CN106541225B - 适用于油气管道的自保护药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于油气管道的自保护药芯焊丝及其制备方法，由低碳钢外皮和包裹在该外皮内的药芯组成，该药皮组成和含量为：氟化钡：9.7‑11.5重量份；氟化铈：0.2‑0.6重量份；含锆化合物：0.4‑1.2重量份；碳酸盐：2‑4重量份；氧化镁：0.3‑0.5重量份；铁红：0.4‑0.6重量份；氧化铝：0‑0.3重量份；铝铁：0.3‑0.7重量份；铝镁合金：2.5‑4重量份；钴粉：0‑0.2重量份；和镍粉：0.6‑0.8重量份。与现有的相比，本发明抗气孔能力强，再引弧性能良好，完全满足油气长输管道、储罐、海洋平台等工程用户的需求标准。

Description

适用于油气管道的自保护药芯焊丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及焊接材料领域，特别涉及一种适用于油气管道的自保护药芯焊丝及其制备方法。
背景技术
自保护药芯焊丝通过在药芯中添加造渣、造气、脱氧、脱氮等物质，可以在没有气体保护的条件下焊接形成良好的焊接接头。由于这种焊接材料抗风能力强(风速允许达到12m/s)，同时焊接无需气瓶等辅助设备，焊接造作方便，焊接效率高，因此被广泛的应用于管线、桥梁、水利水电等必须在野外施工的工程上。特别是在油气管线施工项目上有很大的市场需求，我国建设的“西气东输”工程就使用了大量的自保护药芯焊丝。为了满足我国油气长输管道、储罐、海洋平台等工程用户的需求和打破国外焊材企业垄断局面，有必要独立自主的研发具有针对性的自主知识产权的进口替代焊材，因为进口焊材成本较高，生产运输所需周期长，影响我们国家的经济发展。国产焊材的使用，具有采购周期短、采购成本低、服务快捷等优点，而且还具有比国外焊材更便于开展质量控制的优势，极具发展前景。
自保护药芯焊丝用途较广，该药芯焊丝研发成功，不仅可以满足长输管道工程，而且在其他储罐、海洋平台等工程用户的需求。具有很强的社会影响，产品附加价值高，具有良好的经济效益和社会效益。另一方面，对于我们国家现代化事业和经济的发展，也具有相当重大的意义。但是，国内现在还没有。
发明内容
本发明通过药芯成分的有机组合并与低碳钢外皮配合，提供一种焊接工艺性能和理化性能良好的自保护药芯焊丝，电弧稳定性好、飞溅少、烟尘小、脱渣容易、焊缝成型好，抗气孔能力强，再引弧性能良好，完全满足油气长输管道、储罐、海洋平台等工程用户的需求标准。
技术方案是：一种适用于油气管道的自保护药芯焊丝，由低碳钢外皮和包裹在该外皮内的药芯组成，该药皮组成和含量为：
氟化钡：9.7-11.5重量份；
氟化铈：0.2-0.6重量份；
含锆化合物：0.4-1.2重量份；
碳酸盐：2-4重量份；
氧化镁：0.3-0.5重量份；
铁红：0.4-0.6重量份；
氧化铝：0-0.3重量份；
铝铁：0.3-0.7重量份；
铝镁合金：2.5-4重量份；
钴粉：0-0.2重量份；和
镍粉：0.6-0.8重量份。
作为优选，所述药芯重量为焊丝重量的16.4-24.4％。
作为优选，所述药芯重量为焊丝重量的为20-23％。
作为优选，所述低碳钢外皮质量百分比为
C：0.01-0.1％；
Mn：0.1-0.4％；
Si：0.01-0.03％；
S：0.005-0.015％；
P：0.005-0.015％；
余量为铁。
作为优选，所述氟化钡为11重量份；氟化铈为0.2重量份；含锆化合物为1重量份；碳酸盐为3重量份，氧化镁为0.4重量份，铁红为0.4重量份，氧化铝为0.2重量份，铝铁为0.5重量份，铝镁合金为3重量份，钴粉为0.15重量份，镍粉为0.7重量份。
作为优选，所述氟化钡为11重量份，氟化铈为0.2重量份，含锆化合物为1重量份，碳酸盐为3重量份，氧化镁为0.4重量份，铁红为0.5重量份，氧化铝为0.2重量份，铝铁为0.6重量份，铝镁合金为3.2重量份，钴粉为0.15重量份，镍粉为0.7重量份。
作为优选，所述氟化钡为11重量份，氟化铈为0.2重量份，含锆化合物为1重量份，碳酸盐为3重量份，氧化镁为0.4重量份，铁红为0.6重量份，氧化铝为0.2重量份，铝铁为0.6重量份，铝镁合金为3.2重量份，钴粉为0.15重量份，镍粉为0.7重量份。
