CN106041371B - 一种埋弧焊用熔炼型焊剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种埋弧焊用熔炼型焊剂及其制备方法，该焊剂组分按质量百分比计，含有24％～48％的CaF2，8％～16％的CaO，5％～27％的MgO，10％～30％的SiO2，7％～20％的Al2O3，4％～10％的MnO2，0.5％～2％的TiO2，0.5％～2％的K2CO3，0.5％～2％的Li2O，5％～10％的BaCO3，0.2％～3％的FeO，且上述CaF2与CaO的比例严格控制在3:1的范围内，以上各组分的质量百分比总和为100％。本发明制备得到了一种新型熔炼型焊剂，方法简单，配以适当的焊丝后为低合金高强度钢的焊接提供了一种优质焊剂材料。

Description

一种埋弧焊用熔炼型焊剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种埋弧焊用CaO～MgO～Al2O3～CaF2～SiO2渣系熔炼型焊剂的制备方法，主要应用于大型油气储运容器用低合金高强度结构钢的焊接。
背景技术
焊剂是埋弧自动焊接用的填料，主要分为熔炼和烧结两大类焊剂。熔炼焊剂是用各种矿石经电弧炉熔炼后粉碎而成，具有可以连续生产、无污染、碱度可调控的特点。其中，酸性熔炼焊剂应用最多，对其配以适当的焊丝后，广泛用于碳钢和低合金结构钢的焊接。对于强度较高的高强钢焊接时，则必须选择中性或碱性熔炼焊剂。随着近代工业技术的发展，对低合金高强度结构钢类容器制造技术和工艺提出了更高的要求，不仅要求焊缝金属具有较好的强度匹配，对韧性(尤其是低温韧性)的要求更高，同时要求焊剂具有良好的脱渣性能、极优良的抗裂性能、光滑的焊道表面形状及射线检测无缺陷。当前企业所面临的状况一般来说为，当熔炼焊剂的碱度较低时，较易获得良好的工艺性能，但焊缝金属冲击韧性较差；当熔炼焊剂的碱度较高时，较易获得高韧性焊缝，但焊接工艺性能如焊道的表面形状和脱渣性能较差。针对熔炼焊剂在工业化生产中所面临的工艺性能和低温韧性难于优良、适合配合的难题，有必要制备一种性能优良的焊剂，既能实现焊缝金属强度和低温韧性的优良配合，又具有光滑的焊道表面形状、良好的脱渣性能及射线检测无缺陷，以满足当前工业化生产的紧迫需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：采用一种简单的方法，研制出一种具有焊接过程稳定、焊缝金属强度和低温韧性优良、焊道表面形状光滑、脱渣性能良好及射线检测无缺陷的高碱性埋弧焊用CaO～MgO～Al2O3～CaF2～SiO2渣系的熔炼焊剂，以满足当前工业化生产的紧迫需求。
本发明解决技术问题的方案是：
本发明制备了一种埋弧焊用熔炼焊剂，由以下质量份的原料制成：24％～48％的CaF2，8％～16％的CaO，5％～27％的MgO，10％～30％的SiO2，7％～20％的Al2O3，4％～10％的MnO2，0.5％～2％的TiO2，0.5％～2％的K2CO3，0.5％～2％的Li2O，5％～10％的BaCO3，0.2％～3％的FeO。
其中，上述CaF2与CaO的比例严格控制在3:1的范围内，以上各组分的质量百分比总和为100％。
本发明高碱性熔炼焊剂的制备方法采用以下特征步骤：
(1)按比例分别称取各组分原料，将上述称取的原料进行混合搅拌，搅拌均匀后得到均匀混合粉末。
(2)将步骤(1)所得的均匀混合粉末放入石墨坩埚内并置于熔炼炉进行熔炼，熔炼温度为1350℃，保温30min。
(3)将步骤(2)所得熔炼产物进行水淬，得到玻璃态半成品。
(4)将步骤(3)所得玻璃态半成品置于干燥箱内进行干燥，干燥温度为120℃，保温48h。将干燥后的玻璃态半成品破碎至粒度为250～350μm范围内即得熔炼焊剂成品。
本发明制备的埋弧焊用熔炼型焊剂主要应用于大型油气储运容器用低合金高强度结构钢的焊接，尤其是用于12MnNiVR油气储罐用结构钢的焊接。
