CN104816106B - 一种承压储罐专用埋弧横焊焊剂 - Google Patents

一种承压储罐专用埋弧横焊焊剂 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种承压储罐专用埋弧横焊焊剂，包括焊剂药粉和粘合剂，所述焊剂药粉包括如下重量份数的成分，氧化物38‑61份、氟化物13‑17份、金红石12‑17份、锰矿粉7‑11份、金属锰合金5‑10份、硅铁合金5‑8份、钼铁合金1‑5份、钛铁合金0.5‑2份、硼铁合金0.1‑0.5份。本发明的承压储罐专用埋弧横焊焊剂，可以显著提高冲击韧性，保证焊缝的屈强比，减少对冲击韧性的破坏，提高焊缝的综合性能，可以满足较大参数下的焊接，能够有效补充焊接过程中的合金元素的烧损，保证焊缝的力学性能符合国家标准要求。

Description

一种承压储罐专用埋弧横焊焊剂
技术领域
本发明属于焊接材料领域，尤其是涉及一种承压储罐专用埋弧横焊焊剂。
背景技术
随着我国大型承压储罐建设进入高速发展期，承压储罐焊接施工的特点是焊接任务量很大、焊接质量要求高，手工焊接方法焊接周期长，难以满足大规模生产，自动焊不仅要求高效新焊接工艺，同时对材料具有非常高的综合性能指标要求。承压储罐用钢材提高了抗拉强度、低温冲击韧性等，对配套焊接材料的抗拉强度、低温冲击韧性也提出了更高的要求，迫切需要大量的专用焊接材料，而且要满足高速高效焊接需求。目前，国外仅有少数焊材厂开发出此类性能的埋弧横焊焊接材料，但价格昂贵，因此，亟需研发适用承压储罐的埋弧横焊焊剂。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种承压储罐专用埋弧横焊焊剂，以满足承压储罐焊接工艺的需求，而且脱渣容易、焊道成型美观、焊后加工余量小，可用于大型承压储罐专用钢的焊接，保证焊接质量。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种承压储罐专用埋弧横焊焊剂，包括焊剂药粉和粘合剂，所述焊剂药粉包括如下重量份数的成分，氧化物38-61份、氟化物13-17份、金红石12-17份、锰矿粉7-11份、金属锰合金5-10份、硅铁合金5-8份、钼铁合金1-5份、钛铁合金0.5-2份、硼铁合金0.1-0.5份。
优选的，所述氧化物包括如下重量份数的成分，氧化镁与氧化钙混合物19-37份，以及三氧化二铝19-24份。
优选的，所述氟化物是氟化钙与氟化钡的混合物。
优选的，所述焊剂药粉包括如下重量份数的成分，氧化镁13-21份、氧化钙6-16份、三氧化二铝19-24份、氟化钙5-8份、氟化钡8-9份、金红石12-14份、锰矿粉7-8份、金属锰合金6-9份、硅铁合金5-6份、钼铁合金3-4份、钛铁合金0.5-2份、硼铁合金0.3-0.5份。
优选的，所述氧化镁、氧化钙以及三氧化二铝的重量份数之和为45-55份。
优选的，所述氧化镁与氧化钙的重量份数和为26-31份。
优选的，所述粘合剂为高模钾钠水玻璃，模数为3.0-3.1、钾钠质量比为2:1，高模钾钠水玻璃与焊剂药粉的重量比例为25％。
本发明还提供了如上所述的承压储罐专用埋弧横焊焊剂在承压储罐横焊中的应用。
本发明的配方分析：
氧化镁和氧化钙作用是保证焊接电弧稳定，在电弧周围形成一种还原的气氛，防止空气中的水蒸气、二氧化碳、氮气等有害气体进入熔敷金属，生成的焊接熔渣均匀地覆盖在焊缝金属表面，减缓了焊缝金属的冷却速度，并获得良好的焊缝成形，保证熔渣具有合适的熔点、黏度、密度，熔渣在电弧的高温作用下形成熔渣，发生一系列化学冶金反应，除去氧化物及硫、磷等有害杂质。
三氧化二铝是焊剂的主要组成成分，其特征在于取自煅烧α型氧化铝，通过调节三氧化二铝的含量和配比，可以控制熔渣的粘度、熔点、凝固温度，降低焊剂成品的结晶水含量以及降低有害元素S/P的含量。
氟化物的添加是本发明的关键技术，氟化物是氟化钙和氟化钡，氟化钙能够与焊缝中氢结合成氟化氢气体溢出，有利于降低电弧气氛中氢的分压，从而起到去氢作用，降低了焊缝中有害元素氢的含量，减少氢致裂纹的产生。氟化钡具有强烈的稀渣作用，能够增加熔池的流动性，保证焊缝在大参数下成形美观，其含量需适当，太少则稀渣能力不足，太多易造成电弧稳定性下降。
