CN104308394A - 一种钢材焊剂及其应用工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢材焊剂，包括以下质量百分数的组分：SiO2：20.0～24.0％、ZrO2：8.0～9.5％、MgO：21.0～23.0％、CaO：3.0～5.5％、Al2O3：9.5～11.0％、CaF2：10.0～11.0％、TiFe：3.5～4.0％、Na2SiF6：0.8～1.5％、Ni：11.0～14.0％、Cr：2.0～10.0％。本发明提供的一种钢材焊剂能够提高奥氏体钢和双相钢的埋弧焊焊接效率，避免焊接过快影响焊接性能。此外，本发明还提拱了一种钢材焊剂的应用工艺，以配合本发明所提供的一种钢材焊剂，从而提高焊接性能，避免钢材的焊接母材受污染。

Description

一种钢材焊剂及其应用工艺
技术领域
本发明涉及一种钢材焊剂及其应用工艺，具体涉及一种适用于奥氏体钢和双相钢的埋弧焊焊接剂及其应用工艺，属于钢材焊接工艺技术领域。 
背景技术
奥氏体钢，具体的例如奥氏体钢316和奥氏体钢316L等，它们具有优异的耐高温性能、加工硬化性能和抗腐蚀性能，并且可以使用在恶劣环境中。双相钢是一种以铁素体和奥氏体为基体的合金材料，由于其结构中具有50％α+50％γ的双相组织结构的特点，因而兼有奥氏体钢和铁素体钢的性质和优点：与铁素体钢相比，双相钢韧性高，脆性转变温度低，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高；同时又保留了铁素体钢的一些特点，如导热系数高、线膨胀系数小、具有超塑性等；基于上述优点使得双相钢在国内外海洋石油和石化行业中已经得到了广泛的应用。 
埋弧焊具有自动程度高、焊接效率高、焊接质量稳定且易控制的优点，开发一种适用于奥氏体钢和双相钢的埋弧焊焊接剂是应用埋弧焊焊接奥氏体钢和双相钢的前提。采用常规碱性焊接剂，奥氏体钢和双相钢的埋弧焊焊接效率难以提高，焊接过快会显著影响焊接性能；此外，在高效地埋弧焊作业中，焊接剂如果与焊接工艺的配合不恰当，不仅会造成焊接性能不佳，还会造成奥氏体钢和双相钢的焊接母材受污染，既影响母材的抗腐蚀性能，又会改变母材的力学性能，使施工的钢结构设施整体上存在不可预知的风险。 
发明内容
本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种钢材焊剂，能够提高奥氏体钢和双相钢的埋弧焊焊接效率，避免焊接过快影响焊接性能。 
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下： 
提供一种钢材焊剂，包括以下质量百分数的组分： 
SiO2：20.0～24.0％、ZrO2：8.0～9.5％、MgO：21.0～23.0％、CaO：3.0～5.5％、Al2O3：9.5～11.0％、CaF2：10.0～11.0％、TiFe：3.5～4.0％、Na2SiF6：0.8～1.5％、Ni：11.0～14.0％、Cr：2.0～10.0％。 
优选地，所述的一种钢材焊剂，包括以下质量百分数的组分： 
SiO2：22.0％、ZrO2：9.0％、MgO：22.0％、CaO：4.0％、Al2O3：10.0％、CaF2：11.0％、TiFe：3.5％、Na2SiF6：0.8％、Ni：13.0％、Cr：5.7％。 
本发明的另一个目的在于提供一种钢材焊剂的应用工艺，能够很好地配合本发明所提供的一种钢材焊剂，从而提高焊接性能，避免奥氏体钢和双相钢的焊接母材受污染，从而避免影响母材的抗腐蚀性能及其力学性能。 
本发明提供的一种钢材焊剂的应用工艺，包括以下步骤： 
1)坡口处理：对焊口两侧进行打磨，直至露出金属光泽，且在焊接前对坡口和两侧采用丙酮或酒精进行擦洗； 
2)氩弧焊打底：电流为60～100安培，电压为10～20伏特，焊接速度为50～80毫米/分钟，熔池通保护气体氩气并且通背保护气体氩气，氩气流量均为5～10升/分钟； 
3)埋弧焊填层：电流为800～1000安培，电压为30～40伏特，焊接速度为2.0～3.0米/分钟； 
4)埋弧焊盖面：电流为800～1000安培，电压为30～40伏特，焊接速度为3.0～5.0米/分钟； 
