CN104972243A - 一种x80管线钢埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法 - Google Patents

一种x80管线钢埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法，解决X80管线钢焊接过程中含有卤族元素的烧结焊剂容易发生不完全燃烧的情况，产生许多有毒物质以及酸性或腐蚀性气体，对人体健康和环境有潜在的威胁的技术问题。同时，提高碱度改善焊缝金属的低温冲击韧性。另外，使得焊接过程的导电性增强以及提高焊接接头抗电化学腐蚀能力。其中，焊剂的化学成分重量包括：MgO45～55wt.%，Al2O33～5wt.%，CaO3～4wt.%，SiO25～8wt.%，MnO2～3wt.%，TiO22～3wt.%，FeO3～5wt.%，ZrO28～10wt.%，Na2O5～10wt.%，K2O5～10wt.%。

Description

一种X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法
技术领域
本发明属于焊剂领域，具体涉及一种X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法。
背景技术
随着石油天然气等运输管道的不断建设和扩大，尤其是在环境恶劣地区，对管线钢的要求更加严格，为了满足其恶劣环境的要求以及降低生产成本，X80管线钢是常用的管线钢，但是与之相匹配的烧结焊剂却相对滞后。
埋弧焊接是一种高效率、自动化程度高的焊接方法，我国自20世纪50年代开始生产埋弧焊焊剂，随着埋弧焊和电渣焊在生产中的广泛应用，我国的焊剂生产也得到了长足的发展。我国目前烧结焊剂的用量更大一些。但随着焊接技术的不断提高，由于烧结焊剂具有许多优越性，且焊剂的生产可实现机械化，烧结焊剂将会有更大的发展应用。
烧结焊剂几乎不吸潮，不能灵活有效的向焊缝过渡所需合金， 故不适宜重要结构的焊接；在小于1000A情况下焊接工艺性能良好，但脱渣性较差，不适宜深坡口、窄间隙等位置的焊接。烧结焊剂在大于400A情况下焊接工艺性能良好，脱渣性优良，可灵活向焊缝过渡合金，满足不同的性能及成分要求，适宜于对脱渣性、力学性能等要求较高的情况，但焊剂易吸嘲，焊前须烘焙，随烘随用。 碱度值较高的焊剂一般而言焊缝杂质少，有益合金过渡充分，可满足较高力学性能的要求，但对坡口表面质量要求严格，且应采用直流电源，反接性操作。碱度值较低的焊剂其焊缝杂质及有害元素不可避免的存在，焊缝性能进一步提高受到限制，但有对电源要求不高，对坡口表面质量要求可以适当放宽等优点。 焊剂的选择应根据钢种、板厚、接头形式、焊接设备、施焊工艺及所要求的各项性能等进行充分考虑，来确定能满足要求的焊丝焊剂组合。
现有技术中的烧结焊剂是由一些氧化物和氟化物组成的。它和焊条熔渣的成分类似，实际上也是一种特殊烧结的“渣”。但不同于焊接以后的渣，因为在焊接过程中焊剂与金属进行了一系列冶金反应，然而氟属于卤族元素，在焊接过程中容易发生不完全燃烧的情况，产生许多有毒物质以及酸性或腐蚀性气体，对人体健康和环境有潜在的威胁。
发明内容
本发明的目的在于提供一种X80管线钢埋弧焊用焊剂及其制备方法，解决X80管线钢焊接过程中含有卤族元素的烧结焊剂容易发生不完全燃烧的情况，产生许多有毒物质以及酸性或腐蚀性气体，对人体健康和环境有潜在的威胁的技术问题。同时，提高碱度改善焊缝金属的低温冲击韧性。另外，使得焊接过程的导电性增强以及提高焊接接头抗电化学腐蚀能力。
本发明的技术方案是：
一种X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂，焊剂的化学成分包括： MgO45～55wt.%，Al2O33～5wt.%，CaO3～4wt.%，SiO25～8wt.%，MnO2～3wt.%，TiO22～3wt.%，FeO3～5wt.%，ZrO28～10wt.%，Na2O5～10wt.%，K2O5～10wt.%。
作为优选，所述的X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂，还包括：B2O31wt.%。
作为优选，所述的X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂，还包括：占所述焊剂5～10wt.%的粘结剂。
作为优选，所述的X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂，还包括：合金剂：Si-Fe、Ti-Fe、Mn-Fe之一或两种以上，加入含硅60wt%的Si-Fe合金剂重量8～10wt.%，含钛45wt%的Ti-Fe合金粉重量8～10wt.%，含碳1wt%、含锰60wt%的Mn-Fe重量5～10wt.%。
作为优选，所述的X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂的碱度BⅡw为2.5～3。
