用于5%-9%镍钢的药芯焊接电极的制作方法
【专利说明】用于5%-9%镇钢的药芯焊接电极 背景
[0001] 用于液化天然气（"LNG")的储罐的内壳层通常是由5%-9%儀钢制成的，由于儀钢 的高强度和在非常低的溫度(例如-196°C)下的令人满意的冲击初性的优异组合。
[0002] 当此类罐现场构造时，形成该罐内部的单独的钢板通常通过焊接接合。水平取向 的接缝主要使用自动焊接工艺、使用邸NiCrMoS和邸NiCrMo4埋弧焊剂/焊丝组合进行焊接。
[0003] 相比之下，大多数竖直地取向的接缝通过自动保护金属极电弧焊接(SMAW)(又称 "焊条（"stick")"焊接)手动地焊接。运是因为通过当前的自动焊接方法产生的竖直焊缝在 可操作性、强度、-196°C下的冲击初性、对焊接热裂的敏感性或焊道形状上是较不理想的。
[0004] 在此方面，当焊接5%-9%儀钢的相邻板时产生的焊道令人希望地是尽可能平的， 当在横切面中观察时在既不是凹的也不是凸的意义上。此外，它们应该还是从区域到区域， 良P，沿着其整个长度，尽可能均匀的。5%-9%儀钢工件中的竖直焊缝通常是手动地进行的， 因为运种类型的焊接允许的灵活性。例如，接缝内的电极角度和位置、焊接速度、停留时间 等可W改变，允许有经验的焊工沿着该接缝的整个长度产生"完美的"焊道。自动焊机不具 有运种灵活性。此外，通常用于5%-9%儀钢手工焊接的焊条电极，ENiCrMo-6,就制成其的 金属连同焊剂二者而言，显著地不同于现有的自动焊接方法所使用的药忍焊接电极。还据 信此差异在通过手工焊接产生的竖直焊缝的优越性中起作用。 概述
[000引根据本发明，已经发现在高儀钢工件中的呈现希望的特性(包括强度、在-196°C下 的冲击初性、抗焊接热裂性W及焊道形状)组合的竖直焊缝可W通过自动焊接方法产生，其 条件是用于此目的的药忍焊接电极具有特定的化学组成。
[0006] 因此，本发明提供了一种用于通过药忍电弧焊接(FCAW)方法焊接5%-9%儀钢工 件的新的药忍焊接电极，该药忍焊接电极包含一个微粒忍和围绕该微粒忍的一个金属护 套，其中该金属护套的化学组成和该微粒忍的化学组成被选择为使得通过该焊接电极产生 的焊缝烙敷组合物包含 <〇.15C、<6.0Mn、< l.OSi、< 0.025P、< 0.020S、12.0-20.0Cr、> 55.0化、5.5-7.51〇、1.2-1.8佩巧曰、<12尸6、<0.3化和0.5-4.0胖。
[0007] 详细说明 5 %-9 %儀钢
[0008] 本发明主要旨在用于在用于液化天然气(LNG)的储罐的构造中焊接5%-9%儀钢。 运些钢呈现出优异的强度和非常低溫度（在存储和处理LNG中遇到的）下的良好的冲击初 性。
[0009] 对于此目的有用的5%-9%儀钢是熟知的。实例包括A353或A553化N 10028-4， 乂8化9)和4202或4333化^0028-4、12化19、10化14、12化14)。典型地，它们含有5至9*1.% 儀。
[0010] 本发明找到了用于焊接W前已经用于、或在将来可能用于制造用于LNG的储罐的 任何钢的特定适用性。 结构
[0011] 本发明的焊接电极具有与常规药忍焊接电极相同的结构，因为它包括一个由微粒 成分的混合物形成的忍和一个围绕该忍的外金属护套。其结构然后与常规焊条电极如 ENiCrMo-6的结构相反，例如，在该常规焊条电极中该电极的固体金属元素是一种焊丝忍并 且补充此固体金属元素的微粒添加剂作为在此焊丝忍上的涂层存在。
[0012] 本发明的药忍焊接电极可W按一种常规的方式制造，如通过用一个扁平的金属带 开始，将该金属带初始地首先成形为"U"形，例如，如在W下项中示出的：Bernard美国专利 号2,785,285、5如111曰11美国专利号2,944，142、^及恥〇(13美国专利号3,534,390。然后将呈微 粒形式的焊剂、合金元素、和/或其他忍填充材料烙敷到该"U"中并且通过一系列成形棍将 该带封闭成管状的构型。通常，然后将如此形成的管通过一系列模具拉伸W将其横截面减 小至最终希望的直径，在此之后然后如此形成的电极涂覆有一种适合的送进润滑剂、卷绕 到线轴上、并且然后包装用于装运和使用。
