CN104259684B - 一种用于焊接x90管线钢的自保护药芯焊丝及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝及制备方法，本发明制备的自保护药芯焊丝不仅具有电弧稳定、电弧吹力大、熔化速度快、飞溅小、脱渣容易等优点，本发明具有焊接工艺性好，可全位置焊接，力学性能稳定，可以很好的解决油气管道用X90级别管线钢焊接问题，本发明获取的焊丝不仅适用于X90管线钢的焊接，同样还适用于长输管道、储油罐、桥梁、海洋平台、高层钢结构建筑等焊接。

Description

一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝及制备方法

【技术领域】

本发明涉及一种焊丝及制备方法，尤其涉及一种自保护药芯焊丝及制备方法，具体涉及一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝及制备方法。

【背景技术】

已知的，随着社会经济的快速发展，我国的石油天然气长输管线建设项目越来越多，其中包括西气东输一线，川气东送，西气东输二线和即将开工的西气东输三线等，在上述项目中管线的直径越来越大，钢的等级越来越高，2011年6月，以X80管线钢为主干的西气东输二线工程正式贯通送气，工程设计年输气能力300亿立方米，西气东输三线工程也与于2012年10月16日开工，计划2015年完工，为了满足对天然气日益增长的需求，天然气管道正在朝着长距离、高压力、大口径方向发展，使用的管线用钢的强度级别也不断提高，除X70、X80钢以外，X90等更高级别的管线钢在我国油气管线上的应用前景广阔。

但是由于X90管线钢强度级别更高，对配套焊材的强韧性提出了更高的要求，那么如何提供一种适合焊接X90管线钢的焊丝就成了本领域技术人员的技术诉求。

【发明内容】

为了克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝及制备方法，通过本发明获取的自保护药芯焊丝不仅具有电弧稳定、电弧吹力大、熔化速度快、飞溅小、脱渣容易等优点，同时本发明具有焊接工艺性好，可全位置焊接，力学性能稳定，可以很好的解决油气管道用X90级别管线钢焊接问题。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝，包括外皮和药芯粉, 所述外皮为低碳钢带，在外皮内设有药芯粉，所述药芯粉的成分按质量百分比包括如下成分：

氟钡锂LiBaF₃ 35～50%；

氟化镁MgF₂ 3～5%；

氟化钠NaF 0～4%；

氟化钙CaF₂ 1～3%；

铁红Fe₂O₃ 4～12%；

氟化稀土ReF 1～3%；

金属锰Mn 4～8%；

铝镁合金Al-Mg 10～18%；

金属镍Ni 6～10%；

金属锆Zr 0.5～2%；

金属铬Cr 0.5～2%；

金属钼Mo 0.1～0.5%；

余量为铁粉Fe。

所述的用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝，所述药芯粉在自保护药芯焊丝中的填充率为18～24%。

一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：

一、制备药芯粉：

首先将适量的氟钡锂LiBaF₃、氟化镁MgF₂、氟化钠NaF、氟化钙CaF₂、铁红Fe₂O₃ 、氟化稀土ReF、金属锰Mn、铝镁合金Al-Mg、金属镍Ni、金属锆Zr、金属铬Cr、金属钼Mo以及铁粉Fe混合并搅拌均匀后获取药芯粉；

二、制备外皮：

接上步，将低碳钢带经成型轧辊卷制成U形；

三、制备自保护药芯焊丝：

接上步，在线往U形外皮内添加药芯粉后，由成型轧辊轧制成O形的半成品焊丝，然后将半成品焊丝经细减径拉拔成成品焊丝。

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：

本发明所述的一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝及制备方法，通过本发明获取的自保护药芯焊丝不仅具有电弧稳定、电弧吹力大、熔化速度快、飞溅小、脱渣容易等优点，本发明具有焊接工艺性好，可全位置焊接，力学性能稳定，可以很好的解决油气管道用X90级别管线钢焊接问题，本发明获取的焊丝不仅适用于X90管线钢的焊接，同样还适用于长输管道、储油罐、桥梁、海洋平台、高层钢结构建筑等焊接。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例：

本发明所述的一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝，包括外皮和药芯粉,所述外皮为低碳钢带，在外皮内设有药芯粉，所述药芯粉的成分按质量百分比包括如下成分：