上述步骤3)和步骤4)中所用的焊剂包括如下质量百分数的组分： 
SiO2：20.0～24.0％、ZrO2：8.0～9.5％、MgO：21.0～23.0％、CaO：3.0～5.5％、Al2O3：9.5～11.0％、CaF2：10.0～11.0％、TiFe：3.5～4.0％、Na2SiF6：0.8～1.5％、Ni：11.0～14.0％、Cr：2.0～5.0％。 
作为对上述技术方案的进一步优选，在所述步骤2)、步骤3)和步骤4)的焊接过程中应控制层间温度小于等于150℃。 
本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下： 
本发明所述的一种钢材焊剂及其应用工艺，使奥氏体钢和双相钢的埋弧焊焊接效率较高，可以达到3米/分钟，尽管与普通埋弧焊的焊接效率相比，依然落后很多，但相比较可以应用于双相钢埋弧焊的其它焊剂，焊接效率已经大大提高；此外，本发明还提供了一种钢材焊剂的应用工艺，能够很好地配合本发明所提供的一种钢材焊剂，从而提高焊接性能，避免奥氏体钢和双相钢的焊接母材受污染，从而避免影响母材的抗腐蚀性能及其力学性能。 
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。 
具体实施例一 
本实施例采用的一种钢材焊剂的应用工艺，涉及的焊接母材为一种奥氏体钢，其元素构成为(质量百分数)：C≤0.03％，Si≤1.00％，Mn≤2.00％，P≤0.035％，S≤0.03％，Ni：12.0～15.0％，Cr：16.0～18.0％，Mo：2.0～3.0％，余量Fe；包括以下步骤： 
1)坡口处理：对焊口两侧进行打磨，直至露出金属光泽，且在焊接前对坡口和两侧采用丙酮或酒精进行擦洗。 
2)氩弧焊打底：选用H03Cr22Ni8Mo3N焊丝；电流为60～100安培，电压为10～20伏特，焊接速度为50～80毫米/分钟，熔池通保 护气体氩气并且通背保护气体氩气，氩气流量均为5～10升/分钟，保护气体氩气纯度应大于等于99.99％；焊接过程中应控制层间温度小于等于150℃；优选地，可以在V型坡口处由4个点对称同时进行焊接，以降低焊接变形。 
3)埋弧焊填层：选用H03Cr22Ni8Mo3N焊丝；电流为800～1000安培，电压为30～40伏特，焊接速度为2.0～3.0米/分钟；焊接过程中应控制层间温度小于等于150℃；优选地，可以在焊缝两端对称同时进行焊接，以降低焊接变形。 
4)埋弧焊盖面：选用H03Cr22Ni8Mo3N焊丝；电流为800～1000安培，电压为30～40伏特，焊接速度为3.0～5.0米/分钟；焊接过程中应控制层间温度小于等于150℃；优选地，可以在焊缝两端对称同时进行焊接，以降低焊接变形。 
上述步骤3)和步骤4)中所用的焊剂包括如下质量百分数的组分： 
SiO2：22.0％、ZrO2：9.0％、MgO：22.0％、CaO：4.0％、Al2O3：10.0％、CaF2：11.0％、TiFe：3.5％、Na2SiF6：0.8％、Ni：13.0％、Cr：5.7％。 
具体实施例二 
除步骤3)和步骤4)中所用的焊剂外，本实施例所涉及的焊接母材和采用的焊接工艺同具体实施例一，本实施例在步骤3)和步骤4)中所用的焊剂包括如下质量百分数的组分： 
SiO2：24.0％、ZrO2：9.5％、MgO：21.0％、CaO：3.0％、Al2O3：11.0％、CaF2：10.0％、TiFe：3.5％、Na2SiF6：1.5％、Ni：14.0％、Cr：2.5％。 
具体实施例三 
除步骤3)和步骤4)中所用的焊剂外，本实施例所涉及的焊接母材和采用的焊接工艺同具体实施例一，本实施例在步骤3)和步骤 4)中所用的焊剂包括如下质量百分数的组分： 
SiO2：20.0％、ZrO2：8.0％、MgO：23.0％、CaO：5.5％、Al2O3：9.5％、CaF2：11.0％、TiFe：4.0％、Na2SiF6：0.8％、Ni：11.0％、Cr：7.2％。 
具体实施例四 
本实施例采用的一种钢材焊剂的应用工艺，涉及的焊接母材为一种双相钢，其元素构成为(质量百分数)：C≤0.03％，Si≤1.00％，Mn≤2.00％，P≤0.03％，S≤0.03％，Ni：4.5～6.5％，Cr：21.0～23.0％，Mo：2.5～3.5％，余量Fe；包括以下步骤： 