金红石在本发明中属于强造渣剂，可以起到稳定电弧的作用，在本发明中焊接方式为横焊焊接，与普通焊接方法在相比，需要渣壳辅助焊道成型，金红石具有较高的熔点，可以调解熔渣物理性能，能够快速冷凝，辅助焊道成型及脱渣。
锰矿粉在本发明中属于创新点，其主要作用是调节熔渣粘度、添加合金元素和脱硫。锰矿粉的主要物质是氧化锰，可与硅铁合金发生还原反应，向焊缝金属过渡锰元素。由于横焊焊剂在焊接参数较大的情况下使用，锰元素的烧损较为严重，而氧化锰既可抑制锰元素的氧化反应得进行，起到保护作用，同时与有害元素硫反应，结合成硫化物进入熔渣。
金属锰合金是良好的脱氧剂和脱硫剂，可以显著提高焊缝的强度，改善焊缝的韧性，但含量不宜过高，否则容易产生焊缝中心裂纹。
硅铁合金在本发明中非常关键，与金属锰进行联合脱氧，与锰矿粉进行反应生成金属锰，补充焊缝中的锰元素，同时可向焊缝中添加硅元素，锰硅元素能够保证焊缝的强度，但含量不能过高，过高则易导致焊缝强度过高，冲击韧性下降。
钼铁合金的添加能够显著提高焊缝的强度和韧性，通过焊剂中添加能够保证钼铁合金中钼元素进入焊缝金属中，改善焊缝金属成分结构。
钛铁合金是本发明的一项关键技术，钛元素能够提高强度塑性及低温韧性，同时改善金属的可焊性，改善焊缝表面成型，横焊焊接时，金属的可焊性对焊缝力学性能有很大的影响，尤其对焊缝的低温韧性的影响，钛元素可以调节焊缝金属的熔合比，改善焊缝组分的均匀性。
硼铁合金为本发明的创新点，少量的稀土元素硼可进一步细化晶粒，金相组织形成针状铁素体，可以满足横焊焊接用焊接材料对低温韧性的要求。
相对于现有技术，本发明所述的承压储罐专用埋弧横焊焊剂，具有以下优势：本发明的承压储罐专用埋弧横焊焊剂添加多种微量合金元素，通过细化晶粒、改善晶间组织结构，可以显著提高冲击韧性，保证焊缝的屈强比。添加特殊氟化物、氧化物能够有效降低有害元素硫、磷、氢的含量，减少对冲击韧性的破坏，提高焊缝的综合性能，本发明的合金元素含量较高，可以满足较大参数下的焊接，能够有效补充焊接过程中的合金元素的烧损，保证焊缝的力学性能符合国家标准要求。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
另外，在本发明的实施例中所提到的焊剂原材料经过严格的选料控制，对每一种原材料制定严格的化学成分范围，以及对部分原材料颗粒度进行控制，保证焊剂的颗粒强度。在生产过程中，实行全程在线监控，将药粉按一定比例配制混合，将水玻璃按照25％的重量比例加入辅料混合粉中，用最新螺旋式焊剂生产设备，将混合粉制成均匀颗粒度的焊剂，经过试验发现，焊剂的颗粒度对焊接过程中电弧稳定性有较大影响，保证焊接颗粒度均匀能够使焊接过程平稳，进而得到优良的焊缝成形，因此，本焊剂生产过程中使用焊剂优选装置。
下面通过实施例来详细说明本发明创造。
实施例一
(1)焊剂药粉中各种原材料重量份数如下表：(份)
氧化钙 氧化镁 三氧化二铝 氟化钙 氟化钡 金红石
8 13 23 7 9 12
锰矿粉 金属锰合金 硅铁合金 钼铁合金 钛铁合金 硼铁合金
7 8.5 6 4 2 0.5
(2)粘合剂为高模钾钠水玻璃，模数为3.0-3.1、钾钠比为2:1。
(3)按照上述成分制成埋弧焊剂进行检测，根据国标GB/T 12470-2003标准规定，配合承压储罐用埋弧焊丝H10Mn2，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试。焊接规范：焊接电源为直流反接，焊接热输入为18-19KJ/cm、道间温度145-150℃。
①焊剂类型：活性焊剂。
②焊剂S/P含量：
项目 S P
保证值 ≤0.035 ≤0.040
例值 0.015 0.024
③熔敷金属化学成分
项目 S P
保证值 ≤0.015 ≤0.025
例值 0.010 0.022
④熔敷金属力学性能实测值
力学项目 Rm(N/mm2) Rel(N/mm2) A(％) AKV(J)-20℃
标准值 480-600 ≥400 ≥22.0 ≥34
