CN105215577A - 一种镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂及制备方法 - Google Patents

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徐锴
陈佩寅
陈波
魏涛
冯伟
胡晓波
张学刚
陈燕
孙婷婷
王庆江
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Abstract

本发明涉及的是一种镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂及制备方法。按照重量比为CaF2：25-40％、BaF2:3-15％、SiO2:5-25％、Al2O3:20-40％和CaO:5-22％的比例将各组分混合后，加入20-30％模数为2.6的钾钠水玻璃，K:Na＝1:1，经过200±20℃低温烘干1h后再经过780±30℃高温烧结1h，过筛后随炉冷却，制成成品焊剂。本烧结焊剂与ERNiCrMo-4埋弧焊丝配套使用，焊接工艺性能优良，焊接时电弧稳定，渣壳自动翘起容易脱落、无粘渣现象。焊缝成型美观，表面光亮无氧化色。适用于交直流两用的平焊和横焊，综合力学性能优良。熔敷金属化学成分易于控制，抗晶间腐蚀性能优良。

Description

一种镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂及制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种焊接材料。本发明也涉及一种焊接材料的制备方法。具体地说是一种镍基ERNiCrMo-4埋弧焊丝配套用烧结焊剂及制备方法。
背景技术
随着我国经济腾飞和能源结构的改变，天然气的重要性及其优势愈加显现，加快天然气的发展已势在必行。我国政府从战略和长远发展的眼光，决定大力开发和运用液化天然气。目前，已规划和正在实施的项目有：西气东输、海南117油气田的开发和东海地区天然气的探测及开发，工程包括建立天然气的液化中转站、液化天然气(LNG)的运输、建造大型LNG船舶和大型LNG储罐。我国沿海地区正在计划筹建10万m3以上的大型LNG储罐。这是一项耗资巨大，技术难度较高的建设工程，由于LNG储罐的工作温度级别-196℃，必须采用9％Ni低温钢，9Ni钢焊接材料熔敷金属力学性能指标一般包括屈服强度、抗拉强度、伸长率和冲击吸收功，此外还要考虑焊接材料的低温韧性、焊缝金属熔化温度和热热膨胀系数。9Ni钢在电弧焊中常用的焊接材料有4种，即w(Ni)＝11％的铁素体型、w(Ni)＝13％和w(Cr)＝16％的奥氏体不锈钢型、w(Ni)>60％的Ni-Cr-Mo系合金和w(Ni)＝40％的Fe-Ni-Cr系合金。这4种焊接材料在工程上都有应用，从塑韧性和热膨胀两方面考虑，Ni-Cr-Mo系和Fe-Ni-Cr系合金都是焊接9Ni钢最适合的焊材。虽然高Ni合金焊材将增加成本，但使用高Ni合金焊材时接头低温韧性高、抗冷裂纹性能好，线膨胀系数与9Ni钢接近、不需要进行焊前预热和焊后热处理，高Ni焊材是解决性能和结构完整性等首要问题的最适合的选择，现在配套用于9Ni钢的焊材主要依靠进口，目前国内9Ni钢焊接采用ERNiCrMo-4焊丝配SMC的INCOFLUX9、林肯的P2000或伯乐的MARATHON104焊剂焊接，目前国内暂无ERNiCrMo-4焊丝配套烧结焊剂的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可与ERNiCrMo-4埋弧焊丝配套使用，适用于交直流两用的平焊和横焊，综合力学性能优良的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂。本发明的目的还在于提供一种镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂各组分的重量比组成为CaF2：25-40％、BaF2:3-15％、SiO2:5-25％、Al2O3:20-40％、CaO:5-22％和水玻璃：20-30％。
本发明的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂的组分还可以包括不超过7％的合金剂。所述的水玻璃为模数为2.6、K:Na＝1:1的钾钠水玻璃。
各组分的优选重量比组成为CaF2：30-40％、SiO2:8-16％、Al2O3:25-35％。
本发明的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂的制备方法为：按照重量比组成为CaF2：25-40％、BaF2:3-15％、SiO2:5-25％、Al2O3:20-40％和CaO:5-22％的比例将各组分混合均匀后，加入20-30％模数为2.6的钾钠水玻璃，K:Na＝1:1，经过200±20℃低温烘干1h后再经过780±30℃高温烧结1h，过筛后随炉冷却，制成成品焊剂。
本发明提供了一种配合ERNiCrMo-4焊丝焊接9Ni钢的烧结焊剂，可用于LNG储罐的焊接，适用于交直流两用的平焊和横焊，并且各项力学性能和工艺性能均达到使用要求。
