CN104668816A - 一种低合金钢窄间隙焊接用埋弧焊焊剂及其制备方法 - Google Patents

一种低合金钢窄间隙焊接用埋弧焊焊剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低合金钢窄间隙焊接用埋弧焊焊剂及其制备方法，采用了高碱度的MgO-CaO-Al2O3-CaF渣系，主要以氟化钙、三氧化二铝、硅灰石、大理石、硅铁、锰铁为原料制成。获得该焊剂的方法主要包括(1)按照比例干混；(2)去杂；(3)加入粘合剂，湿混；(4)烘焙并高温烧结的步骤。本发明焊剂碱度为2.0-3.0，焊接可获得低氢、低氧、超低P、S含量杂质的熔敷金属，从而可保证其具有优良的综合机械性能；与较纯净低合金钢焊丝匹配焊接时，焊剂不向熔敷金属增加硫S、磷P；具有优良的合金过渡能力。

Description

一种低合金钢窄间隙焊接用埋弧焊焊剂及其制备方法
技术领域
本发明属于焊接材料领域，是一种通用型低合金钢焊接用埋弧焊焊剂及其制备方法，对于大厚壁深窄坡口具有良好的适应性，主要适用于核电反应堆、石油化工容器、化肥合成塔等压力容器的焊接。
背景技术
随着我国经济的快速发展，对于电力、石油天然气等资源的需求正持续快速增长，核反应堆压力容器、石油加氢反应器等压力容器不仅在数量上增长，而单个容器也正向着厚壁大型化方向发展。由于这些压力容器都要在高温、高压、强辐照、临氢等条件下工作，对压力容器的制造技术和工艺要求越来越高。容器焊接技术，不仅要求获得强度、韧性匹配良好的熔敷金属，厚壁容器的窄间隙埋弧焊接更要求焊剂具有良好的深窄坡口脱渣能力。
现有开发的低合金钢通用焊剂往往不能满足窄间隙坡口焊接，尤其是对于壁厚超过200mm的深窄坡口焊接时，普遍脱渣性不好。
发明内容
鉴于现状，本发明旨在提供一种新型低合金钢窄间隙焊接用埋弧焊剂，利用其高碱度超低杂质且低消耗的特点，可以与大部分低合金钢匹配焊接，不仅可获得强度、韧性匹配良好的焊缝金属，并且焊接工艺性优良、对厚壁窄间隙坡口具有强的适应性，解决了现有技术中对于大型厚壁压力容器的焊接问题。
本发明主要是通过以下技术方案实现的：一种低合金钢窄间隙焊接用埋弧焊焊剂，其特征在于：所述焊剂成分及相应的重量百分比含量分别为：镁砂(MgO)：25～35％，三氧化二铝(Al2O3)：10～20％，萤石(CaF2)：20～25％，大理石(CaCO3)：5～13％，硅灰石(CaO·SiO2)：10～15％，硅铁(Si-Fe)：0～0.5％,锰铁(Mn-Fe)：0.5～2.0％。
具体包括如下步骤：
(1)按照各成分的重量百分比范围，分别称取各原材料，所述原材料为镁砂、氟化钙、三氧化二铝、硅灰石、大理石、硅铁、锰铁，进行配料并干混；
(2)将干混均匀的物料过筛，筛子目数为40目，去除物料中的夹杂物，并进行初步混合；
(3)将过筛后的物料进行复称后加入粘合剂，将物料湿混均匀；(4)将湿混均匀的物料传送到造粒盘，进行造粒；
(5)将造粒完成的物料进行烘焙，然后高温烧结成型；
(6)将高温烧结成型的物料过筛，过筛后的颗粒包装为成品。
干混在常温下进行。
所述粘合剂采用钾钠水玻璃加入量为干混料重量的20％。
物料进行烘焙的温度为100～150℃，高温烧结成型的温度为650～800℃。
对高温烧结成型物料过筛，选择大于10目而小于80目的颗粒作为成品。
本发明具有如下优点：
1、本发明焊剂碱度为2.0-3.0，由于碱度较高原材料选用精良，焊接可获得低氢、低氧、超低P、S含量杂质的熔敷金属，从而可保证其具有优良的综合机械性能；且与较纯净(硫S、磷P≤0.01)低合金钢焊丝匹配焊接时，焊剂不向熔敷金属增加硫S、磷P；具有优良的合金过渡能力，镍(Ni)、钼(Mo)等贵重合金过渡系数均在90％以上，硅(Si)、锰(Mn)类合金过渡系数可达35％。
