窄坡口双丝串列埋弧焊方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及埋弧焊法，更详细地说，是涉及关于改良9Cr-lMo钢的窄坡口内的双 丝串列埋弧焊方法。
【背景技术】
[0002] 进行脱硫、重油分解的化学反应容器（反应器），是用于重油的有效利用、 石油精炼的效率化的压力容器。因为反应器在高温、高压下运转，所以作为材料适 用的是1. 25Cr-0. 5Mo、2. 25Cr-l. OM〇、2. 25Cr-l. ΟΜο-ν钢等铁素体系耐热钢。目前， 2. 25Cr-l. OMo-V钢为主要材料，其设计温度一般截止到454°C。近年来，在重油的有效利 用和石油精炼中，要求进一步高效率化，认为可以在设计温度500°C左右下的运转的、改良 9Cr-lMo钢制的反应器的研究开发积极地推进。
[0003] 改良9Cr-lMo钢是在9Cr-lMo钢中添加 Nb和V，以实现高温强度的提高的钢。 例如，有 ASTM (American Society for Testing and Materials:美国材料试验协会） 或 ASME(American Society of Mechanical Engineers:美国机械协会）规格所规定的 SA335Gr. P91和SA213Gr. T91等。改良9Cr-lMo钢的大部分是在火力发电用的锅炉领域具 有实际功绩。
[0004] 反应器是板厚50mm以上，内径3~5m，全长数十m，重量数百吨的纵型圆筒状的压 力容器。反应器的主体是通过对于由卷板焊接的环或锻造环的端部进行机械加工，将环彼 此进行环焊而制造。因此，在结构上，压力容器所占的焊接部的比例变大，所以强烈要求焊 接材料的减少、焊接的高效率化。一般来说，对于焊接材料的减少，有通过使坡口宽度狭窄 且减小坡口角度，来减少焊接部的方法。另外，对于高效率化，有对于从初层至最终层以串 列电极进行埋弧焊的方法。但是，对于焊接时的高温裂纹均构成不利的条件，因此以前研究 的是其抑制技术的开发。
[0005] 例如，在专利文献1中公开有一种窄间隙埋弧焊方法，其特征在于，对于坡口宽度 为10~25mm，坡口角度为15度以下的窄坡口，通过埋弧焊进行每层单道焊接时，作为先行 电极使用1. 6~3. 2mm Φ的电极，另外作为后行电极使用4. 0~4. 8mm Φ的电极，并且使电 极间距离为50~150mm，使用烧结型焊剂进行焊接。
[0006] 在此焊接方法中，利用串列焊接使电极间距离为50~150mm，可抑制焊道形状比 (焊道深度H/焊道宽度W)。这时，使先行电极的丝径为1. 6~3. 2mm Φ，后行电极的丝径为 4.0~4. 8ι?πιΦ。由此，可抑制高温裂纹的发生。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1 :日本特开昭60-177966号公报
[0010] 发明要解决的课题
[0011] 但是，现有的技术中存在以下的问题。
[0012] 在专利文献1中，实施例所述的焊接用实芯焊丝是软钢。在此，由改良9Cr_lMo钢 和共材（日文：共材）构成的焊接用实芯焊丝与软钢和共材构成的焊接用实芯焊丝相比，因 为焦耳发热大，所以熔敷量变大，高温裂纹的敏感性提高。就是说，仅通过专利文献1所述 的方法，难以解决改良9Cr-lMo钢的焊接中关于高温裂纹的课题。另外，存在由先行的电极 形成的熔渣无法由后行的电极充分熔融的风险，不适于用在反应器的环焊这样要求高品质 的地方。
[0013] 另外，为了尚效率焊接厚板，有效的是提尚焊接线能量，即，提尚焊接电流、电弧电 压，使焊接速度低一些。但是，若提高焊接线能量，则特别是在窄坡口时容易使焊道形状成 为梨形，高温裂纹的发生风险提高。这里构成问题的高温裂纹，是焊接金属中所含的P、S、 Si、Nb等的低熔点化合物凝固时在枝晶间、奥氏体结晶晶界偏析，加上焊接收缩应变而发生 的所谓凝固裂纹。
[0014] 因此，作为高温裂纹的抑制对策，将焊丝的成分，具体来说就是将P、S等杂质经超 高纯度（Extra High Purity)熔解而抑制在lOOppm以下也有效。但是，超高纯度熔解不得 不使用电子束熔解专用的特殊炉壁耐火材，由此经济性上存在难点。因此，就要求有一种即 使在一般的杂质水平下，也能够抑制高温裂纹的发生的技术。
