CN107186378A - 一种油气输送管道用药芯焊丝的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油气输送管道用药芯焊丝及其制备方法，药芯按重量份包括：还原铁粉100‑120份、铬粉11.5‑14.5份、钛粉2‑5份、铝粉2‑5份、铜粉1‑2份、铌铁粉1‑2.5份、锰铁粉0.5‑1.5份、钒铁粉1‑3份、钼铁粉0.5‑2份、硼铁1‑3份、硅铁2‑4份、稀土铁合金粉1‑3份、电解锰2‑3份、碳酸盐6‑9份、纳米二氧化钛粉末4‑7份、稀土氧化物粉末0.5‑1.5份。本发明提出的一种油气输送管道用药芯焊丝及其制备方法，制备过程简单，施焊后焊接接头具有良好的低温韧性、强度、抗开裂性和抗蠕变性，满足油气管道的需求标准。

Description

一种油气输送管道用药芯焊丝的制备方法
技术领域
本发明涉及焊丝技术领域，尤其涉及一种油气输送管道用药芯焊丝的制备方法。
背景技术
药芯焊丝作为一种常用的焊接材料，可以通过调整药粉的合金成分和比例，设计出不同用途的焊接材料，被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑、桥梁、管道等领域。焊接质量的好坏、焊接效率的高低是由焊接材料、焊接工艺决定。目前，油气输送管道用药芯焊丝主要引用国外进口焊丝，我国国内生产的药芯焊丝还存在成分设计不合理，焊接接头在低温韧性、强度、抗开裂性和抗蠕变性方面还有待提高。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种油气输送管道用药芯焊丝及其制备方法，制备过程简单，施焊后焊接接头具有良好的低温韧性、强度、抗开裂性和抗蠕变性，满足油气管道的需求标准。
本发明提出的一种油气输送管道用药芯焊丝的制备方法，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳冷轧钢带外皮组成，药芯按重量份包括：还原铁粉100-120份、铬粉11.5-14.5份、钛粉2-5份、铝粉2-5份、铜粉1-2份、铌铁粉1-2.5份、锰铁粉0.5-1.5份、钒铁粉1-3份、钼铁粉0.5-2份、硼铁1-3份、硅铁2-4份、稀土铁合金粉1-3份、电解锰2-3份、碳酸盐6-9份、纳米二氧化钛粉末4-7份、稀土氧化物粉末0.5-1.5份。
具体实施方式中，还原铁粉的重量份还可以为104、108、110、112、115、118份，铬粉的重量份还可以为12、12.5、13、13.5、14份，钛粉的重量份还可以为2.5、3、3.5、4、4.5份，铝粉的重量份还可以为2.5、3、3.5、4、4.5份，铜粉的重量份还可以为1.2、1.4、1.5、1.6、1.8份，铌铁粉的重量份还可以为1.3、1.5、1.8、2、2.3份，锰铁粉的重量份还可以为0.7、0.9、1、1.2、1.4份，钒铁粉的重量份还可以为1.4、1.8、2、2.2、2.5、2.8份，钼铁粉的重量份还可以为0.8、1、1.2、1.5、1.8份，硼铁的重量份还可以为1.4、1.8、2、2.2、2.5、2.8份，硅铁的重量份还可以为2.4、2.8、3、3.2、3.5、3.8份，稀土铁合金粉的重量份还可以为1.4、1.8、2、2.4、2.8份，电解锰的重量份还可以为2.2、2.4、2.5、2.6、2.8份，碳酸盐的重量份还可以为6.5、7、7.5、8、8.5份，纳米二氧化钛粉末的重量份还可以为4.5、5、5.5、6、6.5份，稀土氧化物粉末的重量份还可以为0.7、0.9、1、1.2、1.4份。
优选地，药芯按重量份包括：还原铁粉105-115份、铬粉12-14份、钛粉2.5-4.5份、铝粉2.5-4.5份、铜粉1.2-1.8份、铌铁粉1.5-2份、锰铁粉0.8-1.2份、钒铁粉1.5-2.5份、钼铁粉0.8-1.6份、硼铁1.5-2.5份、硅铁2.5-3.5份、稀土铁合金粉1.5-2.5份、电解锰2.2-2.8份、碳酸盐6.5-8.5份、纳米二氧化钛粉末4.5-6.5份、稀土氧化物粉末0.8-1.2份。
