专利名称：9%Ni钢埋弧焊接材料和焊接方法
技术领域：
本发明涉及用于液化天然气这种极低温液体用储罐的建造材料所使用的9% Ni 钢的埋弧焊的焊接材料，特别是涉及能够在立向焊接位置进行焊接，并且也可以适用于下 向及横向位置，具有良好的焊渣剥离性，并且能够获得优异的抗缺陷性和焊缝的平滑性的 9% Ni钢埋弧焊接材料和焊接方法。
背景技术：
历来，在作为极低温液体储罐的建造材料所使用的9% Ni钢的焊接中，为了防止 高温裂纹而应用线能量比较低的焊条电弧焊法。其后，耐高温裂纹性优异的焊丝得到开发， 以焊接建造物的施工效率提高为目的，对于适用下向或横向位置焊接的地方增加了埋弧焊 方法的应用。另一方面，在立向位置的焊接中，为了施工效率提高而应用自动TIG焊，另一部分 是发展自动MAG焊接化。但是在现场施工中，在焊接气体的获取困难的地域，还是不得不依 赖于焊条电弧焊法的状况。因此，为了提高不能获取焊接气体的现场中的施工效率，就要求开发出能够将埋 弧焊方法应用于向上立焊的焊接材料。历来，在低温用钢的埋弧焊接材料中存在如下等问题点在立向位置进行焊接时， 熔融金属在凝固过程中因重力而流动，因此焊缝形状容易不稳定，成为凸状，需要用研磨机 使焊缝变得平滑。因此，例如在日本特开2009-039761号中，公开有一种低温用钢的埋弧焊用焊剂， 其相对于焊剂总质量，含有Al2O3 31 60质量％、CaF2 10 40质量％、SiO2 :1 10质 fi%>Na20 :0· 1 5质量％、金属Al :1 10质量％，其他为CaCO3、CaO、MgO、金属Mn和不 可避免的杂质。日本特开2009-039761号的技术，通过将焊剂组成规定在上述范围，除了下向和 横向位置，即使在立向位置焊接中，也可实现电弧稳定性、焊渣剥离性、抗焊接缺陷性和焊 缝形状的提高。但是，上述先行技术虽然在立向位置焊接中的电弧稳定性、焊渣剥离性和抗焊接 缺陷性提高，但是在焊缝的平滑性上却不充分。特别是有焊缝纵长方向的形状容易不连续 这样的问题点。因此，在立向位置的焊接中，就期望开发出能够充分满足焊渣剥离性、抗焊 接缺陷性和焊缝形状稳定性(平滑性)这全部几项的埋弧焊用的焊剂。
发明内容
本发明鉴于这一问题点而做，其目的在于，提供一种9% Ni钢埋弧焊接材料和焊 接方法，除了下向和横向位置，即使在立向位置焊接中，其也能够具有良好的焊渣剥离性和 抗焊接缺陷性，此外还能够得到优异的焊缝形状的平滑性。本发明的9% Ni钢埋弧焊接材料，由埋弧焊用焊丝和埋弧焊用烧结型焊剂构成，
3所述焊丝相对于焊丝总质量含有Ni :60质量％以上，所述焊剂其组成为，相对于焊剂总质 量，含有Al2O3 15 40质量％、SiO2 5 35质量％、ZrO2 5 25质量％、MgO :5 25质 量％、CaCO3 5 25质量％和金属Al 1 7质量％，并且将CaF2抑制在5质量％以下，余 量为金属Fe、Na2O和不可避免的杂质。本发明的9% Ni钢的埋弧焊方法，是使用相对于焊丝总质量含有Ni :60质量％ 以上的埋弧焊用焊丝和埋弧焊用烧结型焊剂，所述焊剂的组成为，相对于焊剂总质量，含有 Al2O3 15 40 质量 ％、SiO2 5 35 质量 ％、ZrO2 5 25 质量 ％、MgO 5 25 质量 ％、 CaCO3 :5 25质量％和金属Al 1 7质量％，并且将CaF2抑制在5质量％以下，余量为金 属Fe、Na2O和不可避免的杂质。在上述9% Ni钢埋弧焊接材料和9% Ni钢埋弧焊方法中，所述焊剂优选含有金属 Ti :0. 1 5质量％。上述9% Ni钢埋弧焊方法，能够在立向上焊接姿势的埋弧焊中使用。根据本发明，能够进行具有良好的焊渣剥离性和抗焊接缺陷性，此外还具有优异 的焊缝形状的平滑性的9% Ni钢埋弧焊方法。
