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1、(10)申请公布号 CN 103028860 A (43)申请公布日 2013.04.10 CN 103028860 A *CN103028860A* (21)申请号 201210572744.1 (22)申请日 2006.10.19 11/357,862 2006.02.21 US 200610135790.X 2006.10.19 B23K 35/22(2006.01) B23K 9/00(2006.01) (71)申请人 林肯环球公司 地址 美国加利福尼亚州 (72)发明人 兰道尔M.博特 乔恩P.基亚波恩 克雷格B.达勒姆 罗伯特J.韦弗 (74)专利代理机构 北京银龙知识产权代理有限。
2、 公司 11243 代理人 金鲜英 钟海胜 (54) 发明名称 条状焊条 (57) 摘要 一种条状焊条， 用于在加工件上沉积高强度 焊接金属焊珠， 与冷却速度无关， 其上的焊接金属 的屈服强度在 85 和 125ksi 之间。焊条沉积具有 以下组分的焊接金属 ： 具有 0.80-1.85 重量 % 的 锰、 0.25-0.50重量%的钼、 1.25-2.50重量%的镍 和小于约 0.07 重量 % 的碳， 其中， 调节碳、 锰和钼 的比率以提供所沉积的焊接金属的碳当量范围约 为 0.17 到 0.30， 且优选小于 0.22。 (30)优先权数据 (62)分案原申请数据 (51)Int.Cl.。
3、 权利要求书 3 页 说明书 8 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 8 页 附图 2 页 1/3 页 2 1. 一种条状焊条， 用于在加工件上沉积高强度焊接金属焊珠， 与冷却速度无关， 其上 的焊接金属的屈服强度为约 85 125ksi， 所述焊接金属具有约 0.8-2.3 重量 % 的锰、 约 0.25-0.5 重量 % 的钼、 约 1.25-2.5 重量 % 的镍和小于约 0.07 重量 % 的碳， 其中， 调节碳、 锰 和钼的比率以提供所沉积的焊接金属约为 0.15 0.35 范围内的碳当量。 2. 如权利要求 1 。
4、所述的条状焊条， 其中， 焊条中的所述锰的范围是焊条的约 1.8 2.3 重量 %。 3. 如权利要求 1 或 2 所述的条状焊条， 其中， 焊条中的所述钼的范围是焊条的约 0.25 0.4 重量 %。 4.如权利要求13中任一项所述的条状焊条， 其中， 焊条中的所述镍的范围是焊条的 约 1.5 1.8 重量 %。 5.如权利要求14中任一项所述的条状焊条， 其中， 在焊接金属中锰与钼的比率的范 围是约 2-7 ： 1。 6. 如权利要求 1 5 中任一项所述的条状焊条， 其中， 焊条中的所述碳的范围是约 0.03 0.06 重量 %。 7. 如权利要求 6 所述的条状焊条， 其中， 焊条中的。
5、所述碳的范围是约 0.04 0.05 重 量 %。 8.如权利要求17中任一项所述的条状焊条， 其中， 沉积的焊接金属的所述碳当量的 范围是约 0.2 0.3。 9.如权利要求18中任一项所述的条状焊条， 其中， 所述焊条的中心金属棒的直径范 围是约 3/32 5/32 英寸。 10. 一种用条状焊条在加工件上焊接的方法， 其中， 所述焊条沉积焊接金属， 该焊接金 属具有约 0.8-2.3 重量 % 的锰、 约 0.25-0.5 重量 % 的钼和小于约 0.07 重量 % 的碳， 具有碳 当量约为 0.15 到 0.35， 所述方法包括 ： （a） 使用约 30-60kJ/in 范围内的产生的。