优选地，碳酸盐为碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙、碳酸镁、碳酸锌中的一种或两种以上组成的混合物。
优选地，稀土氧化物粉末的原料按重量份包括：二氧化铈粉末4-6份、氧化钇粉末1-2份、氧化镨粉末1-2份、氧化镧粉末2-4份。
优选地，焊接工艺参数为：焊接电压为27-30V，焊接电流为280-300A，焊接速度为18-22cm/min，道间温度为125-135℃。
优选地，药芯焊丝的填充率为26-32％。
本发明还提出了一种油气输送管道用药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：将还原铁粉、铬粉、钛粉、铝粉、铜粉、铌铁粉、锰铁粉、钒铁粉、钼铁粉、硼铁、硅铁、稀土铁合金粉、电解锰、纳米二氧化钛粉末混合后升温至120-150℃，然后与碳酸盐、稀土氧化物粉末混合，经研磨、过筛后得到预处理药芯粉末；将不锈钢清洗后烘干，轧制成U形槽，再向U形槽中加入预处理药芯粉末，然后将U形槽合口，在药芯焊丝成型机上闭合成O形，通过连续拉拔，减径，得到药芯焊丝。
优选地，包括以下步骤：将还原铁粉、铬粉、钛粉、铝粉、铜粉、铌铁粉、锰铁粉、钒铁粉、钼铁粉、硼铁、硅铁、稀土铁合金粉、电解锰、纳米二氧化钛粉末混合后升温至120-150℃，保温25-40min，然后与碳酸盐、稀土氧化物粉末混合，空冷至45-55℃，经研磨、过150-180目筛后得到预处理药芯粉末；将不锈钢清洗后烘干，轧制成U形槽，再向U形槽中加入预处理药芯粉末，然后将U形槽合口，在药芯焊丝成型机上闭合成O形，通过连续拉拔，减径，得到药芯焊丝。
优选地，包括以下步骤：将还原铁粉、铬粉、钛粉、铝粉、铜粉、铌铁粉、锰铁粉、钒铁粉、钼铁粉、硼铁、硅铁、稀土铁合金粉、电解锰、纳米二氧化钛粉末混合后升温至130-140℃，保温30-35min，然后与碳酸盐、稀土氧化物粉末混合，空冷至48-52℃，经研磨、过160-170目筛后得到预处理药芯粉末；将不锈钢清洗后烘干，轧制成U形槽，再向U形槽中加入预处理药芯粉末，然后将U形槽合口，在药芯焊丝成型机上闭合成O形，通过连续拉拔，减径，得到药芯焊丝。
本发明中通过控制碳酸盐的含量，焊接时生成二氧化碳气体隔绝了空气，提高本发明药芯焊丝自保护能力，再通过添加并控制钛粉、铝粉、硼铁和硅铁的含量，使药芯焊丝具有良好的脱氧脱氮能力，有效防止大气中的氧气、氮气对焊接接头造成的侵害，碳酸盐与钛粉、铝粉、硼铁、硅铁配合，自保护效果好，焊接飞溅小，避免焊接接头因氧氮含量的增加而导致的韧性下降、气孔敏感性增加等问题，从而改善本发明药芯焊丝的焊接性能；再通过添加并控制铬粉、钛粉、铌铁粉、钒铁粉与硅铁的含量，在熔敷金属中形成弥散分布的硬质相小颗粒Cr23C6、Cr7C3、TiC、NbC、VC、SiC，生成硬质相小颗粒数量多、体积小且分布均匀，有效细化组织晶粒，改善熔敷金属的位错密度，进而改善熔敷金属的组织结构，同时促进马氏体、奥氏体与针状铁素体的形成，提高焊接接头的强度、硬度、抗开裂性、耐磨性能、抗蠕变性能和低温韧性；稀土氧化物粉末和稀土铁合金粉的配合加入，有效净化晶界，改善了焊接接头中夹杂物的数量、大小、形成和分布，有效防止出现偏析现象，避免出现各向异性，同时细化熔敷金属中针状马氏体、网状马氏体和针状铁素体，且有效细化熔敷金属中奥氏体晶粒，作为初生γ相的非均质形核核心，起到细化原奥氏体晶粒的作用，提高堆焊层的硬度、抗拉强度、屈服强度、耐腐蚀性、耐磨性和抗蠕变性；在制备过程中，通过合理设置温度，避免温度过高会导致药芯粉末失效，温度过低导致药芯粉末颗粒密度过小，得到的药芯流动性与耐潮性好、密度大、填充率高，且提高本发明药芯焊丝制备过程中拉拔减径操作的稳定性，施焊过程中电弧稳定性好，飞溅小，熔滴过渡流畅，焊缝成型美观，堆焊层中扩散氢含量明显降低。