[0015] 另外，本发明中作为对象的由改良9Cr_lMo钢和共材构成的焊接用实芯焊丝，与 1. 25Cr-0. 5Mo、2. 25Cr-l. OM〇、2. 25Cr-l. OMo-V钢和共材构成的各焊接用实芯焊丝相比，因 为焦耳发热高，熔敷量大，所以高温裂纹敏感性更高。因此，要求一种对于改良9Cr-lMo钢 能够抑制高温裂纹的发生的技术。
[0016] 另外，在双丝串列埋弧焊中，除了焊接效率的提高以外，还要求有良好的熔渣剥离 性、焊道的状态良好。
【发明内容】
[0017] 本发明鉴于上述情况而形成，其课题在于，提供一种在改良9Cr-lMo钢的窄坡口 双丝串列埋弧焊中，焊接效率优异，且熔渣剥离性和焊道的状态良好，能够抑制焊接金属的 高温裂纹的发生的焊接方法。
[0018] 用于解决课题的手段
[0019] 本发明人等进行潜心研究的结果是，发现了以下的事项。
[0020] 对于窄坡口串列焊接反复潜心研究的结果可知，通过使用本发明所规定的成分的 母材、焊丝、焊剂，并规定先行极和后行极的焊丝的送给速度、焊接速度、以两者的比计算出 的每单位长度的熔敷量，能够抑制高温裂纹的发生。
[0021] 即，本发明的窄坡口双丝串列埋弧焊方法的特征在于，以改良9Cr-lMo钢作为母 材其中含有c :0· 08~0· 12质量％、Si :0· 20~0· 50质量％、Mn :0· 30~0· 60质量％、P : 0.020质量％以下、S :0.010质量％以下、Ni :0.40质量％以下、Cr :8.00~9. 50质量％、 Mo :0· 85 ~1. 05 质量 ％、V :0· 18 ~0· 25 质量 ％、Nb :0· 06 ~0· 10 质量 ％、A1 :0· 02 质 量％以下、Ti :0. 01质量％以下、Zr :0. 01质量％以下、N :0. 030~0. 070质量％，余量是Fe 和不可避免的杂质，并使用丝径为4. ΟπιπιΦ的焊丝，其中含有C :0.03~0.08质量％、Si : 0· 05~0· 30质量％、Mn :0· 50~2. 20质量％、P :0· 015质量％以下、S :0· 010质量％以下、 Ni :0· 30 ~1. 00 质量％、Cr :8· 00 ~10. 50 质量％、Mo :0· 80 ~1. 20 质量％、V :0· 10 ~ 〇· 40 质量％、Nb :0· 020 ~0· 080 质量％、N :0· 016 ~0· 055 质量％、0 :0· 03 质量％ 以下，余 量是Fe和不可避免的杂质，利用所述焊丝与下述式（1)所示的碱度为2. 3~2. 7的焊剂的 组合，使用显示下降特性的交流电源，以先行极的焊丝送给速度\为45~90g/min，后行极 的焊丝送给速度VTS 60~110g/min，焊接速度v为30~55cm/min，每单位长度的恪敷量 为2. 8~3. 8g/cm的条件进行焊接。
[0022] 碱度=(CaF2+Ca0+Mg0+Sr0+Na20+Li20+l/2(Mn0+Fe0)V(Si0 2+l/2(Al203+Ti02+Z r02))……⑴
[0023] 在此，各化合物表示焊剂总质量中的各化合物的含量（质量％ )。
[0024] 根据这一焊接方法，以改良9Cr_lMo钢为母材的窄坡口双丝串列埋弧焊方法（以 下，适当称为埋弧焊方法或仅称为焊接方法），通过规定焊丝成分，焊接金属的蠕变断裂强 度、韧性、耐氧化性、高温强度提高，并且焊接金属的高温裂纹敏感性降低。另外，通过规定 丝径，熔敷量变得适度，焊接效率提高，并且焊接金属的高温裂纹、韧性的劣化得到抑制。
[0025] 另外，通过规定焊剂的碱度，焊接金属的韧性提高，并且焊道外观、焊道形状良好。 另外，通过使用显示下降特性的交流电源，能够进行稳定的焊接。此外，通过规定焊丝的送 给速度、焊接速度、每单位长度的熔敷量，焊接效率、焊道的状态和熔渣剥离性提高，并且焊 接金属的高温裂纹的发生得到抑制。
[0026] 发明效果
[0027] 本发明的窄坡口双丝串列埋弧焊方法，在改良9Cr_lMo钢的焊接中，焊接效率优 异并且焊道的状态良好，能够得到熔渣剥离性、耐高温裂纹性优异的焊接金属。
【附图说明】
[0028] 图1是表示本发明的焊接方法中的先行极和后行极的状态的正视图。
[0029] 图2是表示本发明的焊接方法中的焊嘴的形状的正视图。
[0030] 图3是图2所示的焊嘴的侧视图。
[0031] 图4是图2所示的焊嘴的焊嘴前端部侧的端面图。
[0032] 图5是表示本发明的焊接方法中的焊嘴的状态的正视图。
[0033] 图6是表示本发明的焊接方法中的焊嘴的状态的正视图。
[0034] 图7是表示本发明的焊接方法中的焊嘴的状态的正视图。
[0035] 图8是表示本发明的焊接方法中的焊嘴的状