6、能量熔化所述焊条 ； （b） 当所述焊条熔化并沉积入所述加工件时， 沿所述加工件移动所述焊条。 11. 如权利要求 10 所述的方法， 其中， 所述焊条具有约 1.5-1.75 重量 % 的镍。 12. 如权利要求 10 或 11 所述的方法， 其中， 在焊接金属中所述锰与钼的比率的范围是 约 2-7 ： 1。 13. 如权利要求 10 12 中任一项所述的方法， 其中， 所述焊条的中心金属棒的直径范 围是约 3/32 5/32 英寸。 14. 如权利要求 10 13 中任一项所述的方法， 其中， 包括预热加工件到范围为约 100 300 的程间温度的步骤。 15. 一种条状焊条， 用于在加工。
7、件上沉积高强度焊接金属焊珠， 其中， 所述焊条具有小 于约2.3重量%的锰、 至少约0.25重量%的钼、 至少约1.8重量%的镍和小于约0.06重量% 的碳， 并且其中， 调节碳、 锰和钼的比率以提供焊接金属的碳当量范围约为 0.20 0.22。 16. 如权利要求 15 所述的条状焊条， 其中， 焊接金属的锰和钼的比率的范围是约 2-7 ： 1。 17.如权利要求15或16所述的条状焊条， 其中， 焊条中所述碳的范围是约0.030.06 重量 %。 权 利 要 求 书 CN 103028860 A 2 2/3 页 3 18. 如权利要求 15 17 中任一项所述的条状焊条， 其中， 所述碳当。
8、量小于约 0.22。 19.如权利要求1518中任一项所述的条状焊条， 其中， 所述焊条的直径是约3/32英 寸， 且所述焊条具有以下组分， 占焊条的重量百分比为 ： （a） 0.3-0.5% 的碳 ； （b） 1.8-2.2% 的锰 ； （c） 0.25-0.4% 的钼。 20.如权利要求1519中任一项所述的条状焊条， 其中， 所述焊条具有约1.5-1.8%的 镍。 21.如权利要求1520中任一项所述的条状焊条， 其中， 所述焊条具有小于约0.1%的 铬。 22. 如权利要求 15 20 中任一项所述的条状焊条， 其中， 所述焊条的直径是约 1/8 英 寸， 并且所述焊条具有以下组分， 。
9、占焊条的重量百分比为 ： （a） 0.3-0.5% 的碳 ； （b） 1.8-2.2% 的锰 ； （c） 0.25-0.4% 的钼。 23.如权利要求1520中任一项所述的条状焊条， 其中， 所述焊条的直径是约5/32英 寸， 并且所述焊条具有以下组分， 占焊条的重量百分比为 ： （a） 0.3-0.6% 的碳 ； （b） 1.9-2.3% 的锰 ； （c） 0.3-0.4% 的钼。 24. 一种条状焊条， 用于在加工件上沉积高强度焊接金属焊珠， 其中， 与由所述焊条形 成的焊接焊珠的冷却速度无关， 焊接金属的屈服强度在约 85ksi 125ksi 之间。 25. 如权利要求 24 所述的条状。
10、焊条， 包括控制锰、 钼、 镍与碳的量以达到所要求的与焊 接焊珠的冷却速度无关的焊接金属的屈服强度。 26.如权利要求24或25所述的条状焊条， 其中所述焊接金属具有约0.150.35的碳 当量。 27. 如权利要求 24 26 中任一项所述的条状焊条， 其中所述焊接金属具有小于约 0.07 的碳含量。 28.如权利要求2427中任一项所述的条状焊条， 在所述条状焊条中锰与钼的比率为 约 2-8 ： 1。 29. 如权利要求 24 28 中任一项所述的条状焊条， 其包括最高达到 2.3 重量 % 的锰、 最高达到 2.5 重量 % 的镍、 最高达到 0.5 重量 % 的钼以及最高达到 0.06。
11、 重量 % 的碳。 30. 一种用条状焊条在加工件上焊接的方法， 以在加工件上沉积高强度焊接金属焊 珠， 其中， 与由所述条状焊条形成的焊接焊珠的冷却速度无关， 焊接金属的屈服强度在约 85ksi 125ksi 之间， 所述方法包括 ： （a） 至少部分熔化所述焊条 ； 并且 （b） 当所述焊条熔化并沉积入所述加工件时， 沿所述加工件移动所述焊条。 31. 如权利要求 30 所述的方法， 其中， 用范围是约 30-60kJ/in 的所产生能量至少部分 熔化所述焊条。 权 利 要 求 书 CN 103028860 A 3 3/3 页 4 32. 如权利要求 30 或 31 所述的方法， 其中， 。