实测值 581 492 27.0 8593102
⑤纵向弯曲试验：面弯背弯均合格。
实施例二
(1)焊剂药粉中各种原材料重量份数如下表：(份)
氧化钙 氧化镁 三氧化二铝 氟化钙 氟化钡 金红石
14 14 20 6 9 12
锰矿粉 金属锰合金 硅铁合金 钼铁合金 钛铁合金 硼铁合金
7 7 5 4 1.6 0.4
(2)粘合剂为高模钾钠水玻璃，模数为3.0-3.1、钾钠比为2:1。
(3)按照上述成分制成埋弧焊剂进行检测，根据国标GB/T 12470-2003标准规定，配合承压储罐用埋弧焊丝H10Mn2，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试。焊接规范：焊接电源为直流反接，焊接热输入为18-19KJ/cm、道间温度145-150℃。
①焊剂类型：活性焊剂。
②焊剂S/P含量：
③熔敷金属化学成分
项目 S P
保证值 ≤0.015 ≤0.025
例值 0.011 0.021
④熔敷金属力学性能实测值
力学项目 Rm(N/mm2) Rel(N/mm2) A(％) AKV(J)-20℃
标准值 480-600 ≥400 ≥22.0 ≥34
实测值 572 484 28.5 9596114
⑤纵向弯曲试验：面弯背弯均合格。
实施例三
(1)焊剂药粉中各种原材料重量份数如下表：(份)
氧化钙 氧化镁 三氧化二铝 氟化钙 氟化钡 金红石
6 20 20 8 9 12.5
锰矿粉 金属锰合金 硅铁合金 钼铁合金 钛铁合金 硼铁合金
7.5 7 5 3 1.7 0.3
(2)粘合剂为高模钾钠水玻璃，模数为3.0-3.1、钾钠比为2:1。
(3)按照上述成分制成埋弧焊剂进行检测，根据国标GB/T 12470-2003标准规定，配合承压储罐用埋弧焊丝H10Mn2，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试。焊接规范：焊接电源为直流反接，焊接热输入为18-19KJ/cm、道间温度145-150℃。
①焊剂类型：活性焊剂。
②焊剂S/P含量：
项目 S P
保证值 ≤0.035 ≤0.040
例值 0.021 0.028
③熔敷金属化学成分
项目 S P
保证值 ≤0.015 ≤0.025
例值 0.012 0.020
④熔敷金属力学性能实测值
实施例四
(1)焊剂药粉中各种原材料重量份数如下表：(份)
氧化钙 氧化镁 三氧化二铝 氟化钙 氟化钡 金红石
11.5 16 20 6.5 9 12.7
锰矿粉 金属锰合金 硅铁合金 钼铁合金 钛铁合金 硼铁合金
7.5 6 6 3.5 1 0.3
(2)粘合剂为高模钾钠水玻璃，模数为3.0-3.1、钾钠比为2:1。
(3)按照上述成分制成埋弧焊剂进行检测，根据国标GB/T 12470-2003标准规定，配合承压储罐用埋弧焊丝H10Mn2，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试。焊接规范：焊接电源为直流反接，焊接热输入为18-19KJ/cm、道间温度145-150℃。
①焊剂类型：活性焊剂。
②焊剂S/P含量：
项目 S P
保证值 ≤0.035 ≤0.040
例值 0.017 0.027
③熔敷金属化学成分
项目 S P
保证值 ≤0.015 ≤0.025
例值 0.014 0.019
④熔敷金属力学性能实测值
⑤纵向弯曲试验：面弯背弯均合格。
实施例五
(1)焊剂药粉中各种原材料重量份数如下表：(份)
氧化钙 氧化镁 三氧化二铝 氟化钙 氟化钡 金红石
6.5 20.5 21 6 9 13.5
锰矿粉 金属锰合金 硅铁合金 钼铁合金 钛铁合金 硼铁合金
7.5 6.6 5 3 1 0.4
(2)粘合剂为高模钾钠水玻璃，模数为3.0-3.1、钾钠比为2:1。
(3)按照上述成分制成埋弧焊剂进行检测，根据国标GB/T 12470-2003标准规定，配合承压储罐用埋弧焊丝H10Mn2，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试。焊接规范：焊接电源为直流反接，焊接热输入为18-19KJ/cm、道间温度145-150℃。