作为优选，所述自保护药芯焊丝直径为2.0mm。
本发明的目的之二在于提供一种适用于油气管道的自保护药芯焊丝的制备方法。
技术方案是：一种适用于油气管道的自保护药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：
包括以下步骤：
①将药芯成分中的氟化钡、氟化铈、碳酸盐、氧化镁和铁红混合均匀，烘培，烘培温度为600-850℃，造粒，过筛，筛子的孔径为40目-160目；
②取过过筛后的粒子，然后将剩余的药粉混合在一起，V型搅拌机搅拌，混合均匀成药芯混合料；
③将横向弯制成“U”型的低碳钢钢带置于焊丝成型机内，药芯混合料注入钢带凹槽内，卷制成丝，细拉至Φ2.0mm即成。
本发明的目的之三在于提供一种适用于油气管道的自保护药芯焊丝在油气长输管道、储罐或海洋平台的焊接方法。
技术方案是：一种上述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝在油气长输管道、储罐或海洋平台的焊接方法，焊接参数为：电压范围为17～23V之间，电流范围为180～270A。
发明原理：
氟化钡：氟用以降低熔敷金属中扩散氢的含量，但氟化物含量过高，焊接时电弧不稳、飞溅变大、电弧声音变差，主要来源于氟化钡。氟化钡可以增强电弧吹力，提高电弧稳定性。同时有助于提高抗气孔性能，降低了扩散氢含量，有利于焊缝低温韧性的增强。在本发明中，氟化物以BaF2形式存在。当BaF2在100kg重量焊丝中含量在9.7-11.5kg时，其工艺性能良好、成型美观，含量小于9.7kg时烟雾较小、焊缝成型较差、熔渣分布不均匀；比值大于11.5kg时烟雾较大、焊缝成型较差、焊接电弧不稳。
氟化铈:可以改善熔渣的物化特性，改善熔渣覆盖和焊缝成型。
铝铁：铝是强脱氧剂，对控制焊缝金属的含氧量具有重要作用，同时还能起到稳弧的作用；但含量过高时会增加焊接烟尘、于焊工的健康不利，当熔敷金属中铝含量超过1％时，由于熔敷金属中的氧、氮含量较低，造成铝大量固溶，导致熔敷金属组织粗化，使得熔敷金属夹杂物AlN含量增加，AlN不但不能作为针状铁素体的行核核心，而且会割裂基本金属并作为二次裂纹源，使得熔敷金属韧性急剧下降。
铝镁合金：铝、镁均是强脱氧剂、在焊接过程中镁可以形成蒸汽作为保护气,从而阻止空气中的气体进入焊缝。
铁红:主要是Fe2O3主要作为强氧化剂，可以氧化多余的铝，从而消除残余铝含量的不利影响。
Al2O3是高熔点物质，在配方中使用，提高熔渣表面张力的提高熔渣温度，起到改善焊缝成型起着稳弧、造渣的作用。
含锆化合物：含锆化合物的增加，有利于低温冲击韧性，适量的加入熔渣颜色会变的光亮，同时也有利于脱渣，提高焊接工艺性能。
碳酸盐：Li2O、Na2O低电离度氧化物，能偶提供电子，与K2O联合起到更好稳定电弧的作用，提高焊接工艺性能。
镍粉：镍能细化焊缝金属组织，保证焊缝金属获得针状铁素体组织，保证熔覆金属获得良好的力学性能。
有益效果：
一方面，本发明采用BaF2-CeF4并与K2O、Al2O3、Na2O、MgO共同作用，获得一种适用于油气管道的自保护药芯焊丝，其焊接工艺性能良好，焊缝成型良好、脱渣容易、熔渣覆盖均匀。另一方面，本发明提供一种适用于油气管道的自保护药芯焊丝，药芯组分中采用强氧化强脱氧Al-Mg-Fe2O3体系，保证焊丝具有良好的力学性能，-40℃冲击吸收能量达到120J。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
采用碳钢钢带作为焊丝的外皮，C 0.01-0.1wt％、Mn 0.1-0.4wt％、Si 0.01-0.03wt％、S 0.005-0.015wt％的硫、P 0.005-0.015wt％、余量为铁的低碳钢薄带作为焊丝的金属外皮；以配制生产100Kg焊丝为例，本实施例药芯占整个焊丝重的20.55wt％，药芯中各成分为：氟化钡：11kg；氟化铈：0.2kg；含锆化合物：1kg；碳酸盐：3kg；氧化镁：0.4kg；铁红：0.4kg；氧化铝：0.2kg；铝铁：0.5kg；铝镁合金：3kg；钴粉：0.15kg；镍粉：0.7kg；