12、所述焊条包括控制锰、 钼、 镍与碳的量以达 到所期望的与焊接焊珠的冷却速度无关的焊接金属的屈服强度。 33.如权利要求3032中任一项所述的方法， 其中， 所述焊接金属具有约0.150.35 的碳当量。 34. 如权利要求 30 33 中任一项所述的方法， 其中， 所述焊接金属碳含量小于约 0.07 重量 %。 35. 如权利要求 30 34 中任一项所述的方法， 其中， 在所述焊接金属中锰与钼的比率 为约 2-7 ： 1。 36. 如权利要求 30 35 中任一项所述的方法， 其中， 所述焊接金属含有最高达到 1.85 重量 % 的锰、 最高达到 0.5 重量 % 的钼、 最高达到 2.5 。
13、重量 % 的镍以及小于 0.07 重量 % 的 碳。 37. 如权利要求 30 36 中任一项所述的方法， 其中， 包括预热加工件到范围为约 100 300 的程间温度的步骤。 权 利 要 求 书 CN 103028860 A 4 1/8 页 5 条状焊条 0001 本申请是原申请的申请日为 2006 年 10 月 19 日， 申请号为 200610135790.X， 发明 名称为 条状焊条 的中国专利申请的分案申请 技术领域 0002 本发明涉及电弧焊技术， 更详细地涉及新条状焊条， 其在加工件上沉积金属， 所述 金属具有通常在85ksi125ksi范围内的屈服强度， 并具有降低的屈服强度对。
14、所沉积熔融 金属冷却速度的敏感度。 背景技术 0003 在一些军事应用中， 需要以产生高屈服强度的方式使用条状焊条来进行焊接。在 军事应用中所使用条状焊条必须产生通常在 85ksi 125ksi 范围内的屈服强度。为了达 到这样的高屈服强度， 条状焊条的药皮必须含有实质量的合金化试剂如 ： 镍、 锰和钼。对于 任何给定的合金， 抗张强度是由冷却速度决定的， 因为由于它与特定钢合金的连续冷却变 化曲线 （CCT） 有关。焊接金属焊珠的强度与冷却速度敏感度同样与组合物以及钢的碳含量 和熔融焊接金属的实际冷却速度有关。已发现， 冷却速度根据加工件的尺寸和预热以及在 条状焊接过程中所使用电能的量而剧烈。
15、变化。 期望的是降低屈服强度对不同冷却速度的敏 感度， 同时保持焊接金属的合金组合物， 以便在最终的焊接中确保 85ksi 125ksi 范围内 的高屈服强度。 因此， 需要创造一种条状焊条以降低冷却速度敏感度， 这样最终的焊接对于 非常高的冷却速度及非常低的冷却速度都在高屈服强度的规范内。 发明内容 0004 本发明涉及一种条状焊条， 其将屈服强度对冷却速度的敏感度降至最低， 同时获 得高屈服强度的焊接金属沉积物。在将最终焊接金属对冷却速度敏感度降至最低的同时， 该焊条仍满足最终屈服强度的军事规范。因此， 要求焊条符合所应用的军事规范且使用新 的合金配方。该配方在焊接金属沉积物中产生最低的可。
16、能的碳当量， 同时当使用使用造成 低冷却速度的焊接热利用新焊条来焊接加工件时， 仍满足最低的屈服强度要求。当加工件 是相对薄的板时， 该焊接操作使其加热到高程间温度， 如约 300 。该焊接具有低冷却速 度。新焊条还产生具有度在 85ksi 125ksi 的规范限定内的屈服强的焊接金属。因此， 即 使在本来对焊接金属提供最小屈服强度的低冷却速度下， 使用本发明条状焊条的最终焊接 金属仍在所要求的强度范围内。 因此， 本发明的新条状焊条， 由于焊条的冷却速度敏感度降 低了， 所以允许在低冷却速度下进行焊接。同样， 当使用高冷却速度时， 新焊条仍可达到高 屈服强度， 但并不是非常高的屈服强度。 因。