本发明的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂主要由CaF2、BaF2、SiO2、Al2O3、CaO及合金剂制成。BaF2、CaF2、Al2O3等为主要造渣矿物质，同时加入了改善脱渣性的物质SiO2、CaO及其它合金等，加入了用于调节焊缝金属机械性能的合金，Mn等。本发明所涉及的焊剂为低氢型碱性埋弧型烧结焊剂。以氟化物和硅酸盐为主，同时加入了少量的合金。
1.CaF2：主要作用是起到造渣、脱硫作用。同时CaF2过低，焊剂脱渣性能下降，熔渣粘度增大，成型不良，搭接过程中出现咬边现象，CaF2过高降低焊缝金属成型，电弧形式不明显和不稳定，为此要合理控制在CaF2：25-40％
2.SiO2：主要作用是脱渣，改善工艺性能，但是含量过多的时候，使氧化性增强，加大堆焊层合金元素的烧损，降低堆焊金属的力学性能和腐蚀性能，同时过多的SiO2也将会导致焊缝金属增硅，为此SiO2优选含量控制在8-16％。
3.Al2O3:主要作用是脱渣，属于中性氧化物，提高熔渣的碱度，但是Al2O3熔点较高，加入过高，提高熔渣凝固温度，抑制渣的流动性，加入量超过40％时候，会使焊道成型变差，脱渣困难。当含量过低时，熔渣的熔点和粘度较低，覆盖性较差，焊道波纹较粗。
4.CaO：主要作用是造渣，改善焊缝成形，防止咬边，对脱渣有一定的好处，对防止飞溅有一定好处，同时CaO具有脱S的作用，可以改善镍基堆焊金属的纯净度，但含量过高会影响焊缝成型，脱渣困难。
5.BaF2：主要作用是改善焊缝成型，稳定电弧的作用。
合金剂：主要作用是脱氧和补充合金烧损，同时加入一定量的合金为了降低镍基裂纹敏感性，改善金属的力学性能。
本发明的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂的主要优点体现在：
(1)焊接工艺性能优良，焊接时电弧稳定，渣壳自动翘起容易脱落、无粘渣现象。
(2)焊缝成型美观，表面光亮无氧化色。
(3)可与ERNiCrMo-4埋弧焊丝配套使用，适用于交直流两用的平焊和横焊，综合力学性能优良。
(4)可与ERNiCrMo-4埋弧焊丝配套使用，熔敷金属化学成分易于控制，抗晶间腐蚀性能优良。
具体实施方式
下面举例对本发明做详细描述。
按照表1所给出的焊剂成分，将CaF2、BaF2、SiO2、Al2O3、CaO和合金剂混合均匀后，加入模数为2.6的钾钠水玻璃，K:Na＝1:1，经过200±20℃低温烘干1h后再经过780±30℃高温烧结1h，过筛后随炉冷却，制成成品焊剂，焊剂颗粒度一般要求10-60目。
采用ERNiCrMo-4焊丝配合本发明烧结焊剂进行试验熔敷金属化学成分和力学性能分别列于表2和表3。
表1焊剂成分具体配比
表2熔敷金属化学成分
元素 C Si Mn S P Cr Ni
实测值 0.0035 0.12 0.49 0.0036 0.0021 15.32 59.00
元素 Mo Fe Nb W V Co Cu
实测值 15.55 5.97 - 3.58 0.0052 0.011 0.031
表3熔敷金属力学性能

Claims (6)

1.一种镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂，其特征是：各组分的重量比组成为CaF2：25-40％、BaF2:3-15％、SiO2:5-25％、Al2O3:20-40％、CaO:5-22％和水玻璃：20-30％。
2.根据权利要求1所述的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂，其特征是：还包括不超过7％的合金剂。
3.根据权利要求1或2所述的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂，其特征是：所述的水玻璃为模数为2.6、K:Na＝1:1的钾钠水玻璃。
4.根据权利要求1或2所述的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂，其特征是：CaF2为30-40％、SiO2为8-16％、Al2O3为25-35％。
5.根据权利要求3所述的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂，其特征是：CaF2为30-40％、SiO2为8-16％、Al2O3为25-35％。
6.一种镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂的制备方法，其特征是：按照重量比组成为CaF2：25-40％、BaF2:3-15％、SiO2:5-25％、Al2O3:20-40％和CaO:5-22％的比例将各组分混合均匀后，加入20-30％模数为2.6的钾钠水玻璃，K:Na＝1:1，经过200±20℃低温烘干1h后再经过780±30℃高温烧结1h，过筛后随炉冷却，制成成品焊剂。
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