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金属芯焊接电极

阅读:462发布:2020-05-11

专利汇可以提供金属芯焊接电极专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且用特定的富Cr/Ni或富Cr/Mn组合物配制金属芯 焊接 电极 的芯。当这种电极用于焊接高强度 钢 时产生的这些 焊缝 展现出足够的抗疲劳性,使得随后的PWHT或其他焊后处理程序是不必要的。,下面是金属芯焊接电极专利的具体信息内容。

1.一种用于焊接高强度的金属芯焊接电极,该金属芯焊接电极被配制成产生具有富Cr/Ni组合物或富Cr/Mn组合物的未稀释的焊缝金属,
其中该富Cr/Ni组合物包含≤0.06wt%C、3.0-7.0wt%Ni、9.0-14.0wt.%Cr、≤
1.0wt%Mn、≤1.0wt%Si、≤0.05wt%Ti、≤0.05wt%Al、≤0.05wt%S,其中余量是Fe和附带的杂质,并且
其中该富Cr/Mn组合物包含≤0.10wt%C、≤1.0wt%Ni、8.0-13.0wt.%Cr、4.0-
10.0wt%Mn、≤1.0wt%Si、≤0.05wt%Ti、≤0.05wt%Al、≤0.05wt%S,其中余量是Fe和附带的杂质。
2.如权利要求1所述的金属芯焊接电极,其中该金属芯焊接电极被配制成产生具有富Cr/Ni组合物的未稀释的焊缝金属,该富Cr/Ni组合物包含≤0.06wt%C、3.0-7.0wt%Ni、
9.0-14.0wt.%Cr、≤1.0wt%Mn、≤1.0wt%Si、≤0.05wt%Ti、≤0.05wt%Al、≤0.05wt%S,其中余量是Fe和附带的杂质。
3.如权利要求2所述的金属芯焊接电极,其中该金属芯焊接电极被配制成产生具有富Cr/Ni组合物的未稀释的焊缝金属,该富Cr/Ni组合物包含≤0.05wt%C、4.0-6.0wt%Ni、
10.5-13.0wt.%Cr、≤0.85wt%Mn、≤0.70wt%Si、≤0.03wt%Ti、≤0.35wt%Al、≤
0.35wt%S,其中余量是Fe和附带的杂质。
4.如权利要求3所述的金属芯焊接电极,其中该金属芯焊接电极被配制成产生具有富Cr/Ni组合物的未稀释的焊缝金属,该富Cr/Ni组合物包含≤0.045wt%C、4.5-5.0wt%Ni、
11.5-12.6wt.%Cr、≤0.7wt%Mn、≤0.4wt%Si、≤0.015wt%Ti、≤0.025wt%Al、≤
0.025wt%S,其中余量是Fe和附带的杂质。
5.如权利要求1所述的金属芯焊接电极,其中该金属芯焊接电极被配制成产生具有富Cr/Mn组合物的未稀释的焊缝金属,该富Cr/Mn组合物包含≤0.10wt%C、≤1.0wt%Ni、8.0-
13.0wt.%Cr、4.0-10.0wt%Mn、≤1.0wt%Si、≤0.05wt%Ti、≤0.05wt%Al、≤0.05wt%S,其中余量是Fe和附带的杂质。
6.如权利要求5所述的金属芯焊接电极,其中该金属芯焊接电极被配制成产生具有富Cr/Mn组合物的未稀释的焊缝金属,该富Cr/Mn组合物包含≤0.09wt%C、≤0.5wt%Ni、9.5-
12.0wt.%Cr、5.0-8.0wt%Mn、≤0.60wt%Si、≤0.03wt%Ti、≤0.035wt%Al、≤0.035wt%S,其中余量是Fe和附带的杂质。
7.如权利要求6所述的金属芯焊接电极,其中该金属芯焊接电极被配制成产生具有富Cr/Mn组合物的未稀释的焊缝金属,该富Cr/Mn组合物包含≤0.085wt%C、≤0.10wt%Ni、
10.5-11.5wt.%Cr、6.0-7.5wt%Mn、≤0.35wt%Si、≤0.015wt%Ti、≤0.025wt%Al、≤
0.025wt%S,其中余量是Fe和附带的杂质。
8.一种非自熔焊接方法,该方法包括使用如权利要求1至7之一所述的金属芯焊接电极将多段高强度钢焊接在一起。
9.如权利要求8所述的非自熔焊接方法,其中使用具有该富Cr/Ni组合物的该金属芯焊接电极将这些多段高强度钢焊接在一起。
10.如权利要求8所述的非自熔焊接方法,其中使用具有该富Cr/Mn组合物的该金属芯焊接电极将这些多段高强度钢焊接在一起。
11.如权利要求8至10之一所述的非自熔焊接方法,其中该焊接方法在多个连续焊道中进行以产生多道焊缝。
12.如权利要求11所述的非自熔焊接方法,其中该焊接方法以一种方式进行,使得在这些连续焊道之间的层间温度保持低于250℃。
13.如权利要求11所述的非自熔焊接方法,其中在这些连续焊道之间的该层间温度保持在例如100℃至180℃下。