17、此， 本发明包括一种新条状焊条， 其与由于高温、 使用高能量焊接薄加工件而产生的低冷却速度无关， 能达到至少最低的屈服强度， 且对由 于低温下冷焊接加工件而导致的高冷却速度也小于最大屈服强度。 0005 按照本发明， 提供了一种条状焊条， 其用于沉积高强度金属焊珠于加工件上， 此处 焊接金属的屈服强度与冷却速度无关在 85ksi 125ksi 之间。焊条具有 0.80-1.85 重量 % 说 明 书 CN 103028860 A 5 2/8 页 6 的锰、 0.25-0.50重量%的钼、 1.25-2.5重量%的镍以及小于0.07重量%的碳。 调节碳、 锰、 钼的相对比例以提供 0.17 0.。
18、30 范围内的碳当量。优选地， 碳当量范围是 0.20-0.22。使 用这种方式， 条状焊条降低了碳当量， 而使用通常量的碳、 锰及钼来产生高强度焊接金属。 该焊条用于军事应用， 如 MIL-E-22200/10C 规范。该焊条的金属杆具有通常在 3/32-5/32 英寸范围内的直径。由于新焊条具有低冷却速度敏感度， 所以焊接金属的强度通常对冷却 速度不敏感。新焊条的该特性通过在以下两种情况下使用而得到证明 ： 在具有低冷却速度 的热的高热量输入于相对薄的加工件上高能量加工时， 以及产生高冷却速度的在具有低热 量输入的厚加工件上的低电流加工时。 这些冷却速度极端情况所产生的焊接金属满足可以 应。
19、用的军事规范所要求的高屈服强度的要求。 因此， 无论高冷却速度或低冷却速度， 使用新 条状焊条的焊接金属沉积物的屈服强度均满足军事规范。 因此， 与加工件及焊接设置无关， 最终焊接金属的屈服强度仍然处于约 88ksi 122ksi 的范围内。 0006 通过将焊条的碳当量降到最低同时还保持所需要的合金组合物， 实现了能够将冷 却速度敏感度降至最低的能力， 以使最终的焊接金属达到高屈服强度。用 Pcm 公式来定义 碳当量， 该公式包括碳含量、 锰含量、 钼含量及镍含量。 其他合金组成的量是最低的， 且对所 计算的碳当量有较小的影响。 碳含量对于碳当量的贡献最大。 因为本发明包括具有大量锰、 钼、。
20、 镍的钢合金， 所以这些组分与碳是确定碳当量的基本因素。 使用的锰、 钼、 镍允许实际的 元素碳降低到小于焊接金属的 0.050 重量 %， 而仍保持与高碳合金相关的高屈服强度。 0007 将本发明的碳当量降到最低使其小于给定值， 借以由高冷却速度而造成的高强度 会低于可以应用的军事规范的最大允许屈服强度。由于镍对碳当量的影响非常小， 所以两 种调节碳当量且对高屈服强度焊接所必需的主要元素是锰和钼。 锰是强还原剂 ； 因此， 最终 焊接金属合金中的锰由于焊接过程而减少。 因此， 在某种程度上， 锰对最终碳当量的影响是 不可预见的。 认识到这个事实， 本发明重点在于增加钼且减少锰， 因为它们协同。
21、作用达到低 碳当量。 然而， 锰不能完全从焊条中排除， 因为它对还原最终焊接金属是必要的。 换句话说， 本发明包括低含量碳和控制量的锰和钼， 以达到在不使用碳的沉积焊接金属中具有低碳当 量。因为碳当量的降低， 所以最终焊接金属的冷却速度敏感度也降低了。包括在沉积焊接 金属中的锰来确保最低屈服强度， 然后， 加入钼来保持所需要的低碳当量。以这种方式， 来 降低碳当量， 但是强度保持在大于 88ksi 的水平。已经发现， 碳当量通常应在 0.18 到 0.30 的范围内， 且优选降低到 0.2 到 0.22 的范围内。该低碳当量要通过调节锰与钼的比率来获 得， 因此， 该比率通常在 2-7 ： 1。