本发明的有益效果：本发明制备得到了一种新型熔炼型焊剂，该焊剂由于熔炼温度较高，使得焊剂熔化，因而焊剂的化学成分均匀，能够实现焊缝金属强度和低温韧性的优良配合，使得焊缝金属具有光滑的焊道表面形状、良好的脱渣性能及射线检测无缺陷的优点，且该焊剂不吸潮，简化了储藏的问题；采用该焊剂配合US-49焊丝对大型油气储运容器用低合金高强度结构钢进行焊接，其焊缝金属强高度、低温韧性优良，脱渣性能良好，焊道表面光滑，射线检测无缺陷，能够满足施焊工艺要求。
附图说明
图1为实施例2所制得的焊件的表观形貌。
具体实施方式
实施例1：
按照质量百分比，分别称取24％的CaF2，8％的CaO，17％的MgO，20％的SiO2，15％的Al2O3，6％的MnO2，2％的TiO2，1％的K2CO3，1％的Li2O，5％的BaCO3，1％的FeO。将上述称取的原料进行混合搅拌，搅拌均匀后得到均匀混合粉末，将均匀混合粉末放入石墨坩埚内并置于熔炼炉进行熔炼，熔炼温度为1350℃，保温30min后进行水淬，得到玻璃态半成品。将所得玻璃态半成品置于干燥箱内进行干燥，干燥温度为120℃，保温48h。将干燥后的玻璃态半成品破碎至粒度为250～350μm范围内即得熔炼焊剂成品。将所得熔炼焊剂配合US-49焊丝对12MnNiVR结构钢进行焊接，所得性能指标如下：抗拉强度为675MPa，弯曲试验(侧弯180°)合格，冲击吸收功(焊缝区)129.6J，脱渣性能良好，焊道表面光滑，射线检测无缺陷(Ⅰ级)。
实施例2：
按照质量百分比，分别称取39％的CaF2，13％的CaO，10％的MgO，14％的SiO2，9％的Al2O3，5％的MnO2，1％的TiO2，1％的K2CO3，1％的Li2O，6％的BaCO3，1％的FeO。将上述称取的原料进行混合搅拌，搅拌均匀后得到均匀混合粉末，将均匀混合粉末放入石墨坩埚内并置于熔炼炉进行熔炼，熔炼温度为1350℃，保温30min后进行水淬，得到玻璃态半成品。将所得玻璃态半成品置于干燥箱内进行干燥，干燥温度为120℃，保温48h。将干燥后的玻璃态半成品破碎至粒度为250～350μm范围内即得熔炼焊剂成品。将所得熔炼焊剂配合US-49焊丝对12MnNiVR结构钢进行焊接，所得性能指标如下：抗拉强度为710MPa，弯曲试验(侧弯180°)合格，冲击吸收功(焊缝区)136.4J，脱渣性能良好，焊道表面光滑，射线检测无缺陷(Ⅰ级)。
实施例3：
按照质量百分比，分别称取48％的CaF2，16％的CaO，5％的MgO，11％的SiO2，7％的Al2O3，4％的MnO2，1％的TiO2，1％的K2CO3，1％的Li2O，5％的BaCO3，1％的FeO。将上述称取的原料进行混合搅拌，搅拌均匀后得到均匀混合粉末，将均匀混合粉末放入石墨坩埚内并置于熔炼炉进行熔炼，熔炼温度为1350℃，保温30min后进行水淬，得到玻璃态半成品。将所得玻璃态半成品置于干燥箱内进行干燥，干燥温度为120℃，保温48h。将干燥后的玻璃态半成品破碎至粒度为250～350μm范围内即得熔炼焊剂成品。将所得熔炼焊剂配合US-49焊丝对12MnNiVR结构钢进行焊接，所得性能指标如下：抗拉强度为653MPa，弯曲试验(侧弯180°)合格，冲击吸收功(焊缝区)148.7J，脱渣性能良好，焊道表面光滑，射线检测无缺陷(Ⅰ级)。
实施例4：
按照质量百分比，分别称取38％的CaF2，8％的CaO，10％的MgO，15％的SiO2，15％的Al2O3，6％的MnO2，1％的TiO2，1％的K2CO3，1％的Li2O，4％的BaCO3，1％的FeO。将上述称取的原料进行混合搅拌，搅拌均匀后得到均匀混合粉末，将均匀混合粉末放入石墨坩埚内并置于熔炼炉进行熔炼，熔炼温度为1350℃，保温30min后进行水淬，得到玻璃态半成品。将所得玻璃态半成品置于干燥箱内进行干燥，干燥温度为120℃，保温48h。将干燥后的玻璃态半成品破碎至粒度为250～350μm范围内即得熔炼焊剂成品。将所得熔炼焊剂配合US-49焊丝对12MnNiVR结构钢进行焊接，所得性能指标如下：抗拉强度为622MPa，弯曲试验(侧弯180°)合格，冲击吸收功(焊缝区)100.2J，脱渣性能良好，焊道表面光滑，射线检测缺陷为II级。虽然也能达到设计要求，但施焊时产生噪音较大，焊接电弧不稳定，不利于施焊的进行，且冲击吸收功勉强达标，增大了焊件使用过程中的危险性。
