[发明专利]一种用于FCB法大线能量埋弧焊接的实心焊丝及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于FCB法大线能量埋弧焊接的实心焊丝及其制备方法和应用，属于焊接材料技术领域。该焊丝化学成分(wt.％)：C 0.06～0.09％，Si 0.12～0.28％，Mn 1.52～2.0％，A 0.0001～0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质；其中：所述A元素为Mg、Ca、Zr、RE和B中的一种或多种。所述实心焊丝的化学成分中还含有Ti、Ni和Cu(或者含有Ti和V)。本发明焊丝在线能量60～300kJ/cm施焊后能够保障焊接接头具有与母材相匹配的强度和低温冲击韧性。本焊丝适用于厚度40mm以下结构钢板的FCB法及其它埋弧焊机的大线能量焊接。

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及一种用于FCB法大线能量埋弧焊接的实心焊丝及其制备方法和应用。

背景技术

近年，随着造船、海洋工程、高层建筑、桥梁、工程机械等制造业的迅速崛起，针对构件日益大型化、大跨度化的发展趋势，大量使用中厚钢板的这些行业为提高焊接施工效率和降低成本，逐步开始采用气电立焊、FCB法埋弧自动焊和电渣焊等大线能量焊接方法。其中FCB法(Flux Cooper Backing)又称焊剂铜衬垫法，它是在板块状的铜板上均匀铺设4～6mm厚的衬垫焊剂，用充气软管顶压装置将其与钢板背面紧密贴合，再在坡口正面堆放表面焊剂，并由正面焊接，同时形成背面焊缝的单面焊双面成形焊接方法，其焊接成形示意如图1，其电极及三根焊丝的配置方式如图2所示。FCB法主要应用于船舶的平面分段流水线拼板焊接，用于厚度 10mm～40mm钢板的拼焊时，能实现单面焊双面成形，工件无需翻身，与双面埋弧自动焊相比，效率可提高3～5倍。由于FCB法焊接时的线能量通常会达到200kJ/cm以上，在这样高的线能量下施焊时，非常容易导致焊缝金属的晶粒产生严重长大，且单道次焊接比多道次焊接时的焊后冷速小，很容易使基材焊接热影响区组织在随后的相变过程中形成侧板条铁素体、魏氏组织和上贝氏体等非正常粗晶组织，造成焊接接头的强度和韧性严重恶化，产生焊接裂纹的几率显著增加，影响构件整体的安全使用。由于目前国产结构钢及其配套的焊接材料只能承受50kJ/cm以下的焊接线能量，严重制约着FCB法埋弧焊等高效焊接方法的大面积推广应用，导致国内造船企业先后从国外引进的20余条FCB法埋弧自动焊接生产线潜能至今得不到充分发挥。因此能够承受50kJ/cm以上热输入的大线能量焊接用钢及其配套焊接材料的研究开发已引起国内企业的广泛关注。

中国发明专利ZL201310135074.1公开了“一种提高大线能量焊接性能的钢板冶炼方法”；CN104004962A公开了“一种焊接高热输入的海洋工程用正火钢板及其制造方法”；CN111500821A公开了“一种复合包芯线和大线能量焊接用钢的制备方法”。在这些专利技术的支持下，近10多年来，国内部分钢铁企业已经突破国外的长期技术封锁，能够制造出焊接线能量大于500kJ/cm、厚度达到70mm的TMCP 态EH40、EH36船舶用钢板和线能量大于300kJ/cm、厚度达到80mm以上的正火态 EH36N海洋工程用钢板。这些大线能量焊接用造船钢板目前已陆续通过ABS、 DNV、BV、KR、CCS等多国船级社认证，开始被用于极地船舶和大型FPSO(海上浮式生产储油船)等的建造。遗憾的是，目前我国众多焊接材料生产企业仍不具备大线能量焊接用钢配套焊接材料的供货能力，例如造船企业所用的FCB法大线能量埋弧自动焊实心焊丝和焊剂几乎全部从日本企业高价(约2.5～3.0万元/吨)进口，为摆脱这种长期受制于人的被动局面，国内钢铁企业、焊材生产商、造船企业、高等学校和科研院所应携手合作，共同推进大线能量焊接用钢配套焊接材料的国产化进程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于FCB法大线能量埋弧焊接的实心焊丝及其制备方法和应用，所制备的焊丝能够保障焊接接头具有与母材相匹配的强度和低温冲击韧性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种用于FCB法大线能量埋弧焊接的实心焊丝，按重量百分含量计，所述实心焊丝的化学成分如下：