CN106078003A - 一种埋弧焊用碱性熔炼焊剂及应用 - Google Patents

一种埋弧焊用碱性熔炼焊剂及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种埋弧焊用碱性熔炼焊剂，其特征在于以质量百分比计，含有5％～15％的CaF2，7％～20％的CaO，11.2％～32％的MgO，8％～30％的SiO2，7％～23％的Al2O3，5％～10％的MnO2，0.5％～2％的TiO2，0.5％～2％的K2CO3，2％～4％的B2O3，0.2％～3％的FeO，且上述CaO与MgO的比例严格控制在1:1.6，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US‑49的焊丝后为12MnNiVR低合金高强度钢的连接提供了一种优质熔炼焊剂材料。

Description

一种埋弧焊用碱性熔炼焊剂及应用
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种可用于大型油气储运容器用低合金高强度结构钢的埋弧焊用熔炼焊剂。
背景技术
埋弧自动焊具有自动化程度高、焊接速度快、焊缝性能稳定的特点，在锅炉、压力容器等大型焊接结构生产中得到广泛应用。焊接时不仅要求焊缝金属要具有高的强度及高的韧性(尤其是低温韧性)，施焊过程中同时要保持有良好的工艺性能(如良好的脱渣性能、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等)。对于埋弧自动焊而言，除焊丝外，焊缝区的力学性能及良好的工艺性能的质量主要是由焊剂的质量决定。研究表明，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：为满足工业化生产对性能优良的焊剂的紧迫需求，针对熔炼焊剂在工业化生产中存在的工艺性能和低温韧性难于实现良好配合的难题，研制一种具有焊接过程稳定、焊缝金属强高度、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熔炼焊剂。
本发明解决技术问题的方案是：
本发明制备了一种高碱性熔炼焊剂，由以下质量份的原料制成：5％～15％的CaF2，7％～20％的CaO，11.2％～32％的MgO，8％～30％的SiO2，7％～23％的Al2O3，5％～10％的MnO2，0.5％～2％的TiO2，0.5％～2％的K2CO3，2％～4％的B2O3，0.2％～3％的FeO。
其中，上述CaO与MgO的质量比例严格控制在1:1.6，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。
本发明制备的新型熔炼型焊剂配以US-49的焊丝后为大型油气储运容器用12MnNiVR低合金高强度钢的连接提供了一种优质熔炼焊剂材料，其中，12MnNiVR低合金高强度钢的成分(wt/％)为：C：0.09％，Mn：1.01％，Ni：0.16％，V：0.05％，Si：0.19％，P：0.008％，S：0.002％，余为Fe。
本发明的有益效果在于：本发明制备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，能够满足施焊的工艺要求。
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14％的CaF2，7％的CaO，11.2％的MgO，28％的SiO2，22％的Al2O3，10％的MnO2，1.5％的TiO2，1.5％的K2CO3，3％的B2O3，1.8％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)112.9J，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10％的CaF2，13％的CaO，20.8％的MgO，19％的SiO2，19％的Al2O3，8％的MnO2，2％的TiO2，2％的K2CO3，3.5％的B2O3，2.7％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696MPa，弯曲试验(侧弯180°)合格，冲击吸收功(焊缝区)129.1J，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10％的CaF2，20％的CaO，32％的MgO，15％的SiO2，10％的Al2O3，8％的MnO2，1％的TiO2，1％的K2CO3，2.5％的B2O3，0.5％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682MPa，弯曲试验(侧弯180°)合格，冲击吸收功(焊缝区)153.4J，脱渣性能良好，焊道表面光滑，射线检测无缺陷(Ⅰ级)。
实施例4：
按照质量百分比，分别称取12％的CaF2，10％的CaO，20％的MgO，20％的SiO2，20％的Al2O3，10％的MnO2，1.5％的TiO2，1.5％的K2CO3，3％的B2O3，2％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667MPa，弯曲试验(侧弯180°)合格，冲击吸收功(焊缝区)116.4J，脱渣性能良好，但焊道表面发生麻点状的凹凸，焊道外观降低，射线检测无缺陷(Ⅰ级)。
实施例5：
按照质量百分比，分别称取5％的CaF2，20％的CaO，14％的MgO，25％的SiO2，18％的Al2O3，10％的MnO2，1.5％的TiO2，1.5％的K2CO3，3％的B2O3，2％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742MPa，弯曲试验(侧弯180°)合格，冲击吸收功(焊缝区)72.9J，发生了顶部夹渣，焊缝金属的组织为马氏体组织，射线检测无缺陷(Ⅰ级)。
实施例6：
按照质量百分比，分别称取13％的CaF2，25％的CaO，8％的MgO，20％的SiO2，16％的Al2O3，10％的MnO2，1.5％的TiO2，1.5％的K2CO3，3％的B2O3，2％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692MPa，弯曲试验(侧弯180°)合格，冲击吸收功(焊缝区)109.6J，CaO和MgO的添加量超过本发明的范围,熔渣粘附于焊道表面，使得熔渣的剥离性下降，射线检测无缺陷(Ⅰ级)。

Claims (6)

1.一种埋弧焊用碱性熔炼焊剂，其特征在于：所述碱性熔炼焊剂由以下质量份的原料制成：CaF2 5％～15％，CaO 7％～20％，MgO 11.2％～32％，SiO2 8％～30％，Al2O3 7％～23％，MnO2 5％～10％，TiO2 0.5％～2％，K2CO3 0.5％～2％，B2O3 2％～4％，FeO 0.2％～3％。
2.如权利要求1所述的埋弧焊用碱性熔炼焊剂，其特征在于：所述焊剂中的化学成分CaO与MgO的质量比为1:1.6。
3.如权利要求1所述的埋弧焊用碱性熔炼焊剂的制备方法，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，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，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。
4.如权利要求3所述的埋弧焊用碱性熔炼焊剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述熔炼温度为1350℃，保温时间为30min。
5.如权利要求3所述的埋弧焊用碱性熔炼焊剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述干燥温度为120℃，保温48h。
6.如权利要求1所述的埋弧焊用碱性熔炼焊剂的应用，其特征在于：所述熔炼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。
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