说明书全文

金属芯焊接电极

背景

[0001] 处理大量应或需要良好的强度-重量比的重型设备如汽车卡车起重机桥梁过山车、压力机、和其他结构通常由高强度制成。
[0002] 当制备此种产品时,通常必要的是通过焊接来连接两段或更多段的高强度钢。出于这个目的,通常使用金属芯焊接电极,其填充材料(即,形成该电极的芯的金属组合物)被配制成产生也展现出高强度以及高韧性的焊缝金属。根据EN ISO 16834的G89是此类金属组合物的实例。
[0003] 不幸的是,由此种常规金属芯焊接电极产生的这些焊缝可能在它们的焊态下展现出差的抗疲劳性。此外,此种焊缝还可能在它们的焊态下展现出差的抗冷裂性。其结果是,此种焊缝通常经受焊后热处理(PWHT)或其他焊后程序。发明概述
[0004] 根据本发明,已经发现展现出用于焊接高强度钢必需的强度和韧性以及在它们的焊态下的实质性的抗疲劳性的焊缝可以通过使用金属芯焊接电极来产生,该焊接电极的芯具有特定的化学组成。
[0005] 因此,在一个实施例中本发明提供了一种用于焊接高强度钢的金属芯焊接电极,这种金属芯焊接电极被配制成产生具有富Cr/Ni组合物的未稀释的焊缝金属,该富Cr/Ni组合物包含≤0.06wt%C、3.0-7.0wt%Ni、9.0-14.0wt.%Cr、≤1.0wt%Mn、≤1.0wt%Si、≤0.05wt%Ti、≤0.05wt%Al、≤0.05wt%S,其中余量是Fe和附带的杂质。
[0006] 在一个第二实施例中,本发明提供了另一种用于焊接高强度钢的金属芯焊接电极,这种金属芯焊接电极被配制成产生具有富Cr/Mn组合物的未稀释的焊缝金属,该富Cr/Mn组合物包含≤0.10wt%C、≤1.0wt%Ni、8.0-13.0wt.%Cr、4.0-10.0wt%Mn、≤1.0wt%Si、≤0.05wt%Ti、≤0.05wt%Al、≤0.05wt%S,其中余量是Fe和附带的杂质。
[0007] 此外,本发明还提供了一种用于通过非自熔焊接来连接两个或更多个由高强度钢制成的金属段的方法,其中用于进行该焊接方法的焊接电极是以上金属芯焊接电极中的一种或另一种。本发明的另外的实施例和方面在以下说明和权利要求书中给出。详细说明
[0008] 根据本发明,新的金属芯焊接电极(或“耗材”)用于焊接两个或更多个高强度钢金属段。因为它们的冶金,由这些耗材产生的焊缝在它们的焊态下展现出在150℃至300℃的范围内的低温转变(LTT)温度(低氏体转变温度)。其结果是,这些焊缝在它们的焊态下、甚至当制成多道焊缝时展现出压缩应力而不是拉伸应力。相应地,这些焊缝展现出改进的疲劳强度,即使它们尚未经受焊后热处理。
[0009] 为了实现良好的疲劳强度,由常规耗材制成的焊缝,尤其是多道焊缝,需要进行热处理以减轻内部拉伸应力。在一些情况下,尤其当制成较大的多道焊缝时,由于该焊缝的部分的物理难接近性,此种焊后热处理是困难的和/或无效的。结合本发明避免了这个问题,因为由本发明的耗材产生的这些焊缝已经由于它们的冶金展现出压缩应力而不是拉伸应力。
[0010] 因此,本发明的低温转变(LTT)焊接耗材提供了实现改进的疲劳强度(尤其在多道焊缝中)的潜能,而没有大量的焊后处理的时间和成本。因此,本发明的低温转变(LTT)焊接耗材甚至在难于接近的焊缝区域中打开了产生有利的残余应力的可能性。此外,在该焊缝金属和HAZ中的体积状压缩残余应力域可与常规处理方法相反产生,这些常规处理方法主要受限于表面积。高强度钢
[0011] 本发明的LTT焊接耗材令人希望地用于焊接两个或更多个高强度钢金属段。