将上述药芯成分中的氟化钡、氟化铈、碳酸盐、氧化镁和铁红混合均匀，烘培，烘培温度为600-850℃，造粒，过筛，筛子的孔径为40目-160目，取过过筛后的粒子，然后将上述剩余的药粉混合在一起，V型搅拌机搅拌，混合均匀成药芯混合料。
将横向弯制成“U”型的低碳钢钢带置于焊丝成型机内，药芯混合料注入钢带凹槽内，卷制成丝，细拉至Φ2.0mm即成。
本实施例在焊接参数：I＝200-220A、U＝22V无气体保护其焊丝熔敷金属化学成分见表1，熔敷金属力学性能见表2：
表1熔敷金属化学成分(wt％)
表2熔敷金属力学性能
实施例2
焊丝的外皮与实施例1相同，以配制生产100Kg焊丝为例，本实施例药芯占整个焊丝重的20.95wt％，药芯中各成分为:氟化钡：11kg；氟化铈：0.2kg；含锆化合物：1kg；碳酸盐：3kg；氧化镁：0.4kg；铁红：0.5kg；氧化铝：0.2kg；铝铁：0.6kg；铝镁合金：3.2kg；钴粉：0.15kg；镍粉：0.7kg；
焊丝制备方法与实施例1相同，其焊丝熔敷金属化学成分见表3，熔敷金属力学性能见表4：
表3熔敷金属化学成分(wt％)
C Mn Si S P Cr Ni Mo V Al
0.072 0.78 0.13 0.0016 0.012 0.019 0.89 0.0033 0.0019 0.98
表4熔敷金属机械性能
实施例3
焊丝的外皮与实施例1相同，以配制生产100Kg焊丝为例，本实施例药芯占整个焊丝重的21.05wt％，药芯中各成分为：氟化钡：11kg；氟化铈：0.2kg；含锆化合物：1kg；碳酸盐：3kg；氧化镁：0.4kg；铁红：0.6kg；氧化铝：0.2kg；铝铁：0.6kg；铝镁合金：3.2kg；钴粉：0.15kg；镍粉：0.7kg；将上述药芯中各成分混合均匀后待用；
焊丝制备方法与实施例1相同。
本实施例在焊接参数：I＝200-220A、U＝22V无气体保护其焊丝。其焊丝熔敷金属化学成分见表5，熔敷金属力学性能见表6：
表5熔敷金属化学成分(wt％)
C Mn Si S P Cr Ni Mo V Al
0.078 0.91 0.14 0.0015 0.012 0.023 0.93 0.0029 0.0019 0.89
表6熔敷金属机械性能

Claims (20)

1.一种适用于油气管道的自保护药芯焊丝，由低碳钢外皮和包裹在该外皮内的药芯组成，该药芯组成和含量为：
氟化钡：9.7-11.5重量份；
氟化铈：0.2-0.6重量份；
含锆化合物：0.4-1.2重量份；
碳酸盐：2-4重量份；
氧化镁：0.3-0.5重量份；
铁红：0.4-0.6重量份；
氧化铝：0-0.3重量份；
铝铁：0.3-0.7重量份；
铝镁合金：2.5-4重量份；
钴粉：0-0.2重量份；和
镍粉：0.6-0.8重量份。
2.根据权利要求1所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述药芯重量为焊丝重量的16.4-24.4％。
3.根据权利要求2所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述药芯重量为焊丝重量的为20-23％。
4.根据权利要求1-3任一所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述低碳钢外皮质量百分比为
C：0.01-0.1％；
Mn：0.1-0.4％；
Si：0.01-0.03％；
S：0.005-0.015％；
P：0.005-0.015％；
余量为铁。
5.根据权利要求1-3任一所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述氟化钡为11重量份；氟化铈为0.2重量份；含锆化合物为1重量份；碳酸盐为3重量份，氧化镁为0.4重量份，铁红为0.4重量份，氧化铝为0.2重量份，铝铁为0.5重量份，铝镁合金为3重量份，钴粉为0.15重量份，镍粉为0.7重量份。
6.根据权利要求4所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述氟化钡为11重量份；氟化铈为0.2重量份；含锆化合物为1重量份；碳酸盐为3重量份，氧化镁为0.4重量份，铁红为0.4重量份，氧化铝为0.2重量份，铝铁为0.5重量份，铝镁合金为3重量份，钴粉为0.15重量份，镍粉为0.7重量份。