图1是表示焊接位置为下向时的焊接母材的形状和尺寸的图，其中(a)为正视图， (b)为表示坡口形状的剖面图，(c)为表示层叠要领的模式图。图2是表示焊接位置为横向时的焊接母材的形状和尺寸的图，其中(a)为正视图， (b)为表示坡口形状的剖面图，(c)为表示层叠要领的模式图。图3是表示焊接位置为立向时的焊接母材的形状和尺寸的图，其中(a)为正视图， (b)为表示坡口形状的剖面图，(c)为表示层叠要领的模式图。图4是表示焊缝形状评价标准之中最大凹凸变动的判定标准，其中(a)为正视图， (b)为剖面图。图5是表示焊缝形状评价标准之中最大宽度变动的判定标准的图。
具体实施例方式本发明者们发现，使用相对于焊丝总质量而含有Ni :60质量％以上的焊丝进行 9% Ni钢埋弧焊时，通过对焊剂成分进行各种调整，除了 Al2O3以外，将MgO、CaCO3> ZrO2等 高熔点氧化物作为主要成分，不但对于下向及横向位置下的焊缝的形状的平滑化有效，而 且即使在立向焊接位置对于焊缝的形状的平滑化也有效。此外本发明者们还发现，对于 CaF2来说，虽然具有使焊缝的鳞纹细密的效果，但是若超过既定量含有，则焊缝形状容易不 连续，另外还有气孔也增加的倾向。本发明者们基于这些发现而完成了本发明。以下，对于在本发明的9% Ni钢埋弧焊中使用的烧结型焊剂的成分添加理由和组 成限定理由进行说明。Al2O3 15 40 质量 ％焊剂中的Al2O3作为焊渣形成剂发挥作用，在提高熔融渣的凝固温度和粘性上是 有效的成分。焊剂中的Al2O3低于15质量％时，在立向位置焊接中熔融渣的焊缝保持力不 足，焊缝成为凸状，发生 穿。另一方面，Al2O3超过40质量％时，焊渣的粘性变得过高，流
4动性差，因此发生夹渣。此外，若Al2O3超过40质量％，则除了在下向和横向位置焊缝的鳞 纹变粗以外，还会发生麻点。更优选的范围是Al2O3 :20 35质量％。在此范围，特别是在立向焊接中熔融渣 的焊缝保持力更为适当，焊缝形状稳定而平滑化，因此能够得到更良好的焊缝外观。SiO2 :5 35 质量％焊剂中的SiO2需要为5 35质量％。焊剂中的SiO2提高熔融渣的凝固温度。另 外在立向位置提高焊缝的保持力，具有使焊缝形状稳定的效果。SiO2低于5质量％时，熔融 渣的焊缝保持力不足，因此焊缝形状不稳定。另一方面，若SiO2超过35质量％，则熔融渣 的粘性变得过高，焊渣的剥离恶化，夹渣发生。更优选的范围是SiO2 :10 25质量％。在该范围中，焊渣的剥离性提高，特别是 在立向位置，能够获得更良好的焊渣剥离性，并且焊缝形状稳定而平滑化，因此能够得到良 好的焊缝外观。在这一范围内，下向和横向位置焊接时的焊缝形状也稳定。在SiO2中，除 了石英砂、水玻璃以外，也可以添加硅石灰等的复合氧化物。ZrO2 :5 25 质量％焊剂中的&02在使焊渣剥离性良好上是有效的成分。&02低于5质量％时得不 到该效果，反而使焊渣在焊缝烧结等，焊渣剥离性差。另一方面，若&02超过25质量％，则 熔融渣的流动性降低，容易发生夹渣。更优选的范围是，ZrO2=IO 20质量％。在该范围中，焊渣剥离性提高，特别是在 立向位置能够得到更良好的焊渣剥离性，并且焊缝形状稳定而平滑化，因此能够得到良好 的焊缝外观。Mg0:5 25 质量％焊剂中的MgO具有使焊渣的凝固温度上升的效果，对纵长方向的焊缝形状稳定性 来说是有效的成分。这一效率在低于5质量％时无法获得，在立向位置多发生焊缝烧穿。另 一方面，若MgO超过25质量％，则焊渣的凝固提早完毕，因此焊缝形状成为凸状，除了容易 发生夹渣以外，焊渣剥离性也恶化。更优选的范围是MgO :10 20质量％。在该范围中，焊渣剥离性提高，特别是在立 向位置能够获得更良好的焊渣剥离性，并且焊缝形状稳定而平滑化，因此能够得到良好的 焊缝外观。CaCO3 :5 25 质量％焊剂中的CaCO3需要为5 25质量％。CaCO3熔融分解，变成CaO和CO2气，而CO2 气具有的效果是，降低焊接电弧气氛中的水蒸气分压，降低焊接金属中的氢量，并且降低气 孔。另外，CaO具有提高熔融渣的凝固温度的效果，使焊缝形状稳定。CaCO3在低于5质量％ 的区域，除了得不到上述效果以外，焊缝形状还成为凸状。