2、本焊剂通过优选多种原材料，并进行合理的配比设计，焊接渣壳强度适中，渣壳中陶瓷层薄，而疏松空洞层较厚，从而实现在厚壁窄间隙坡口焊接时，焊渣为碎短渣，可在较高温度下自动脱落；且熔渣高温流动性好，与两侧母材润湿良好；焊纹细密、成形美观。
3、焊剂熔化量少，焊剂与焊丝消耗量比例为0.9左右，降低了焊剂的消耗率。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为实施例中焊接试板坡口组装示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本发明提供一种低合金钢窄间隙焊接用埋弧焊焊剂，这是一种新型高碱度超低氢烧结型焊剂，其特征是该焊剂采用了高碱度的MgO-CaO-Al2O3-CaF渣系，这种焊剂的成分及重量百分比为：镁砂(MgO)：25～35％，三氧化二铝(Al2O3)：10～20％，萤石(CaF2)：20～25％，大理石(CaCO3)：5～13％，硅灰石(CaO·SiO2)：10～15％，硅铁(Si-Fe)：0～0.5％，锰铁(Mn-Fe)：0.5～2.0％。
本焊剂在采用上述原材料时，限定矿物原材料纯度≥95％，粒度要求100％过100目；硅铁(Si-Fe)限定为Si含量为40.0～47.0％，锰铁(Mn-Fe)限定为Mn含量为85.0～90.0％。
获得含有上述成分及含量的焊剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照重量百分比称取25～35％的镁砂(MgO)、20～25％的氟化钙(CaF)、10～20％的三氧化二铝(Al2O3)、10～15％的硅灰石(CaO·SiO2)、5～13％的大理石(CaCO3)、0.5％的硅铁(Si-Fe)、0.5～2.0％的锰铁(Mn-Fe)，进行配料并干混料；
(2)将所述干混均匀的物料进行过筛，筛子目数选为40目，严格意义上应该称取的物料全部通过过筛，这样可去除物料中的极少夹杂物和硬化物质，并进行初步混合；
(3)将筛下的物料进行复称后加入粘合剂，将物料湿混均匀；
(4)将湿混均匀的物料传送到造粒盘，进行造粒；
(5)将造粒完成的物料进行烘焙，然后高温烧结成型；
(6)将高温烧结成型的物料过筛，过筛后的筛下颗粒物为成品。
前述的这种制备方法中，其中干混料是在常温下进行就可以。
前述的这种制备方法中，其中粘合剂可采用钾钠水玻璃，该水玻璃的加入量为干混合物料重量的20％，加入水玻璃将该干混物料调湿是在常温下进行。
前述的这种制备方法中，其中将加入粘合剂调湿均匀的物料进行烘焙的温度为100～150℃，保温时间约0.5～1小时，高温烧结成型的温度为650～800℃，保温时间约1～1.5小时。
前述的这种制备方法中，将高温烧结成型的物料过筛，是选择两次过筛，第一次是过10目筛子，然后将10目筛子的筛下物继续过第二次筛，第二次筛子的目数是80目，然后留下80目筛子的筛上物，选择大于10目而小于80目的颗粒作为成品进行包装，是为了确保焊剂的松装比，保证焊接时具有良好的工艺性。
下面是一种制备的实施例以及验证结果：
(1)按照表1实施例1的重量百分含量，称取焊剂各组原材料，并在常温下进行干混料；
(2)将干混料用40目筛过筛，去除物料中的夹杂物，并进行初步混合；
(3)过筛的物料进行复称，复称的方法为：取每单份干混料的重量为50±0.5Kg，然后在每份中加入10kg钾钠水玻璃，将物料在常温下湿混均匀；
(4)将湿混均匀的物料传送到造粒盘，进行造粒；