本发明提出的一种油气输送管道用药芯焊丝及其制备方法，制备过程简单，施焊后焊接接头具有良好的低温韧性、强度、抗开裂性和抗蠕变性，满足油气管道的需求标准。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种油气输送管道用药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳冷轧钢带外皮组成，药芯按重量份包括：还原铁粉100份、铬粉11.5份、钛粉5份、铝粉2份、铜粉2份、铌铁粉1份、锰铁粉1.5份、钒铁粉1份、钼铁粉2份、硼铁1份、硅铁4份、稀土铁合金粉1份、电解锰3份、碳酸盐6份、纳米二氧化钛粉末7份、稀土氧化物粉末0.5份。
本发明还提出的一种油气输送管道用药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：将还原铁粉、铬粉、钛粉、铝粉、铜粉、铌铁粉、锰铁粉、钒铁粉、钼铁粉、硼铁、硅铁、稀土铁合金粉、电解锰、纳米二氧化钛粉末混合后升温至120℃，然后与碳酸盐、稀土氧化物粉末混合，经研磨、过筛后得到预处理药芯粉末；将不锈钢清洗后烘干，轧制成U形槽，再向U形槽中加入预处理药芯粉末，然后将U形槽合口，在药芯焊丝成型机上闭合成O形，通过连续拉拔，减径，得到药芯焊丝。
实施例2
本发明提出的一种油气输送管道用药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳冷轧钢带外皮组成，药芯按重量份包括：还原铁粉120份、铬粉14.5份、钛粉2份、铝粉5份、铜粉1份、铌铁粉2.5份、锰铁粉0.5份、钒铁粉3份、钼铁粉0.5份、硼铁3份、硅铁2份、稀土铁合金粉3份、电解锰2份、碳酸盐9份、纳米二氧化钛粉末4份、稀土氧化物粉末1.5份。
本发明还提出的一种油气输送管道用药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：将还原铁粉、铬粉、钛粉、铝粉、铜粉、铌铁粉、锰铁粉、钒铁粉、钼铁粉、硼铁、硅铁、稀土铁合金粉、电解锰、纳米二氧化钛粉末混合后升温至150℃，然后与碳酸盐、稀土氧化物粉末混合，经研磨、过筛后得到预处理药芯粉末；将不锈钢清洗后烘干，轧制成U形槽，再向U形槽中加入预处理药芯粉末，然后将U形槽合口，在药芯焊丝成型机上闭合成O形，通过连续拉拔，减径，得到药芯焊丝。
实施例3
本发明提出的一种油气输送管道用药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳冷轧钢带外皮组成，药芯按重量份包括：还原铁粉110份、铬粉13份、钛粉3.8份、铝粉3.4份、铜粉1.6份、铌铁粉1.7份、锰铁粉1份、钒铁粉2份、钼铁粉1.2份、硼铁2份、硅铁3份、稀土铁合金粉2份、电解锰2.6份、碳酸盐7.8份、纳米二氧化钛粉末5.2份、稀土氧化物粉末1份。
其中，碳酸盐为碳酸锂、碳酸钾、碳酸镁按重量比为2:1:1组成的混合物；
稀土氧化物粉末的原料按重量份包括：二氧化铈粉末5份、氧化钇粉末1.6份、氧化镨粉末1.5份、氧化镧粉末3份；
焊接工艺参数为：焊接电压为29V，焊接电流为290A，焊接速度为20cm/min，道间温度为130℃；
药芯焊丝的填充率为30％。
本发明还提出的一种油气输送管道用药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：将还原铁粉、铬粉、钛粉、铝粉、铜粉、铌铁粉、锰铁粉、钒铁粉、钼铁粉、硼铁、硅铁、稀土铁合金粉、电解锰、纳米二氧化钛粉末混合后升温至135℃，保温35min，然后与碳酸盐、稀土氧化物粉末混合，空冷至50℃，经研磨、过160目筛后得到预处理药芯粉末；将不锈钢清洗后烘干，轧制成U形槽，再向U形槽中加入预处理药芯粉末，然后将U形槽合口，在药芯焊丝成型机上闭合成O形，通过连续拉拔，减径，得到药芯焊丝。
