50D根焊背面成形

圖2

圖3 焊條短路時間頻次分布

4. 結語

研制的SR50D根焊焊條具有良好的全位置焊接工藝性，電弧穩定，飛濺較小，可實現較好的單面焊雙面成形，達到國際先進水平。不僅擴散氫含量低，力學性能較好，而且與SRTX70自保護藥芯焊絲配合進行管道焊接，可獲得較好的性能。

此外，由漢諾威分析儀采集的電參數分析可知，研制的焊條可代替進口焊條。

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

[2]張子榮，李昇鶴.電焊條[M].北京：機械工業出版社，1998.

聶建航等，洛陽雙瑞特種合金材料有限公司。