另一方面，CaCO3在超过25质量％ 的区域，焊渣剥离性差。更优选的范围是CaCO3=IO 20质量％。在该范围中，焊渣的凝固温度进一步上 升，焊缝形状更加稳定而平滑化，因此能够得到良好的焊缝外观。金属Al:l 7质量％金属Al作为脱氧剂添加到焊剂中，从而使焊接金属中的氧量显著降低，是具有降 低气孔发生的效果的成分。若金属Al相对于焊剂总重量低于1质量％，则不能充分获得该效果。另一方面，若相对于焊剂总重量超过7质量％，则焊渣剥离性恶化。金属Al能够通 过单体或Fe-Al合金等添加到焊剂中。更优选的范围是金属Al :2 5质量％。在此范围中，能够进一步使良好的焊渣剥 离性和耐气孔性能并立。CaF2 5 质量％ 以下现有的埋弧焊用焊剂中，CaF2被作为必须成分添加，但在本发明中将CaF2抑制在 5质量％以下。CaF2虽然具有使电弧稳定，使焊缝的鳞纹细密的效果，但是也有降低焊渣的 凝固温度和粘性的效果，因此特别在立向位置的焊接中使纵长方向的焊缝形状不稳定，焊 缝容易烧穿。这一倾向在焊剂中的CaF2超过5质量％时表现得显著，因此CaF2需要抑制在 5质量％以下。金属Ti :0· 1 5质量％Ti使焊渣的凝固温度上升，具有在横向和立向焊接时抑制焊缝的烧穿的效果。若 金属Ti相对于焊剂总重量低于0. 1质量％，则不能充分获得该效果。另一方面，若Ti相对 于焊剂总重量超过5质量％，则焊渣剥离性恶化。因此，含有金属Ti时为0. 1 5质量％。 金属Ti以单体或Fe-Ti等添加。实施例以下，通常实施例具体地说明本发明的效果。首先，调整焊剂原料，其中作为粘合 剂添加水玻璃并造粒后，进行烧结，由此制作具有下述表1所示的各种化学组成的埋弧焊 用烧结型焊剂。表1
权利要求
一种9％Ni钢埋弧焊接材料，其特征在于，所述焊接材料由埋弧焊用焊丝和埋弧焊用烧结型焊剂构成，所述焊丝以焊丝总质量计含有Ni60质量％以上，所述焊剂的组成以焊剂总质量计含有Al2O315～40质量％、SiO25～35质量％、ZrO25～25质量％、MgO5～25质量％、CaCO35～25质量％和金属Al1～7质量％，并且将CaF2抑制在5质量％以下，余量含有金属Fe、Na2O和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的钢埋弧焊接材料，其特征在于，所述焊剂含有金属Ti 0. 1 5质量％。
3.—种9% Ni钢的埋弧焊方法，其特征在于，使用以焊丝总质量计含有Ni :60质量％ 以上的埋弧焊用焊丝和埋弧焊用烧结型焊剂，所述焊剂的组成以焊剂总质量计含有Al2O3 :15 40质量％、SiO2 :5 35质量％、 ZrO2 5 25质量％、MgO 5 25质量％、CaCO3 5 25质量％和金属Al 1 7质量％， 并且将CaF2抑制在5质量％以下，余量含有金属Fe、Na2O和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的9%Ni钢埋弧焊方法，其特征在于，所述焊剂含有金属Ti 0. 1 5质量％。
5.根据权利要求3所述的9%Ni钢埋弧焊方法，其特征在于，以立向上焊接姿势进行 埋弧焊。
全文摘要
提供一种9％Ni钢埋弧焊用烧结型焊剂，除了下向和横向位置，即使在立向位置焊接中，其也能够具有良好的焊渣剥离性和抗焊接缺陷性，此外还能够获得优异的焊缝形状的平滑性。一种与含有Ni60质量％以上的焊丝组合使用的9％Ni钢埋弧焊用烧结型焊剂，焊剂组成为，相对于焊剂总质量，含有Al2O315～40质量％、SiO25～35质量％、ZrO25～25质量％、MgO5～25质量％、CaCO35～25质量％和金属Al1～7质量％，并且将CaF2抑制在5质量％以下，余量为金属Fe、Na2O和不可避免的杂质。
文档编号B23K9/18GK101966630SQ201010234080
公开日2011年2月9日 申请日期2010年7月20日 优先权日2009年7月27日
发明者福田和博, 铃木正道 申请人:株式会社神户制钢所