实施例4
本发明提出的一种油气输送管道用药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳冷轧钢带外皮组成，药芯按重量份包括：还原铁粉105份、铬粉14份、钛粉2.5份、铝粉4.5份、铜粉1.2份、铌铁粉2份、锰铁粉0.8份、钒铁粉2.5份、钼铁粉0.8份、硼铁2.5份、硅铁2.5份、稀土铁合金粉2.5份、电解锰2.2份、碳酸盐8.5份、纳米二氧化钛粉末4.5份、稀土氧化物粉末1.2份。
其中，碳酸盐为碳酸钠、碳酸钙、碳酸锌按重量比为1:2:1组成的混合物；
稀土氧化物粉末的原料按重量份包括：二氧化铈粉末4份、氧化钇粉末2份、氧化镨粉末1份、氧化镧粉末4份；
焊接工艺参数为：焊接电压为27V，焊接电流为280A，焊接速度为18cm/min，道间温度为135℃；
药芯焊丝的填充率为26％。
本发明还提出的一种油气输送管道用药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：将还原铁粉、铬粉、钛粉、铝粉、铜粉、铌铁粉、锰铁粉、钒铁粉、钼铁粉、硼铁、硅铁、稀土铁合金粉、电解锰、纳米二氧化钛粉末混合后升温至120℃，保温40min，然后与碳酸盐、稀土氧化物粉末混合，空冷至45℃，经研磨、过150目筛后得到预处理药芯粉末；将不锈钢清洗后烘干，轧制成U形槽，再向U形槽中加入预处理药芯粉末，然后将U形槽合口，在药芯焊丝成型机上闭合成O形，通过连续拉拔，减径，得到药芯焊丝。
实施例5
本发明提出的一种油气输送管道用药芯焊丝，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳冷轧钢带外皮组成，药芯按重量份包括：还原铁粉115份、铬粉12份、钛粉4.5份、铝粉2.5份、铜粉1.8份、铌铁粉1.5份、锰铁粉1.2份、钒铁粉1.5份、钼铁粉1.6份、硼铁1.5份、硅铁3.5份、稀土铁合金粉1.5份、电解锰2.8份、碳酸盐6.5份、纳米二氧化钛粉末6.5份、稀土氧化物粉末0.8份。
其中，碳酸盐为碳酸钙；
稀土氧化物粉末的原料按重量份包括：二氧化铈粉末6份、氧化钇粉末1份、氧化镨粉末2份、氧化镧粉末2份；
焊接工艺参数为：焊接电压为30V，焊接电流为300A，焊接速度为22cm/min，道间温度为125℃；
药芯焊丝的填充率为32％。
本发明还提出的一种油气输送管道用药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：将还原铁粉、铬粉、钛粉、铝粉、铜粉、铌铁粉、锰铁粉、钒铁粉、钼铁粉、硼铁、硅铁、稀土铁合金粉、电解锰、纳米二氧化钛粉末混合后升温至150℃，保温25min，然后与碳酸盐、稀土氧化物粉末混合，空冷至55℃，经研磨、过180目筛后得到预处理药芯粉末；将不锈钢清洗后烘干，轧制成U形槽，再向U形槽中加入预处理药芯粉末，然后将U形槽合口，在药芯焊丝成型机上闭合成O形，通过连续拉拔，减径，得到药芯焊丝。
对本发明实施例3中油气输送管道用药芯焊丝施焊后的焊接接头进行性能测试，与现有技术相比结果如下：
现有技术 实施例3
屈服强度/MPa 615 649
抗拉强度/MPa 795 835
伸长率/％ 17.5 19.6
-40℃冲击吸收功/J 47.7 54.2
通过上述表格可以看出，本发明油气输送管道用药芯焊丝与现有技术相比，在屈服强度、抗拉强度、伸长率与低温冲击功发面都得到了提升，表现出的优异性能，满足油气管道的需求标准，更加适合生产使用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种油气输送管道用药芯焊丝，其特征在于，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳冷轧钢带外皮组成，药芯按重量份包括：还原铁粉100-120份、铬粉11.5-14.5份、钛粉2-5份、铝粉2-5份、铜粉1-2份、铌铁粉1-2.5份、锰铁粉0.5-1.5份、钒铁粉1-3份、钼铁粉0.5-2份、硼铁1-3份、硅铁2-4份、稀土铁合金粉1-3份、电解锰2-3份、碳酸盐6-9份、纳米二氧化钛粉末4-7份、稀土氧化物粉末0.5-1.5份。