氟钡锂LiBaF₃ 35～50%； 氟化镁MgF₂ 3～5%；

氟化钠NaF 0～4%； 氟化钙CaF₂ 1～3%；

铁红Fe₂O₃ 4～12%； 氟化稀土ReF 1～3%；

金属锰Mn 4～8%； 铝镁合金Al-Mg 10～18%；

金属镍Ni 6～10%； 金属锆Zr 0.5～2%；

金属铬Cr 0.5～2%； 金属钼Mo 0.1～0.5%；

余量为铁粉Fe。

其中所述药芯粉在自保护药芯焊丝中的填充率为18～24%。

一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：

一、制备药芯粉：

首先将适量的氟钡锂LiBaF₃、氟化镁MgF₂、氟化钠NaF、氟化钙CaF₂、铁红Fe₂O₃ 、氟化稀土ReF、金属锰Mn、铝镁合金Al-Mg、金属镍Ni、金属锆Zr、金属铬Cr、金属钼Mo以及铁粉Fe混合并搅拌均匀后获取药芯粉；

二、制备外皮：

接上步，将低碳钢带经成型轧辊卷制成U形；

三、制备自保护药芯焊丝：

接上步，在线往U形外皮内添加药芯粉后，由成型轧辊轧制成O形的半成品焊丝，然后将半成品焊丝经细减径拉拔成成品焊丝。

本发明中氟钡锂LiBaF₃、氟化镁MgF₂、氟化钠、氟化钙CaF₂均属于金属氟化物类，氟钡锂LiBaF₃作为主要的造气和造渣剂，因为氟钡锂LiBaF₃的熔点较低约为900℃，远低于氟化钡的熔点1353℃和氟化钙的熔点1403℃。焊接过程中在电弧热的作用下氟钡锂LiBaF₃更容易被气化，形成保护气囊保护熔池和熔滴，阻止空气中的氧氮对熔池和熔滴产生侵害。氟钡锂LiBaF₃相比于氟化钡或氟化钙可以实现更短的电弧控制，更有利于全位置焊接和减少空气对熔池和熔滴的侵害，同时氟钡锂LiBaF₃在电弧热作用下更容易电离出锂离子，电离出的锂离子可以起到稳弧的作用，而氟钡锂LiBaF₃在焊接过程中分解产生的氟化钡也可以起到造气和造渣的作用。因此选用氟钡锂LiBaF₃作为主要的造气和造渣剂相比于传统的氟化钡或氟化钙可以实现一举多得的益处。

本发明在实施过程中，当金属氟化物的总含量少于40%时，其造气、造渣不充分且产生的熔渣少、容易产生气孔；当金属氟化物的总含量大于60%时，容易淌渣且焊缝中过渡的合金元素相对含量偏低，焊缝金属的强度较低。

其中铁红Fe₂O₃可以调节铁水的粘度，铁红Fe₂O₃加入量低于4份时其铁水流动性不足，不利于熔池的铺展和浸润；铁红Fe₂O₃加入量高于12份时铁水太稀，全位置焊接时容易淌渣。焊接材料使用铁红而不使用赤铁矿。

其中铝镁合金Al-Mg主要用于脱氧，当铝镁合金加入量低于10份时其脱氧不足容易产生气孔，当铝镁合金加入量高于18份时其焊缝中过渡的残留铝含量过高，导致焊缝金属中容易形成粗大的铁素体和形成氧化铝夹杂，最终影响焊缝的力学性能，尤其是低温冲击韧性。

其中氟化稀土ReF主要用于净化熔池，提高焊缝金属的低温韧性。

其中利用金属锆Zr的细晶强化作用可以提高焊缝金属的强度和韧性，达到强韧匹配之作用。

其中金属锰Mn在脱氧的同时可以提高焊缝金属的抗拉强度和韧性，含量过低焊缝金属强度过低，含量过高导致焊缝金属强度过高但韧性下降。

其中金属镍在于提高焊缝金属的低温冲击韧性。

其中金属铬作用在于提高焊缝金属的强度。

其中金属钼的在于提高焊缝金属的强度和韧性。

本发明制备药芯粉的实施如下：

实施例1：

选用氟钡锂50%，氟化镁5%，氟化钙3%，铁红Fe₂O₃ 4%，氟化稀土3%，金属锰7%，铝镁合金18%，金属镍6%，金属锆0.5%，金属铬2%，金属钼0.1%，余量铁粉制备药芯粉，填充率控制在18～24%，焊丝直径能达2.0mm。