实施例5：
按照质量百分比，分别称取24％的CaF2，16％的CaO，17％的MgO，14％的SiO2，15％的Al2O3，6％的MnO2，1％的TiO2，1％的K2CO3，1％的Li2O，4％的BaCO3，1％的FeO。将上述称取的原料进行混合搅拌，搅拌均匀后得到均匀混合粉末，将均匀混合粉末放入石墨坩埚内并置于熔炼炉进行熔炼，熔炼温度为1350℃，保温30min后进行水淬，得到玻璃态半成品。将所得玻璃态半成品置于干燥箱内进行干燥，干燥温度为120℃，保温48h。将干燥后的玻璃态半成品破碎至粒度为250～350μm范围内即得熔炼焊剂成品。将所得熔炼焊剂配合US-49焊丝对12MnNiVR结构钢进行焊接，所得性能指标如下：抗拉强度为650MPa，弯曲试验(侧弯180°)合格，冲击吸收功(焊缝区)130.7J，盖面时脱渣性能良好，焊道表面光滑，射线检测缺陷为II级。虽然也能达到设计要求，但打底两层焊接时焊渣较难清理，需利用砂轮机进行打磨，增大了施工的难度。
实施例6：
按照质量百分比，分别称取25％的CaF2，15％的CaO，12％的MgO，20％的SiO2，10％的Al2O3，4％的MnO2，1％的TiO2，1％的K2CO3，1％的Li2O，6％的BaCO3，1％的FeO。将上述称取的原料进行混合搅拌，搅拌均匀后得到均匀混合粉末，将均匀混合粉末放入石墨坩埚内并置于熔炼炉进行熔炼，熔炼温度为1350℃，保温30min后进行水淬，得到玻璃态半成品。将所得玻璃态半成品置于干燥箱内进行干燥，干燥温度为120℃，保温48h。将干燥后的玻璃态半成品破碎至粒度为250～350μm范围内即得熔炼焊剂成品。将所得熔炼焊剂配合US-49焊丝对12MnNiVR结构钢进行焊接，所得性能指标如下：抗拉强度为687MPa，弯曲试验(侧弯180°)合格，冲击吸收功(焊缝区)92.7J，打底两层焊接时焊渣较难清理,盖面时脱渣性能较差，焊道表面凹凸不平，射线检测无缺陷(I级)。

Claims (4)

1.一种埋弧焊用熔炼型焊剂，其特征在于：所述熔炼型焊剂按质量百分比由以下原料制成：CaF2 48％，CaO 16％，MgO 5 ％，SiO2 11％，Al2O3 7％，MnO2 4％，TiO2 1％，K2CO31％，Li2O 1％，BaCO3 5％，FeO 1％；所述埋弧焊用熔炼型焊剂应用于大型油气储运容器用低合金高强度结构钢的焊接。
2.一种如权利要求1所述的埋弧焊用熔炼型焊剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法工艺步骤如下：
(1)混料
按比例称取原料，进行混合搅拌，搅拌均匀后得到均匀混合粉末；
(2)熔炼
将步骤(1)得到的均匀混合粉末放入石墨坩埚内并置于熔炼炉进行熔炼，并保温；
(3)水淬
将步骤(2)得到的产物进行水淬，得到玻璃态半成品；
(4)制得成品
将步骤(3)所得玻璃态半成品置于干燥箱内进行干燥，并保温，将干燥后的玻璃态半成品破碎至粒度为250～350μm范围内即得熔炼焊剂成品。
3.如权利要求2所述的埋弧焊用熔炼型焊剂的制备方法，其特征在于：步骤( 2)均匀混合粉末放入石墨坩埚内并置于熔炼炉中进行熔炼的熔炼温度为1350℃，保温时间为30min。
4.如权利要求2所述的埋弧焊用熔炼型焊剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)玻璃态半成品置于干燥箱内进行干燥的干燥温度为120℃，保温时间为48h。
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