2.根据权利要求1所述油气输送管道用药芯焊丝，其特征在于，由药芯和包覆在药芯外侧的低碳冷轧钢带外皮组成，药芯按重量份包括：还原铁粉105-115份、铬粉12-14份、钛粉2.5-4.5份、铝粉2.5-4.5份、铜粉1.2-1.8份、铌铁粉1.5-2份、锰铁粉0.8-1.2份、钒铁粉1.5-2.5份、钼铁粉0.8-1.6份、硼铁1.5-2.5份、硅铁2.5-3.5份、稀土铁合金粉1.5-2.5份、电解锰2.2-2.8份、碳酸盐6.5-8.5份、纳米二氧化钛粉末4.5-6.5份、稀土氧化物粉末0.8-1.2份。
3.根据权利要求1或2所述油气输送管道用药芯焊丝，其特征在于，碳酸盐为碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙、碳酸镁、碳酸锌中的一种或两种以上组成的混合物。
4.根据权利要求1或2所述油气输送管道用药芯焊丝，其特征在于，稀土氧化物粉末的原料按重量份包括：二氧化铈粉末4-6份、氧化钇粉末1-2份、氧化镨粉末1-2份、氧化镧粉末2-4份。
5.根据权利要求1或2所述油气输送管道用药芯焊丝，其特征在于，焊接工艺参数为：焊接电压为27-30V，焊接电流为280-300A，焊接速度为18-22cm/min，道间温度为125-135℃。
6.根据权利要求1或2所述油气输送管道用药芯焊丝，其特征在于，药芯焊丝的填充率为26-32％。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述油气输送管道用药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将还原铁粉、铬粉、钛粉、铝粉、铜粉、铌铁粉、锰铁粉、钒铁粉、钼铁粉、硼铁、硅铁、稀土铁合金粉、电解锰、纳米二氧化钛粉末混合后升温至120-150℃，然后与碳酸盐、稀土氧化物粉末混合，经研磨、过筛后得到预处理药芯粉末；将不锈钢清洗后烘干，轧制成U形槽，再向U形槽中加入预处理药芯粉末，然后将U形槽合口，在药芯焊丝成型机上闭合成O形，通过连续拉拔，减径，得到药芯焊丝。
8.根据权利要求7所述油气输送管道用药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将还原铁粉、铬粉、钛粉、铝粉、铜粉、铌铁粉、锰铁粉、钒铁粉、钼铁粉、硼铁、硅铁、稀土铁合金粉、电解锰、纳米二氧化钛粉末混合后升温至120-150℃，保温25-40min，然后与碳酸盐、稀土氧化物粉末混合，空冷至45-55℃，经研磨、过150-180目筛后得到预处理药芯粉末；将不锈钢清洗后烘干，轧制成U形槽，再向U形槽中加入预处理药芯粉末，然后将U形槽合口，在药芯焊丝成型机上闭合成O形，通过连续拉拔，减径，得到药芯焊丝。
9.根据权利要求8所述油气输送管道用药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将还原铁粉、铬粉、钛粉、铝粉、铜粉、铌铁粉、锰铁粉、钒铁粉、钼铁粉、硼铁、硅铁、稀土铁合金粉、电解锰、纳米二氧化钛粉末混合后升温至130-140℃，保温30-35min，然后与碳酸盐、稀土氧化物粉末混合，空冷至48-52℃，经研磨、过160-170目筛后得到预处理药芯粉末；将不锈钢清洗后烘干，轧制成U形槽，再向U形槽中加入预处理药芯粉末，然后将U形槽合口，在药芯焊丝成型机上闭合成O形，通过连续拉拔，减径，得到药芯焊丝。
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