22、 的范围内， 且优选在 3-4 ： 1 的范围内。该比率产生所期望的 屈服强度和低碳当量以降低最终焊接金属的冷却速度敏感度。 0008 本发明的另一个方面， 焊接金属的碳含量的范围是0.030.05重量%。 对具有最 大 0.07% 碳的规范， 这是一个相对低的量。通过使用低碳量， 以及通过控制锰和钼的量而获 得的碳当量， 来选择获得所需要的高屈服强度的碳当量。 按照本发明， 通过减少碳及控制锰 与钼的比来降低碳当量。 使用加工件的程间加热来测试本发明的效果 ； 然而， 当使用按照发 明配制的焊条时， 这不是必须的。 0009 本发明的一个方面是控制沉积焊接金属焊珠中锰与钼的比率的范围为 2-。
23、7 ： 1。这 与低水平碳相结合， 其中碳小于焊接金属的 0.05 重量 %。用这种方式， 焊接金属中的碳当 量降低到小于约 0.3 ； 然而， 对于最低的碳当量， 它要降低到通常为 0.17 0.22 的范围内。 将碳当量降到最低， 同时还使用可以应用的军事规范的必要合金产生高屈服强度， 即便当 说 明 书 CN 103028860 A 6 3/8 页 7 由热量及加工件决定的焊接过程具有非常低的冷却速度时， 也是如此。 0010 本发明的另一个方面， 是提供了一种用条状焊条在加工件上焊接的方法。条状焊 条用于沉积焊接金属焊珠， 该焊珠具有 0.80-1.85 重量 % 的锰， 0.25-0。
24、.50 重量 % 的钼以 及小于 0.07 重量 % 的碳， 其碳当量通常在 0.17-0.30 范围内。要最小化碳当量， 且优选 0.20-0.22。该方法包括用所产生的范围为 30-60kJ/in 的电能熔化焊条， 而且当焊条熔化 且沉积于加工件上时， 沿加工件移动焊条。锰与钼的比率范围为 2-7 比 1。本发明还预先将 加工件预热到规范所要求的通常范围为 100 300 间的程间温度。 0011 在本发明的焊条中， 硬化能力主要是通过增加钼代替锰而得到的。镍和钼在焊接 期间被可预知地补充。对于焊条， 增加钼协同减少锰而使最终焊接金属达到指定的屈服强 度。 0012 一种满足可以应用的军事。
25、规范的提供沉积的焊接金属的焊条已经在两种极端条 件下得到测试， 。第一条件包括具有低冷却速度的热焊接 ： 在具有 300 程间温度的 3/4 英 寸的板和 55kJ/in 热输入到 1G 位置下进行。另一个测试的极端条件包括具有高冷却速度 的冷焊接 ： 在具有 125 程间温度的 1.0 英寸的板和 31kJ/in 热输入到 3G 位置使用垂直向 上前进的方式进行。两个极端条件的测试表明对沉积焊接金属使用低碳当量的好处， 同时 还保持最终焊接金属所需要的屈服强度。 受两极端条件测试限制的焊接强度是最小允许屈 服强度为 88ksi 和最大允许屈服强度为 122ksi。这两个测试是这样进行的 ： 。
26、使用数据采集 系统控制每个焊条的热量输入在目标热量的 4.0kJ/in 内， 同时沿焊道的热量输入保持在 所需焊接热的 2.0kJ/in 内。两个极端条件下的测试确认减少焊接金属的碳当量会降低冷 却速度对最终焊接金属屈服强度的影响。 焊接金属保持其可以应用的军事规范中所规定的 合金配方。 0013 本发明的基本目的是提供一种条状焊条， 用于以下应用中， 其中所沉积的焊接金 属的屈服强度在约 85ksi 到 125ksi 之间。焊条的合金组合物保持在使焊接金属获得该屈 服强度， 然而， 适当地调节锰与钼， 以减少并最小化由焊条沉积的焊接金属的碳当量。以这 种方式， 焊接金属具有对冷却速度相对低的。
27、敏感度， 并且由热量输入和加工件限制而决定 的冷却速度不会造成屈服强度偏离规范。 0014 本发明的另一个目的是提供一种使用焊条的方法， 如上所述的， 在各种热量输入 及各种加工件限制下达到焊接的目的。 0015 这些或其他目的及优点将在随后的结合附图的说明中变得清晰。 附图说明 0016 图 1A 是说明当使用具有低热量输入的冷板而在所沉积的焊接金属中获得高冷却 速度时， 用于本发明的测试加工件的局部横剖图 ； 0017 图1B与图1A的视图相似， 其中测试加工件是预热过的且使用高焊接能量， 用于产 生按照本发明构成的焊条所沉积的焊接金属的低冷却速度 ； 并且 0018 图 2 是用于对按照。