[0012] “高强度钢(HSS)”是一种类型的钢,该刚与标准软钢相比提供了较高的强度平。典型的屈服强度从460MPa至960MPa变化。HSS钢与其他钢的不同之处在于不使它们满足特定的化学组成而是使它们满足特定的机械特性。它们典型地具有在0.05–0.25wt.%之间的含量以保持可成形性和可焊性。
[0013] 其他合金元素包括最高达2.0%的锰和少量的以下元素中的一种或多种:、镍、铌、氮、、铬、钼、、稀土元素、或锆。可以添加铜、钛、钒、和铌用于增强目的。这些元素旨在改变碳钢的微结构。取决于强度水平,可以使高强度钢比相同强度的标准碳钢轻20%至50%。此外,很多高强度钢的特性可以通过各种后铸造处理(如回火、沉淀硬化等)而改进。可以实现从460MPa直到960MPa(36,000–86,000psi)的屈服强度。结构
[0014] 本发明的金属芯焊接电极具有与用于焊接高强度钢的常规金属芯焊接电极相同的结构,在于它们包括由所希望的金属的混合物形成的芯和围绕该芯的外部金属护套。它们可以按常规的方式制成,如通过从扁平金属带开始,该金属带由适合于制造用于焊接高强度钢(例如像Al-或Si-镇静软钢)的金属芯电极的Fe基合金制成。然后该扁平金属带被成形为“U”形,例如如在Bernard美国专利号2,785,285、Sjoman美国专利号2,944,142、和Woods美国专利号3,534,390中示出的,在此之后形成该金属芯的这些金属、以及任选地可存在的任何其他芯填充材料然后沉积到该“U”内。然后通过一系列成形辊将该带封闭成管状构型,在此之后通常将如此形成的管通过一系列模具拉伸或轧制以将其横截面减小并且设定其最终直径。
[0015] 如果希望的话,该如此形成的电极可以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。焊缝熔敷组合物
[0016] 将本发明的金属芯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以下表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熔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,该焊缝金属可以典型地用最多20%的被焊接的母材进行稀释。表1
焊缝熔敷组合物,wt.%
特性
[0017] 由本发明的金属芯电极产生的未稀释的焊缝(该富Cr/Ni版本和该Cr/Mn版本两者)在它们的焊态下展现出令人希望的特性组合。例如,由于该焊缝金属的低马氏体转变温度,当用于制成多道焊缝时,它们展示了更好的压缩应力。实例
[0018] 为了更彻底地描述本发明,提供了以下工作实例。在这些工作实例中,对在它们的焊态下由根据本发明制成的两种不同金属芯焊接电极产生的这些焊缝的抗疲劳性进行测试。在此测试中,纵向焊缝轴向地进行疲劳测试。在该试样中的焊缝细节被分类为IIW疲劳设计推荐规范中的FAT63。
[0019] 测试了根据本发明制成的两种电极,富Cr/Ni电极和富Cr/Mn电极。就它们产生的这些未稀释的焊缝熔敷物而言,它们的化学组成列于以下表2中。表2
焊缝熔敷组合物,wt.%
成分 富Cr/Ni 富Cr/Mn
碳 0.042 0.079
镍 4.7 0.03
铬 12.1 11.2
锰 0.64 6.8
0.31 0.25
钛 0.008 0.007
0.015 0.014
硫 0.015 0.015
余量 余量
[0020] 这些测试的结果表明了相对于由常规焊接电极制成的焊缝,用本发明的金属芯焊接电极制成的这些焊缝的疲劳强度可以改进2倍。
[0021] 尽管以上已经描述了本发明的少数几个实施例,应了解可以在不背离本发明的精
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