所述的X80管线钢埋弧焊用焊剂的制备方法，具体步骤如下：
（1）配料
按配方成分称出所需原料置于同一容器中，造渣剂矿石粉末占原料总重量的 85wt.%，合金剂占原料总重量的15wt.%；其中，造渣剂矿石粉末的粒度为240目～280目；合金剂为Si-Fe、Ti-Fe、Mn-Fe之一或两种以上；
（2）干混
将容器中已配好的配料搅拌10～15分钟，使各粉剂混合均匀；
（3）湿混
将钠钾水玻璃以100～150ml/公斤原料加入上述已经混合均匀的粉剂中，进行湿搅拌均匀成为半固态；
（4）造粒
将搅拌均匀的湿料在容器盆中来回搓动成粒，并通过40～50目筛；
（5）烘干
蒸发湿粒颗粒表面的附着水，烘干温度为180～200℃，升温速度为80～100℃/小时；
（6）烧结
进一步消除焊剂中的结晶水，将烘干的焊剂颗粒放入加热炉中加热到800～850℃，保温120～150分钟；
（7）过筛
烧结好的焊剂通过80～100目筛，经检验合格形成X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂。
所述的X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，优选地，步骤（4）过45目筛。
所述的X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，优选地，步骤（6）中烧结工艺如下：
1）以升温速度为5.0～6.0℃/min，升温至380～400℃，保温120～150分钟；
2）继续以升温速度为6～7.0℃/min，升温至800～850℃，保温120～150分钟；
3）随炉冷却至室温。
本发明的优点及有益效果是：
本发明通过上述手段制得的上述组分的一种X80管线钢埋弧焊用焊剂，不但解决了现有技术中X80管线钢焊接过程中含有卤族元素的烧结焊剂容易发生不完全燃烧，产生许多有毒物质以及酸性或腐蚀性气体，对人体健康和环境有潜在的威胁的技术问题。而且，制得的烧结焊剂提高了碱度改善焊缝金属的低温冲击韧性。另外，使得焊接过程的导电性增强以及提高焊接接头抗电化学腐蚀能力。
具体实施方式
一种X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂，焊剂的化学成分包括： MgO45～50wt.%，Al2O33～5wt.%，CaO3～4wt.%，SiO25～8wt.%，MnO2～3wt.%，TiO22～3wt.%，FeO3～5wt.%，ZrO28～10wt.%，Na2O5～8wt.%，K2O5～8wt.%。
所述的X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂，还包括：B2O31wt.%。
所述的X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂，还包括：占所述焊剂5wt.%的粘结剂。
所述的X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂，还包括：合金剂：Si-Fe、Ti-Fe、Mn-Fe之一或两种以上，加入含硅60wt%的Si-Fe合金剂重量8～10wt.%，含钛45wt%的Ti-Fe合金粉重量8～10wt.%，含碳1wt%、含锰60wt%的Mn-Fe重量5～10wt.%。
所述的X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂的碱度BⅡw为2.5～3。
所述的X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，具体步骤如下：
（1）配料
按配方成分称出所需原料置于同一容器中，造渣剂矿石粉末占原料总重量的 85wt.%，合金剂占原料总重量的15wt.%；其中，造渣剂矿石粉末的粒度为240目～280目；合金剂为Si-Fe、Ti-Fe、Mn-Fe之一或两种以上；
（2）干混
将容器中已配好的配料搅拌15分钟，使各粉剂混合均匀；
（3）湿混
将钠钾水玻璃以120ml/公斤原料加入上述已经混合均匀的粉剂中，进行湿搅拌均匀成为半固态；
（4）造粒
将搅拌均匀的湿料在容器盆中来回搓动成粒，并通过45目筛；
（5）烘干
蒸发湿粒颗粒表面的附着水，烘干温度为185℃，升温速度为90℃/小时；
（6）烧结
进一步消除焊剂中的结晶水，将烘干的焊剂颗粒放入加热炉中，
1）以升温速度为5.5℃/min，升温至390℃，保温130分钟；
2）继续以升温速度为6.5℃/min，升温至820℃，保温140分钟；
3）随炉冷却至室温。
（7）过筛
烧结好的焊剂通过80～100目筛，经检验合格形成X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂。
另外，本发明不限于上述实施方式，只要在不超出本发明的范围内，可以采取各种方式实施本发明。