28、本发明构成的焊条进行两个测试的多根焊条的焊接金属的碳 当量相对于屈服强度的曲线图， 表明降低碳当量的作用， 减少焊接金属对冷却速度敏感度 的参数。 说 明 书 CN 103028860 A 7 4/8 页 8 具体实施方式 0019 本发明涉及一种新条状焊条， 具有来沉积由军事规范所规定的焊接金属的合金组 合物， 以产生具有在 88ksi 122ksi 之间的屈服强度的焊接金属。这种新焊条沉积物具有 由 Pcm 公式所定义的降低的碳当量， 因此， 焊接金属对冷却速度的变化具有低的敏感度。该 公式是 ： 0020 0021 为了测试这种新焊条的效果， 采用两种极端条件测试过程。第一极端条件测试过。
29、 程使用图 1A 所示的加工件。在该测试过程中， 有两块板 12， 14 的加工件 10 具有厚度 a 且 设有背板 16。厚度 a 选定为 1.0 英寸。在这个第一测试中， 执行极端焊接过程， 其中， 加工 件相对厚且使用低焊接热量， 而产生非常高的冷却速度。该高冷却速度在具有指定碳含量 的专门沉积的钢内产生高屈服强度。在第一极端条件测试下， 加工件具有程间温度 125 。 大量焊条用于测试不同的碳当量。 在每个焊条的焊接过程中使用低热量输入来沉积焊接金 属焊道 20。用于条状焊条的焊机设置在约 30kJ/in 下进行加工。因此， 使每个焊条所沉积 的焊接金属焊道 20 处于高冷却速度的条件。
30、下。为了在其他极端冷却速度下测试新焊条， 进 行第二个测试， 使用如图 1B 所示的加工件。在该第二极端冷却速度中， 低的冷却速度是通 过预热由薄板 32、 34 构成的加工件 30 来实现的， 每块薄板具有厚度 b， 还设有背板 36。在 第二测试中， 厚度 b 是 3/4 英寸。预热加工件 30 到 300 作为程间温度， 结合 51-55kJ/in 的高焊接热量， 用具有不同碳当量的多根焊条来设置焊接金属焊道 40。在两个极端测试的 每个测试中， 不是造成如图 1A 所示的高冷却速度， 就是造成如图 1B 所示的低冷却速度， 在 整个焊接过程中， 输入到焊接过程中的热量保持在 4kJ/i。
31、n。这些测试使用按照本发明构成 的多根 1/8 英寸焊条， 并且具有的组成落在如表 1 所示的百分比内 ： 0022 表 1 0023 热板 冷板 军事规范 标准偏差 平均值 标准偏差 平均值 %B 0.000 0.000 %B 0.000 0.000 %C 0.004 0.042 %C 0.002 0.046 最大 0.07 %Cr 0.0112 0.080 %Cr 0.005 0.061 最大 0.4 %Cu 0.015 0.030 %Cu 0.015 0.032 %Mn 0.047 1.493 %Mn 0.058 1.608 0.80-1.85 %Mo 0.019 0.416 %Mo 0。
32、.014 0.422 0.25-0.5 %Ni 0.055 2.219 %Ni 0.031 2.217 1.25-2.5 说 明 书 CN 103028860 A 8 5/8 页 9 %P 0.003 0.017 %P 0.003 0.016 最大 0.025 %Si 0.027 0.395 %Si 0.031 0.469 最大 0.6 %S 0.002 0.006 %S 0.001 0.007 最大 0.017 %V 0.000 0.008 %V 0.000 0.008 最大 0.05 Ceq 0.007 0.204 Ceq 0.007 0.214 未提供 0024 在用于两个极端条件测试的。