[0013] 如在本领域中很好地理解的，在焊接期间，通过该焊接方法发展的强热完成Ξ个 单独的任务，运些单独的任务对于形成令人满意的焊缝都是必要的。第一，它烙化该用于形 成焊道的电极的金属组分。第二，它使一部分焊剂蒸发W便产生附加的气体保护，该气体保 护保护烙融的金属免受大气中的氧气和氮气。第Ξ，它烙化该焊剂的剩余部分W产生大量 的烙渣覆盖物，该烙渣覆盖物保护并且使焊道成形(随着其冷却）。 焊缝烙敷组合物
[0014] 将本发明的药忍焊接电极配制成使得通过此电极产生的未稀释的焊缝具有在W 下表1中列出的化学组成。如本领域中理解的，焊接电极的未稀释的焊缝烙敷组合物是没有 来自任何其他来源的污染而产生的焊缝的组合物。它通常不同于当该电极用于焊接工件时 获得的焊缝金属的化学组成，该焊缝金属可W典型地用最多20%的被焊接的母材进行稀 释。
[0015] 为了比较，通常用于手工焊接5%-9%儀钢中的竖直焊缝的焊条电极ENiCrMo-6的 焊缝烙敷组合物、连同通常用于自动焊接5 % -9 %儀钢中的水平焊缝的药忍电极ENi CrMo-3 和ENiCrMo-4的焊缝烙敷组合物也包括在表1中。 表1 焊缝烙敷组合物，Wt. %
*包括粗
[0016] 从表1可知，就焊缝烙敷组合物而言，虽然本发明的药忍焊接电极类似于用于制造 高儀钢中的竖直焊缝的焊条电极化NiCrMo-6)，它显著地不同于在用于产生运些同一种钢 中的水平焊缝的自动焊接方法中使用的药忍电极。 金属护套
[0017] 制成本发明的药忍电极的固体金属元素，即，其金属护套，令人希望地由一种合金 制成，该合金含有约80%的儀和20%的铭。此类合金的具体实例包括SG-NiCr20和NiCr 70.20。运些合金是W带的形式易于商购的，运帮助使得本发明的药忍电极的制造简单且廉 价。
[0018] 注意，使用一种儀/铭合金来制造本发明的药忍电极的固体金属元素代表与制造 焊条ENiCrM〇-6(其固体金属元素，即，其焊丝忍，通常由100%儀或Μ化20等级制成）的方式 显著的偏离。 芯
[0019] 本发明的药忍焊接电极的微粒忍由Ξ种明显不同类型的成分制成：（1)烙渣形成 成分，（2)对形成的焊缝的化学组成有贡献的金属合金粉末和化合物，W及(3)脱氧和脱氮 的成分。此忍的化学组成列于W下表2中。为了比较的目的，涂覆焊条电极ENiCrMo-6的外表 面的微粒焊剂的化学组成也提供于表2中。 表2 微粒组成，wt. %
[0020] 优选地，在本发明的药忍电极的微粒忍中的氣化物和金属氧化物的组合量代表整 个微粒忍的约10至30wt. %。另外，本发明的药忍焊接电极的微粒忍的总量代表本发明的药 忍焊接电极整体的约15至45wt.%。运与常规的焊条电极ENiCrMo-6形成对比，在该常规的 焊条电极中其微粒涂层代表该电极整体的约40-50wt. %。 保护气体
[0021] 本发明的药忍焊接电极应该与外部供应的保护气体一起使用。在此上下文中，"外 部供应的"保护气体将理解为指的是W下的保护气体，该保护气体W气体的形式从外源供 应到焊接位点。
[0022] 通常，然而，当本发明的药忍焊接电极用于焊接高儀钢工件时将使用一种外部供 应的保护气体。为此目的可W使用常规的保护气体如l〇〇%C〇2、含15%至25%C02的ArW及 类似物。 特性
[0023] 当用自动焊接设备使用本发明的药忍焊接电极进行焊接时在高儀钢工件中产生 的竖直焊缝呈现出在W下表4中列出的机械特性。为了比较，由在同一钢中通过焊条焊接使 用传统的用于此目的的焊条电极ENiCrMo-6产生的竖直焊缝呈现的特性也包括在表3中。 表3 由本发明的电极在高Ni钢中形成的焊缝的机械特性：
