[发明专利]冲击韧性优异的超高强度药芯焊丝电弧焊接接头及用于制造该焊接接头的焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够通过药芯焊丝电弧焊接(FCAW)海上结构物、建筑物、桥梁及船舶等的高张力钢而获得的药芯焊丝电弧焊接接头(Flux cored arc welded joint)及用于制造该焊接接头的药芯焊丝电弧焊焊丝。

背景技术

近年，为了确保增加值，建筑物和海上结构物等逐渐趋于大型化。这种结构物等只要发生一次事故，可带来环境、性命及财产上的致命的损失，因此适用于这些结构物的钢材具有超高强度、厚度化及高的冲击韧性。

为了可靠有效地制造这种钢材，需要进行适合这种钢材的焊接，而作为焊接这种钢材的焊接方法，被广泛使用的焊接技术即为药芯焊丝电弧焊接(Flux cored arc welded，FCAW)技术。

通过进行这种焊接而获得的焊接结构物，首先要确保焊接结构物的稳定性，为此，至关重要的是确保焊接接头的抗张强度和冲击韧性。并且，在进行焊接时，为了防止药芯焊丝电弧焊接过程中焊缝产生低温开裂，减少焊接材料内的扩散氢含量是非常重要的。

通常，焊接时形成的焊接接头，在焊接材料熔化的同时有一部分钢材被稀释，形成熔池后凝固，并变成粗大的柱状组织，然而这种组织在焊接材料的焊接时，随着热输入量的变化而变化，且这种焊接接头因粗大的奥氏体晶界而形成粗大的晶界铁素体、魏氏铁素体(widmanstatten ferrite)、马氏体和岛状马氏体(M-A,Martensite Austenite constituent)等，从而具有冲击韧性衰退的问题。

对此，为了确保在低温下的冲击韧性，用于海上结构物等中的焊接材料大部分通过添加脱氧、脱氮及脱氢元素的同时还复合添加Ni、Ti及B等合金元素来谋求焊接金属组织的细化。

基于复合添加上述Ni-B-Ti的组织细化机制，可实现基于Ni的基体(matrix)强韧化、基于固溶B的奥氏体晶界偏析(Segregation)的抑制生成先共析铁素体(Pro-eutectoid Ferrite)的作用和通过Ni、B、氧化物及氮化物的奥氏体晶粒内生成微细铁素体。

如上所述，为了确保焊接结构物的稳定性，需要通过控制焊接接头的微细组织来确保焊接结构物的稳定性。

作为与此相关的现有技术，专利文献1是规定焊接接头成分和微细组织的技术，公开了一种SAW焊接接头，其包括0.7～0.8重量％的碳、10～20％的焊接金属部的微细组织即贝氏体和马氏体、60％以上的针状铁素体(acicular ferrite)，具有优异的低温韧性，并具有950Mpa级以上的超高强度。

并且，专利文献2和3涉及一种具有低温抗裂性优异的Seam焊接部的超高强度钢板及其制造方法，其中Seam焊接金属部中含有1％以上的残留的奥氏体，虽然能够确保优异的抗裂性，然而具有焊接金属部的冲击韧性稍微变差的问题。

专利文献4中规定了焊接材料的成分，但并不是直接控制焊接接头的微细组织和粒径等，因此难以通过这种焊接材料来充分获得焊接接头的韧性。

另一方面，为了防止高强度焊接部的低温开裂，需要尽可能保持低的扩散氢含量。

现今市售的金红石药芯焊丝，焊接部的扩散氢含量为8～10ml/100g，利用该焊丝焊接高强度厚钢板时，为了防止低温开裂需要进行预热工序，从而存在导致操作人员的费用增加的问题。

通常，药芯焊丝电弧焊接技术使用金红石药芯焊丝，该焊丝是通过将含有大量的用作扩散氢的提供源的结晶水和结合水的填充药芯填入焊丝中，将该焊丝的外径制造成适合焊接的大小。但是，在上述制造过程中，具有粘附及残留的润滑剂的有机成分增加焊接过程中的焊接部的扩散氢的问题。

为了解决上述问题，专利文献5中提出了在600～800℃温度下对管状焊丝进行高温热处理的技术，但是该技术中的上述高温热处理可使生产速度降低，且增加热处理费用，因此难以实现商业化。

并且，专利文献6中提供了一种用于490Mpa级以上的高强度钢的无预热药芯焊丝，所述焊丝以0.05～0.25％的V为基本成分，包括电弧稳定剂和造渣剂：0.5～4.5％、脱氧剂：1.0～4.0％，同时，该专利的特征是，通过添加V产生VC，从而具有捕集(trapping)扩散氢和碳固定效果。然而，该专利存在以下问题，即，在焊接过程中，基于V的减少扩散氢的效果甚微，且碱和碱土金属氟化合物的F总含量为1.0～2.0％，由于F的含量高，导致难以确保稳定的电弧特性。