(5)将造粒完成的物料在150±5℃的温度下进行烘焙，并在650～800℃的高温烧结成型；
(6)将高温烧结成型的物料进行过筛，选择大于10目而小于80目之间的颗粒作为成品进行包装。
经检验，本发明焊剂碱度为2.0～3.0。
成品焊剂检验：按每400kg焊剂中抽样50g检验上述样品，用AxiosX射线荧光分析仪对抽取样品进行成分检测，并与焊剂设计成分对比，发现误差在2％以内，所以为合格品。
取表1实施例2的配方，按照上述工艺配置焊剂后进行检验，同样发现其误差在2％以内，所以为合格品。
表1 实施例焊剂成分
用制作的焊剂匹配表2中两种焊丝进行焊接，焊接试板组装方式见图1，图中焊接坡口角度α＝15°，试板壁厚25mm。焊缝熔敷金属成分见表2。
表2 实施例焊丝及焊缝熔敷金属成分
试板焊接过程中，各实施例配方焊剂过程稳定，渣壳硬度适中，较高温度自动脱落，渣壳为碎短渣，极易从坡口中清除。
对比表2中数据可以看出，焊缝熔敷金属氢含量极低，且杂质元素P、S含量很低；且与焊丝相比，P含量普遍降低，合金Ni、Mo过度系数均为90％以上，合金损失少。
焊后金属进行回火热处理，检测焊缝力学性能，表3为试板熔敷金属各项力学性能。
表3 实施例焊缝金属性能
由此可见，本发明焊剂通过优选多种原材料，并进行合理的配比设计，碱度较高(2.0～3.0)，原材料选用精良，焊接可获得低氢、低氧、超低P、S含量杂质的熔敷金属，从而可保证其具有优良的综合机械性能；与较纯净(硫S、磷P≤0.01)低合金钢焊丝匹配焊接时，焊剂不向熔敷金属增加硫S、磷P；具有优良的合金过渡能力，镍(Ni)、钼(Mo)等贵重合金过渡系数均在90％以上，硅(Si)、锰(Mn)类合金过渡系数可达35％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低合金钢窄间隙焊接用埋弧焊焊剂，其特征在于：所述焊剂成分及相应的重量百分比含量分别为：镁砂(MgO)：25～35％，三氧化二铝(Al2O3)：10～20％，萤石(CaF2)：20～25％，大理石(CaCO3)：5～13％，硅灰石(CaO·SiO2)：10～15％，硅铁(Si-Fe)：0～0.5％,锰铁(Mn-Fe)：0.5～2.0％。
2.一种制备如权利要求1所述低合金钢窄间隙焊接用埋弧焊焊剂的方法，包括如下步骤：
(1)按照各成分的重量百分比范围，分别称取各原材料，所述原材料为镁砂、氟化钙、三氧化二铝、硅灰石、大理石、硅铁、锰铁，进行配料并干混；
(2)将干混均匀的物料过筛，筛子目数为40目，去除物料中的夹杂物，并进行初步混合；
(3)将过筛后的初混物料进行复称后加入粘合剂，将物料湿混均匀；
(4)将湿混均匀的物料传送到造粒盘，进行造粒；
(5)将造粒完成的物料进行烘焙，然后高温烧结成型；
(6)将高温烧结成型的物料过筛，过筛后的颗粒包装为成品。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：干混在常温下进行。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述粘合剂采用钾钠水玻璃加入量为干混料重量的20％。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：物料进行烘焙的温度为100～150℃，高温烧结成型的温度为650～800℃。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：对高温烧结成型物料过筛，选择大于10目而小于80目的颗粒作为成品。
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