1)坡口处理：对焊口两侧进行打磨，直至露出金属光泽，且在焊接前对坡口和两侧采用丙酮或酒精进行擦洗。 
2)氩弧焊打底：选用H08Cr19Ni12Mo2Si焊丝；电流为60～100安培，电压为10～20伏特，焊接速度为50～80毫米/分钟，熔池通保护气体氩气并且通背保护气体氩气，氩气流量均为5～10升/分钟，保护气体氩气纯度应大于等于99.99％；焊接过程中应控制层间温度小于等于100℃；优选地，可以在V型坡口处由4个点对称同时进行焊接，以降低焊接变形。 
3)埋弧焊填层：选用H08Cr19Ni12Mo2Si焊丝；电流为800～1000安培，电压为30～40伏特，焊接速度为2.0～3.0米/分钟；焊接过程中应控制层间温度小于等于100℃；优选地，可以在焊缝两端对称同时进行焊接，以降低焊接变形。 
4)埋弧焊盖面：选用H08Cr19Ni12Mo2Si焊丝；电流为800～1000安培，电压为30～40伏特，焊接速度为3.0～5.0米/分钟；焊接过程中应控制层间温度小于等于100℃；优选地，可以在焊缝两端对称同时进行焊接，以降低焊接变形。 
上述步骤3)和步骤4)中所用的焊剂包括如下质量百分数的组分： 
SiO2：22.0％、ZrO2：9.0％、MgO：22.0％、CaO：4.0％、Al2O3：10.0％、CaF2：11.0％、TiFe：3.5％、Na2SiF6：0.8％、Ni：13.0％、Cr：5.7％。 
具体实施例五 
除步骤3)和步骤4)中所用的焊剂外，本实施例所涉及的焊接母材和采用的焊接工艺同具体实施例四，本实施例在步骤3)和步骤4)中所用的焊剂包括如下质量百分数的组分： 
SiO2：23.0％、ZrO2：8.5％、MgO：22.0％、CaO：4.0％、Al2O3：9.5％、CaF2：10.0％、TiFe：4.0％、Na2SiF6：1.0％、Ni：13.0％、Cr：5.0％。 
具体实施例六 
除步骤3)和步骤4)中所用的焊剂外，本实施例所涉及的焊接母材和采用的焊接工艺同具体实施例四，本实施例在步骤3)和步骤4)中所用的焊剂包括如下质量百分数的组分： 
SiO2：22.0％、ZrO2：9.0％、MgO：21.5％、CaO：4.5％、Al2O3：10.0％、CaF2：10.5％、TiFe：3.8％、Na2SiF6：1.2％、Ni：12.0％、Cr：5.5％。 
对照实施例一 
本实施例采用的一种钢材焊剂的应用工艺，涉及的焊接母材为一种双相钢，其元素构成为(质量百分数)：C≤0.03％，Si≤1.00％，Mn≤2.00％，P≤0.03％，S≤0.03％，Ni：4.5～6.5％，Cr：21.0～23.0％，Mo：2.5～3.5％，余量Fe；包括以下步骤： 
1)焊接材料：选用H08Cr19Ni12Mo2Si焊丝。 
2)坡口处理：采用机械方法，坡口型式为V型；坡口加工完毕后，对焊口两侧进行打磨，直至露出金属光泽，且在焊接前对坡口和两侧采用丙酮或酒精进行擦洗。 
3)焊前预热：预热温度应大于等于20℃。 
4)氩弧焊打底：电流为60～80安培，电压为10～15伏特，焊接速度为50～60毫米/分钟，并且通背保护气体氩气，保护气体氩气纯度应大于等于99.99％，流量为5～10升/分钟；焊接过程中应控制层间温度小于等于100℃；优选地，可以在V型坡口处由4个点对称同时进行焊接，以降低焊接变形。 
5)埋弧焊填层：电流为500～700安培，电压为30～40伏特，焊接速度为0.7～1.0米/分钟；焊接过程中应控制层间温度小于等于100℃；优选地，可以在焊缝两端对称同时进行焊接，以降低焊接变形。 
6)埋弧焊盖面：电流为400～500安培，电压为30～40伏特，焊接速度为0.9～1.2米/分钟；焊接过程中应控制层间温度小于等于100℃；优选地，可以在焊缝两端对称同时进行焊接，以降低焊接变形。 
上述步骤5)和步骤6)中所用的焊剂包括如下质量百分数的组分： 
SiO2和TiO2：37.0～41.0％，CaO和MgO：24.0～27.0％，Al2O3和MnO：24.0～26.0％，CaF2：9.0～10.5％，S≤0.06％，F≤0.08％。 