①焊剂类型：活性焊剂。
②焊剂S/P含量：
项目 S P
保证值 ≤0.035 ≤0.040
例值 0.014 0.021
③熔敷金属化学成分
项目 S P
保证值 ≤0.015 ≤0.025
例值 0.009 0.018
④熔敷金属力学性能实测值
力学项目 Rm(N/mm2) Rel(N/mm2) A(％) AKV(J)-20℃
标准值 480-600 ≥400 ≥22.0 ≥34
实测值 593 495 28.0 9299114
⑤纵向弯曲试验：面弯背弯均合格。
实施例六
(1)焊剂药粉中各种原材料重量份数如下表：(份)
氧化钙 氧化镁 三氧化二铝 氟化钙 氟化钡 金红石
16 15 19 5 8 12
锰矿粉 金属锰合金 硅铁合金 钼铁合金 钛铁合金 硼铁合金
8 6.1 6 4 0.5 0.4
(2)粘合剂为高模钾钠水玻璃，模数为3.0-3.1、钾钠比为2:1。
(3)按照上述成分制成埋弧焊剂进行检测，根据国标GB/T 12470-2003标准规定，配合承压储罐用埋弧焊丝H10Mn2，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试。焊接规范：焊接电源为直流反接，焊接热输入为18-19KJ/cm、道间温度145-150℃。
①焊剂类型：活性焊剂。
②焊剂S/P含量：
项目 S P
保证值 ≤0.035 ≤0.040
例值 0.008 0.030
③熔敷金属化学成分
项目 S P
保证值 ≤0.015 ≤0.025
例值 0.009 0.017
④熔敷金属力学性能实测值
力学项目 Rm(N/mm2) Rel(N/mm2) A(％) AKV(J)-20℃
标准值 480-600 ≥400 ≥22.0 ≥34
实测值 591 484 28.0 101114119
⑤纵向弯曲试验：面弯背弯均合格。
通过上述焊接试验，验证本发明综合性能，得到如下结果：
(1)本发明焊剂脱渣容易、焊道成型美观，具有非常优良的工艺性能，能满足承压储罐横焊的焊接要求。
(2)本发明焊剂为专用烧结焊剂，能够将合金元素过渡到焊缝中，能够有效补充焊接过程中的合金元素烧损，保证焊缝综合性能。
(3)本发明焊剂能够满足大型厚壁承压储罐焊接需求，具有非常高的抗拉强度和冲击韧性。
结论：本发明的承压储罐专用埋弧横焊焊剂，焊接性能优良，焊缝成形美观，其焊缝化学成分、力学性能均能满足大型厚壁承压储罐的焊接应用，可以保证焊接质量。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种承压储罐专用埋弧横焊焊剂，包括焊剂药粉和粘合剂，其特征在于：所述焊剂药粉包括如下重量份数的成分，氧化物38-61份、氟化物13-17份、金红石12-17份、锰矿粉7-11份、金属锰合金5-10份、硅铁合金5-8份、钼铁合金1-5份、钛铁合金0.5-2份、硼铁合金0.1-0.5份；所述氧化物包括如下重量份数的成分，氧化镁与氧化钙混合物19-37份，以及三氧化二铝19-24份；所述氟化物是氟化钙与氟化钡的混合物；所述氧化镁、氧化钙以及三氧化二铝的重量份数之和为45-55份。
2.根据权利要求1所述的承压储罐专用埋弧横焊焊剂，其特征在于：所述焊剂药粉包括如下重量份数的成分，氧化镁13-21份、氧化钙6-16份、三氧化二铝19-24份、氟化钙5-8份、氟化钡8-9份、金红石12-14份、锰矿粉7-8份、金属锰合金6-9份、硅铁合金5-6份、钼铁合金3-4份、钛铁合金0.5-2份、硼铁合金0.3-0.5份。
3.根据权利要求1所述的承压储罐专用埋弧横焊焊剂，其特征在于：所述氧化镁与氧化钙的重量份数和为26-31份。
4.根据权利要求1～3任一项所述的承压储罐专用埋弧横焊焊剂，其特征在于：所述粘合剂为高模钾钠水玻璃，模数为3.0-3.1、钾钠质量比为2:1，高模钾钠水玻璃与焊剂药粉的重量比例为25％。
5.如权利要求1～3任一项所述的承压储罐专用埋弧横焊焊剂在承压储罐横焊中的应用。
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