33、焊条中， 碳含量保持相对低且其范围是 0.03-0.06， 并 且优选范围是 0.04-0.05。焊条中锰与钼的比保持在 4-8 ： 1 的范围内。这里给出约 2-7 ： 1 的焊接金属比。锰和钼影响形成焊接金属 20， 40 的合金的碳当量。锰在某种程度上是挥发 性的， 且部分认为会还原焊接金属 ； 因此， 在本发明中， 在如表 1 所提出的规范内减少锰且 增加钼。为确定本发明的优点， 提出图 1A， 1B 中的两个极端条件测试， 是使用稍微变化的锰 和钼的重量百分比和焊接金属的不同碳当量， 进行多次测试。碳当量由 Pcm 公式得出， 其中 对碳当量作贡献的指定合金的主要成分是碳、 锰、 钼。
34、以及较小程度的镍。 本发明在焊接金属 中含有低碳， 并且碳当量由锰和钼来控制。 0025 在计算焊接金属焊道 20， 40 合金的碳当量时， 镍的量对碳当量的影响只有钼对其 影响的 1/4。因此， 为确定不同碳当量的焊接金属 20， 40 的屈服强度， 对许多焊条进行一系 列的测试， 在标准配方内， 调节锰、 钼和镍的量。这种调节必须使这些组分保持在规范的规 定内。将锰和钼的比减小到 2-7 ： 1 的范围。该比率范围提高了钼对保持连续的焊条的计算 碳当量的更好的一致性的影响， 该焊条用于执行图 1A 的极高冷却速度步骤的测试， 或用于 执行图 1B 的极低冷却速度涉及的测试。对于不同尺寸的焊。
35、条， 对焊条的锰、 钼、 镍的调节在 表 2 所示的优选范围内。 0026 表 2 0027 0028 焊条的最小重量百分比是用在药皮中所使用的合金的最小规定和对芯焊条的最 小规定以及所允许的药皮最小百分比来计算的。它们下舍入到 0.01% 的下一位， 3/32 英寸 及 5/32 英寸焊条的其他成分与表 1 中公开的量相似。 0029 焊条的最大重量百分比是用在药皮中所使用的合金的最大规定和对芯焊条的最 说 明 书 CN 103028860 A 9 6/8 页 10 大规定以及所允许的药皮最大百分比来计算的。它们上舍入到 0.01% 的下一位。 0030 当调节焊条的锰与钼的量于表 2 中所。
36、示的范围内时， 在金属沉积物内， 锰与钼的 比保持在约 2-7 ： 1 的范围内， 且优选是约 3-4 ： 1。具有多种碳比例、 使用非常高的冷却速度 或非常低的冷却速度来对多根该焊条进行测试。 在极端低的冷却速度下对该焊条进行的测 试， 每次通过测试屈服强度、 然后测量每次测试的每一个单独焊接金属的组成来进行评价。 平均重量百分比及其标准偏差示于表 1 的左边两栏中。如图 1B 所示的低冷却速度测试， 具 有的平均焊条组成及标准偏差示于表 1 的后面栏中。这些百分数必须在表 1 最后一栏中所 示的军事规范内。包含一根调节改变焊接金属碳当量的焊条的每个测试， 来提供如图 2 所 示的曲线结构，。
37、 它是对各种具有不同调节碳当量的测试焊条所测量的屈服强度。对多根焊 条按照使用图 1A 的加工件所说明的步骤进行测试。如图 2 所示， 用多种碳当量的测试得到 的屈服强度线 100 与高标准 110（122ksi） 在点 100a 处相交。与该点 100a 相对应的碳当 量如线 120 所指示的， 通常区域是 0.30。使用如图 B1 提出的步骤进行的测试， 用于得到与 低标准屈服强度 112 相交于点 130a 的曲线 130。图 2 中的曲线 100、 130 表现为直线 ； 然而， 这样为的是简化这两个标准之间的碳当量的基本概念， 如在线140的0.17与线120的0.30 还保持屈服强。