Claims (8)

1.一种X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂，其特征在于，焊剂的化学成分包括： MgO45～55wt.%，Al2O33～5wt.%，CaO3～4wt.%，SiO25～8wt.%，MnO2～3wt.%，TiO22～3wt.%，FeO3～5wt.%，ZrO28～10wt.%，Na2O5～10wt.%，K2O5～10wt.%。
2.如权利要求1所述的一种X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂，其特征在于，还包括：B2O31wt.%。
3.如权利要求1所述的一种X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂，其特征在于，还包括：占所述焊剂5～10wt.%的粘结剂。
4.如权利要求1所述的一种X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂，其特征在于，还包括：合金剂：Si-Fe、Ti-Fe、Mn-Fe之一或两种以上，加入含硅60wt%的Si-Fe合金剂重量8～10wt.%，含钛45wt%的Ti-Fe合金粉重量8～10wt.%，含碳1wt%、含锰60wt%的Mn-Fe重量5～10wt.%。
5.如权利要求1所述的一种X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂，其特征在于，所述的X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂的碱度BⅡw为2.5～3。
6.一种如权利要求1所述的X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，具体步骤如下： 
（1）配料
按配方成分称出所需原料置于同一容器中，造渣剂矿石粉末占原料总重量的 85wt.%，合金剂占原料总重量的15wt.%；其中，造渣剂矿石粉末的粒度为240目～280目；合金剂为Si-Fe、Ti-Fe、Mn-Fe之一或两种以上；
（2）干混
将容器中已配好的配料搅拌10～15分钟，使各粉剂混合均匀； 
（3）湿混
将钠钾水玻璃以100～150ml/公斤原料加入上述已经混合均匀的粉剂中，进行湿搅拌均匀成为半固态；
（4）造粒
将搅拌均匀的湿料在容器盆中来回搓动成粒，并通过40～50目筛；
（5）烘干
蒸发湿粒颗粒表面的附着水，烘干温度为180～200℃，升温速度为80～100℃/小时；
（6）烧结
进一步消除焊剂中的结晶水，将烘干的焊剂颗粒放入加热炉中加热到800～850℃，保温120～150分钟； 
（7）过筛
烧结好的焊剂通过80～100目筛，经检验合格形成X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂。
7.一种如权利要求6所述的X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，其特征在于，步骤（4）过45目筛。
8.一种如权利要求6所述的X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，其特征在于，步骤（6）中烧结工艺如下：
1）以升温速度为5.0～6.0℃/min，升温至380～400℃，保温120～150分钟； 
2）继续以升温速度为6～7.0℃/min，升温至800～850℃，保温120～150分钟； 
3）随炉冷却至室温。
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