SR50D根焊焊条的研制

2015-11-30聂建航亢天佑王青云张文军

金属加工(热加工) 2015年18期

关键词：工艺性焊条电弧

聂建航亢天佑王青云张文军

SR50D根焊焊条的研制

聂建航亢天佑王青云张文军

研制了一种根焊焊条SR50D（E5016）。该焊条主要用于石油、天然气等长输管道根焊焊接，具有单面焊双面成形的特点，由汉诺威分析仪采集的电参数分析可知，研制的焊条工艺性已达到并且优于进口的焊条。

1. 概述

目前油气管道主干道用的管线钢主要是X70及以上级别，技术要求高，与之相配套的焊材要求也较高。在管道根焊方面，要求全位置焊接时，能够单面焊双面成形，焊缝的气孔等缺陷率较低，冲击韧性稳定。过去，国内所采用的这类优质焊条主要依靠进口焊条，国内在此技术领域尚属空白。

本文研制的根焊焊条，主要用于管道打底焊接，能实现良好的单面焊双面成形，且熔敷金属扩散氢含量低，气孔敏感性小，冲击韧性较好，可替代进口焊条，在石油管道领域有很好的市场推广前景和较好的经济效益。

2. 研制过程

根焊焊条的难点在于单面焊双面成形的工艺性能，为满足这一特性，在研制根焊焊条时需注意以下特点。

（1）短渣性为使焊缝能单面焊双面成形，需要熔渣具有良好的短渣性。在熔池高温区熔渣较稀，能在电弧吹力作用下顺利进入焊缝背面，且温度降低后熔渣粘度迅速降低，能较快凝固，使铁液不下淌，实现良好的背面成形。通过多轮工艺性试验，最终选择CaO-CaF2-SiO2-TiO2渣系，并调整各组元成分比例，可获得良好的工艺性能。

（2）具有一定的药皮套筒和电弧挺度要满足焊缝背面成形的特点，要求焊条具有一定的药皮套筒，以提高电弧吹力和电弧挺度。使液态铁液可被电弧吹力吹向成形焊道的一侧，使之凝固，保证焊缝背面成形。研究发现，较高的大理石含量可以保证合适的药皮套筒长度，但超过50%后套筒过长，焊接过程中易出现掉药皮以及挡熔池等情况。另外，较高的大理石含量还能获得较低的熔敷金属扩散氢含量。

表1 焊条药皮组成（质量分数）（%）

表2 熔敷金属化学成分（质量分数）（%）

3. 试验结果

（1）渣系根据以上分析，选择CaO-CaF2-SiO2-TiO2作为主渣系，添加硅铁、钛铁和锰铁作为脱氧元素，保证所需力学性能。药皮各组分合适的配比如表1所示。该渣系可使熔敷金属扩散氢含量低至3.02mL/100g，具有较好的抗裂性。

（2）熔敷金属化学成分和力学性能按要求进行制样，SR50D和进口品牌焊条熔敷金属化学成分（见表2）、力学性能

如表3所示。由此可看出，研制的SR50D与进口焊条的熔敷金属化学成分基本一致，力学性能相当。

表3 熔敷金属力学性能

（3）焊条工艺性评定该焊条经中石油天然气管道局高级技师评价，焊接工艺性较好、电弧稳定、飞溅较小，且背面成形较好，与进口焊条工艺性基本相当。在陕西西宇无损检测有限公司进行工艺评定，用SR50D焊条打底，SRTX70自保护药芯焊丝填充、盖面，母材为L415M、φ355.6mm×8mm。四组拉伸试验断裂部位均为热影响区韧性断裂，四组刻槽锤断试验结果均为锤断面上无缺陷。表明SR50D焊条与SRTX70自保护药芯焊丝配合，管道焊接性良好。

SR50D根焊背面成形如图1所示。焊缝背面成形较好，焊道有轻微凸起，与母材润湿性较好。脱渣性好，没有夹渣等缺陷。

用汉诺威分析仪采集焊接过程中的电参数，图2为两种焊条1s内电压、电流波形。由波形可看出，SR50D比j进口焊条短路频次高，1s内有7次短路过渡，短路时间间隔稳定且较短。短路过渡时间较短，说明短路过渡时熔滴颗粒较小，飞溅相对较小，电弧更加稳定。

图3为汉诺威分析仪生成的两种焊条短路时间频次分布。两种焊条短路概率分布整体上比较集中，基本都在5ms以内。进口焊条有少量＞6ms的短路，SR50D没有＞6ms的长时间短路。SR50D、进口焊条的平均短路时间分别为1.51ms和1.87ms。SR50D焊条平均短路时间短，说明SR50D焊条熔滴比进口焊条更细小，与电压、电流波形结果一致。