38、度处于军事规范内。 0031 按照本发明， 焊接金属的碳当量要小于最高水平， 如 0.30。因此， 发明可以在碳当 量范围 150 内进行 ； 然而， 该范围不是发明优选的应用。优选概念包括最小化碳当量。在 实践中， 将新焊条的碳当量控制在 0.20 0.22。实践中的碳当量可以降低到最低标准， 如 线 140 所示出的约 0.17 或 0.18。碳当量的优选范围是图 2 所示的在线 140 到线 142 之间。 因此， 本发明包括一种条状焊条， 其中组分要求在焊接金属中得到屈服强度为标准 112 的 约 88ksi， 和 122ksi（标准 110） 之间， 通过调节锰与钼来在获得焊接金属的。
39、低水平碳当量， 其低于高标准， 如 0.30， 但是， 优选降低的标准， 如 0.17-0.22。为了减少焊条的碳当量的不 确定性， 焊条中锰与钼的比范围是 2-7 ： 1， 且优选在 3-4 ： 1 之间。因此， 减少锰并且增加钼。 在焊条及焊接金属中碳本身要保持在低水平， 如小于0.06且优选通常范围是0.04到0.06。 这样定义对按照本发明所构成的条状焊条及所沉积的焊接金属的限定。由图 1A、 1B 的两极 端条件测试所得到的许多焊条的沉积的焊接金属的平均屈服强度、 抗张强度以及伸长率示 于表 3 中 ： 0032 表 3 0033 说 明 书 CN 103028860 A 10 7/。
40、8 页 11 0034 在制造用于进行得到图 2 中曲线 100、 130 的测试的条状焊条中， 用于沉积为焊接 金属的金属合金在规范内选择。减少锰的量， 其仍然保证提高的屈服强度 88ksi。然后， 调 节钼的量， 使沉积物中锰与钼的比范围是 2-7 ： 1， 且优选范围是 3-4 ： 1。在焊条中锰与钼的 比通常是 5-8 ： 1。钼用于调节使用重点在于如表 2 所示的锰、 钼及镍的 Pcm 公式的化学当 量。焊接金属的碳当量范围是 0.15-0.35， 即在 0.20 0.22 的范围内。新焊条没有添加 铬。 军事规范中允许最多0.40%的铬， 但新焊条使用低于0.10%的铬以降低其在焊。
41、接过程中 的影响。在配制焊条合金并且制成焊条之后， 具有同样碳当量的两根焊条在与图 1A、 1B 相 关的说明中的两个极端冷却速度条件下进行测试。然后， 具有相同当量的两根焊条进行接 下来的测试， 并且在两个极端下得到如图 2 所示的曲线 100、 130。该测试表明， 本发明的优 点在于降低焊接金属的碳当量， 以降低对冷却速度的敏感度， 并且还达到该焊条所应用的 规范所必要的屈服强度。在新焊条中， 碳的优选范围是 0.03 到 0.06， 锰的优选范围是 1.80 到 2.30， 钼的优选范围是 0.25 到 0.40。这些均是焊条的重量百分比。焊接金属的优选碳 当量是 0.20-0.22。。
42、经测试， 新焊条用如表 1 所示的配方来制造， 且优选范围列于上面。如 由含于图 2 图中的数据以及公开于表 3 中的物性所证实的， 该步骤制得沉积具有低冷却速 度敏感度的焊接金属的焊条。使用按照本发明所构成的焊条， 焊接金属沉积物与军事规范 的比较见表 4。 0035 表 4 0036 说 明 书 CN 103028860 A 11 8/8 页 12 0037 表 4 中的宽范围的碳、 锰、 镍及钼可实施本发明， 然而， 优选范围如表 5 所示。 0038 表 5 0039 0040 本发明涉及具有高屈服强度的独特的焊条， 其中， 焊条满足必需的冶金学对焊条 的限制， 同时降低其对冷却速度变化的敏感度。 因此， 与由于热量输入的变化以及加工件种 类的变化及其温度等所引起的极端冷却速度无关， 焊条还保持屈服强度在所需的范围内， 在本发明中， 该范围是约 85ksi 125ksi 之间。这里作为参考引入了本公开最初的权利要 求。 说 明 书 CN 103028860 A 12 1/2 页 13 图 1A 图 1B 说 明 书 附 图 CN 103028860 A 13 2/2 页 14 图 2 说 明 书 附 图 CN 103028860 A 14 。