7.根据权利要求1-3任一所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述氟化钡为11重量份，氟化铈为0.2重量份，含锆化合物为1重量份，碳酸盐为3重量份，氧化镁为0.4重量份，铁红为0.5重量份，氧化铝为0.2重量份，铝铁为0.6重量份，铝镁合金为3.2重量份，钴粉为0.15重量份，镍粉为0.7重量份。
8.根据权利要求4所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述氟化钡为11重量份，氟化铈为0.2重量份，含锆化合物为1重量份，碳酸盐为3重量份，氧化镁为0.4重量份，铁红为0.5重量份，氧化铝为0.2重量份，铝铁为0.6重量份，铝镁合金为3.2重量份，钴粉为0.15重量份，镍粉为0.7重量份。
9.根据权利要求1-3任一所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述氟化钡为11重量份，氟化铈为0.2重量份，含锆化合物为1重量份，碳酸盐为3重量份，氧化镁为0.4重量份，铁红为0.6重量份，氧化铝为0.2重量份，铝铁为0.6重量份，铝镁合金为3.2重量份，钴粉为0.15重量份，镍粉为0.7重量份。
10.根据权利要求4所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述氟化钡为11重量份，氟化铈为0.2重量份，含锆化合物为1重量份，碳酸盐为3重量份，氧化镁为0.4重量份，铁红为0.6重量份，氧化铝为0.2重量份，铝铁为0.6重量份，铝镁合金为3.2重量份，钴粉为0.15重量份，镍粉为0.7重量份。
11.根据权利要求1-3任一所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述自保护药芯焊丝直径为2.0mm。
12.根据权利要求4所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述自保护药芯焊丝直径为2.0mm。
13.根据权利要求5所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述自保护药芯焊丝直径为2.0mm。
14.根据权利要求6所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述自保护药芯焊丝直径为2.0mm。
15.根据权利要求7所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述自保护药芯焊丝直径为2.0mm。
16.根据权利要求8所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述自保护药芯焊丝直径为2.0mm。
17.根据权利要求9所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述自保护药芯焊丝直径为2.0mm。
18.根据权利要求10所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述自保护药芯焊丝直径为2.0mm。
19.一种权利要求1至18任一权利要求所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：
①将药芯成分中的氟化钡、氟化铈、碳酸盐、氧化镁和铁红混合均匀，烘培，烘培温度为600-850℃，造粒，过筛，筛子的孔径为40目-160目；
②取过过筛后的粒子，然后将剩余的药粉混合在一起，V型搅拌机搅拌，混合均匀成药芯混合料；
③将横向弯制成“U”型的低碳钢钢带置于焊丝成型机内，药芯混合料注入钢带凹槽内，卷制成丝，细拉至Φ2.0mm即成。
20.一种权利要求1至18任一权利要求所述的适用于油气管道的自保护药芯焊丝在油气长输管道、储罐或海洋平台的焊接方法，焊接参数为：电压范围为17～23V之间，电流范围为180～270A。
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