[0024] 如从表3中可W看出的，与当使用传统的焊条焊接方法时获得的特性相比，通过本 发明的药忍焊接电极产生的焊缝的品质是至少一样好的，并且在一些情况下更好。运是相 当令人惊讶的，鉴于通过所有先前的用自动焊接设备焊接高儀钢的尝试产生的竖直焊缝在 强度、-196°C下的冲击初性、对焊接热裂的敏感性W及焊道形状中的一项或多项上是较不 理想的。
[0025] 尽管W上已经描述了本发明的少数几个实施例，应了解可W在不背离本发明的精 神和范围下进行很多修改。所有此类修改旨在包括在将仅由W下权利要求限定的本发明的 范围内。
【主权项】
1. 一种用于通过药芯电弧焊接(FCAW)方法焊接5%-9%镍钢工件的药芯焊接电极，该 药芯焊接电极包含一个微粒芯和围绕该微粒芯的一个金属护套，其中该金属护套的化学组 成和该微粒芯的化学组成被选择为使得通过该焊接电极产生的焊缝熔敷组合物包含< 0.15C、<6.0Mn、<1.0Si、< 0.025P、< 0.020S、12.0-20.0Cr、2 55.0Ni、5.5-7.5Mo、1.2-1.8Nb+Ta、<12Fe、<0.3Cu和0.5-4.0W。2. 如权利要求1所述的药芯焊接电极，其中该焊缝熔敷组合物包含< Ο . 08C、< 4. OMn、 <0.7Si、<0·017Ρ、<0.015S、12.8-16.0Cr、266Ni、5.6-7.0Mo、1.2-1.7Nb+Ta、<9Fe、< 0.1〇1和0.8-2.513. 如权利要求2所述的药芯焊接电极，其中该焊缝熔敷组合物包含< 0.04C、< 2.5Mn、 <0.4Si、《0.010P、<0.010S、13.5-14.5Cr、66-70Ni、5.7-6.3Μο、1·3-1.5Nb+Ta、<6Fe、< 0.04〇1和1-1.614. 如以上权利要求中任一项所述的药芯焊接电极，其中该金属护套是由一种合金形成 的，该合金包含约20wt. %Cr和80wt. %Ni。5. 如以上权利要求中任一项所述的药芯焊接电极，其中该微粒组合物包括基于该微粒 组合物的重量约l-l〇wt. %的氟化物和约0-30wt. %的金属氧化物，并且进一步其中氟化物 和金属氧化物的组合量基于该电极的整体重量是约10_30wt. %。6. 如权利要求5所述的药芯焊接电极，其中该微粒组合物进一步包含0-30wt. %Fe、约 5-30wt. %Mo、约8-20wt. %Nb、约2-18wt. 和约0-25wt. %Mn。7. -种用于接合两个由高镍钢制成的工件的药芯电弧焊接(FCAW)方法，该方法包括使 用如以上权利要求中任一项所述的药芯焊接电极将这些工件焊接在一起。8. 如权利要求7所述的药芯电弧焊接方法，其中该高镍钢含有5至9wt. %的镍。9. 如权利要求1至8之一所述的药芯电弧焊接方法，其中当正在将这两个工件焊接在一 起时将一种外部保护气体供应到该焊接位点。10. 如权利要求9所述的药芯电弧焊接方法，其中该外部保护气体包括100C02。11. 如权利要求10所述的药芯电弧焊接方法，其中该外部保护气体包括Ar+15 %至25 % C〇2〇
【专利摘要】一种用于通过药芯电弧焊接(FCAW)方法焊接5％-9％镍钢工件的药芯焊接电极，包含一个微粒芯和围绕该微粒芯的一个金属护套，其中该金属护套的化学组成和该微粒芯的化学组成被选择为使得通过该焊接电极产生的焊缝熔敷组合物包含≤0.15C、≤6.0Mn、＜1.0Si、＜0.025P、＜0.020S、12.0-20.0Cr、＞55.0Ni、5.5-7.5Mo、1.2-1.8Nb+Ta、＜12Fe、＜0.3Cu和0.5-4.0W。
【IPC分类】C22C19/05, B23K35/30, B23K35/02, B23K35/38
【公开号】CN105579189
【申请号】CN201480050747
【发明人】张筑耀, 文森特·凡德米, P·范厄克, 马克·巴克斯顿
【申请人】林肯环球股份有限公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2014年9月16日
【公告号】EP3046723A1, US20150076130, WO2015036849A1