实施例2：

选用氟钡锂35%，氟化镁3%，氟化钠1%，氟化钙1%，铁红Fe₂O₃ 6%，氟化稀土1%，金属锰8%，铝镁合金16%，金属镍10%，金属锆1.0%，金属铬0.5%，金属钼0.5%，余量铁粉制备药芯粉，填充率控制在18～24%，焊丝直径能达2.0mm。

实施例3：

选用氟钡锂49%，氟化镁5%，氟化钠4%，氟化钙2%，铁红Fe₂O₃ 12%，氟化稀土2%，金属锰4%，铝镁合金10%，金属镍8%，金属锆2%，金属铬1%，金属钼0.3%，余量铁粉制备药芯粉，填充率控制在18～24%，焊丝直径能达2.0mm。

其中填充率=【单位长度内所含所述药芯粉的重量】/【单位长度内自保护药芯焊丝的总重】，自保护药芯焊丝=【所述药芯粉+外皮】，填充率是一个范围值，在该范围值内均符合本发明的要求。

按常规方式将上述实施例中各物质混合搅拌均匀既得所述药芯粉，然后将低碳钢带经成型轧辊卷制成U形，在线往U形外皮内添加药芯粉后，由成型轧辊轧制成O形的半成品焊丝，然后将半成品焊丝经细减径拉拔成成品焊丝，自保护药芯焊丝的最小直径能达到2.0mm。

对低碳钢带的性能要求见下表。

性能	显微硬度（HV）	抗拉强度（MPa）	伸长率（%）
				保证值	188	340	44

本发明上述实施例制作的无缝自保护焊丝其熔敷金属的力学性能见下表。

根据上表数据和相关实验表明：

1、具有优良的抗风能力，能在8 m/s 的风速条件下实施焊接；

2、不需要外加保护气体，节省气体成本，可以在气体无法输送的高空、野外等场合施焊；

3、焊接工艺性能好，电弧稳定，吹力大，自保护效果好，焊缝成型美观，脱渣容易；

4、焊接电流大、熔敷效率高；

本发明产生如下积极效果：

1、本发明中所述的药芯粉在控制填充率制作出的自保护药芯焊丝，不仅具有电弧稳定、电弧吹力大、熔化速度快、飞溅小、脱渣容易等优点，而且能适用于全位置焊接；

2、焊缝金属的力学性能稳定，符合GB/T 17493-2008 《低合金钢药芯焊丝》标准中E621T8-G的要求，同时满足AWS A5.29 /A5.29M-2005 《Specification for Low-AlloySteel Electrodes for Flux Cored Arc Welding》中E91T8-G H8要求，可用于X90管线钢全位置焊接。

需要说明的是，本发明所述的自保护药芯焊丝不仅适用于X90管线钢的焊接，同样适用于长输管道、储油罐、桥梁、海洋平台、高层钢结构建筑等重要结构钢的焊接。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (2)

1.一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝，包括外皮和药芯粉, 其特征是：所述外皮为低碳钢带，在外皮内设有药芯粉，所述药芯粉的成分按质量百分比包括如下成分：

氟钡锂LiBaF₃ 35～50%；

氟化镁MgF₂ 3～5%；

氟化钠NaF 0～4%；

氟化钙CaF₂ 1～3%；

铁红Fe₂O₃ 4～12%；

氟化稀土ReF 1～3%；

金属锰Mn 4～8%；

铝镁合金Al-Mg 10～18%；

金属镍Ni 6～10%；

金属锆Zr 0.5～2%；

金属铬Cr 0.5～2%；

金属钼Mo 0.1～0.5%；

余量为铁粉Fe；

其中所述药芯粉在自保护药芯焊丝中的填充率为18～24%。

2.制备如权利要求1所述的自保护药芯焊丝的制备方法，其特征是：所述制备方法具体包括如下步骤：

一、制备药芯粉：

首先将适量的氟钡锂LiBaF₃、氟化镁MgF₂、氟化钠NaF、氟化钙CaF₂、铁红Fe₂O₃ 、氟化稀土ReF、金属锰Mn、铝镁合金Al-Mg、金属镍Ni、金属锆Zr、金属铬Cr、金属钼Mo以及铁粉Fe混合并搅拌均匀后获取药芯粉；

二、制备外皮：

接上步，将低碳钢带经成型轧辊卷制成U形；

三、制备自保护药芯焊丝：

接上步，在线往U形外皮内添加药芯粉后，由成型轧辊轧制成O形的半成品焊丝，然后将半成品焊丝经细减径拉拔成成品焊丝。