对照实施例二 
本实施例采用的一种钢材焊剂的应用工艺，涉及的焊接母材同对照实施例一，包括以下步骤： 
1)坡口处理：对焊口两侧进行打磨，直至露出金属光泽，且在焊接前对坡口和两侧采用丙酮或酒精进行擦洗。 
2)氩弧焊打底：选用H08Cr19Ni12Mo2Si焊丝；电流为60～100安培，电压为10～20伏特，焊接速度为50～80毫米/分钟，熔池通保护气体氩气并且通背保护气体氩气，氩气流量均为5～10升/分钟，保护气体氩气纯度应大于等于99.99％；焊接过程中应控制层间温度小于等于100℃；优选地，可以在V型坡口处由4个点对称同时进行 焊接，以降低焊接变形。 
3)埋弧焊填层：选用H03Cr22Ni8Mo3N焊丝；电流为800～1000安培，电压为30～40伏特，焊接速度为2.0～3.0米/分钟；焊接过程中应控制层间温度小于等于100℃；优选地，可以在焊缝两端对称同时进行焊接，以降低焊接变形。 
4)埋弧焊盖面：选用H03Cr22Ni8Mo3N焊丝；电流为800～1000安培，电压为30～40伏特，焊接速度为3.0～5.0米/分钟；焊接过程中应控制层间温度小于等于100℃；优选地，可以在焊缝两端对称同时进行焊接，以降低焊接变形。 
上述步骤3)和步骤4)中所用的焊剂包括如下质量百分数的组分： 
SiO2：20.0％、ZrO2：8.0％、MgO：23.0％、CaO：5.5％、Al2O3：9.5％、CaF2：11.0％、TiFe：4.0％、Na2SiF6：0.8％、Ni：11.0％、Cr：7.2％。 
具体实施例一至六和对照实施例一至二的测试结果 
以10毫米厚、20毫米宽的母材为例，上述焊接工艺获得的焊接位置性能如下列表1所述： 
表1： 
在上述表1中的抗拉强度是依照中国国家标准GB/T2651-2008规定的方法获得的测定值，单位为MPa；在上述表1中的侧弯性能是依照中国国家标准GB/T2653-2008规定的方法进行的检测，其中压头直径为4倍母材厚度，弯曲角为90度。 
以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。 

Claims (4)

1.一种钢材焊剂，其特征是，包括以下质量百分数的组分：
SiO2：20.0～24.0％、ZrO2：8.0～9.5％、MgO：21.0～23.0％、CaO：3.0～5.5％、Al2O3：9.5～11.0％、CaF2：10.0～11.0％、TiFe：3.5～4.0％、Na2SiF6：0.8～1.5％、Ni：11.0～14.0％、Cr：2.0～10.0％。
2.如权利要求1所述的一种钢材焊剂，其特征是，包括以下质量百分数的组分：
SiO2：22.0％、ZrO2：9.0％、MgO：22.0％、CaO：4.0％、Al2O3：10.0％、CaF2：11.0％、TiFe：3.5％、Na2SiF6：0.8％、Ni：13.0％、Cr：5.7％。
3.一种钢材焊剂的应用工艺，其特征是，包括以下步骤：
1)坡口处理：对焊口两侧进行打磨，直至露出金属光泽，且在焊接前对坡口和两侧采用丙酮或酒精进行擦洗；
2)氩弧焊打底：电流为60～100安培，电压为10～20伏特，焊接速度为50～80毫米/分钟，熔池通保护气体氩气并且通背保护气体氩气，氩气流量均为5～10升/分钟；
3)埋弧焊填层：电流为800～1000安培，电压为30～40伏特，焊接速度为2.0～3.0米/分钟；
4)埋弧焊盖面：电流为800～1000安培，电压为30～40伏特，焊接速度为3.0～5.0米/分钟；
上述步骤3)和步骤4)中所用的焊剂包括如下质量百分数的组分：
SiO2：20.0～24.0％、ZrO2：8.0～9.5％、MgO：21.0～23.0％、CaO：3.0～5.5％、Al2O3：9.5～11.0％、CaF2：10.0～11.0％、TiFe：3.5～4.0％、Na2SiF6：0.8～1.5％、Ni：11.0～14.0％、Cr：2.0～5.0％。
4.如权利要求3所述的一种钢材焊剂的应用工艺，其特征是，在所述步骤2)、步骤3)和步骤4)的焊接过程中应控制层间温度小于等于150℃。
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