CN107803612A

CN107803612A - 内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊用烧结焊剂及制备方法

Info

Publication number: CN107803612A
Application number: CN201711030345.1A
Authority: CN
Inventors: 何少卿; 孟钰竣
Original assignee: BAOJI YUSHENG WELDING MATERIAL Co Ltd
Current assignee: BAOJI YUSHENG WELDING MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2018-03-16
Anticipated expiration: 2037-10-27
Also published as: CN107803612B

Abstract

本发明公开了一种内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊用烧结焊剂及制备方法，按照质量百分比CaF₂：30％～34％，MgO：15％～25％，Al₂O₃：20％～25％，SiO₂：21％～25％，AlF₃：1.5％～4％，合金剂：0.5％～5％的配比混合得到焊剂干粉，再加入干粉重量的21％～23％粘结剂进行湿搅拌，即得。本发明的烧结焊剂，匹配E316L、E309L带极埋弧堆焊不锈钢复合钢管时，熔渣的熔点、粘度适中，当熔池凝固时，焊缝表面不产生气体压痕，具有良好的焊缝成型。熔渣表面张力较低，焊后脱渣容易，自动翘起，不用人工清理。且焊缝边缘过渡平稳，表面光滑，焊缝外观成形质量好，具有良好的焊接工艺性能。

Description

内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊用烧结焊剂及制备方法

技术领域

本发明属于焊剂材料技术领域，特别是涉及一种内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊用烧结焊剂及制备方法。

背景技术

不锈钢和碳钢的复合钢板是近年来国际上发展起来较快的一种多功能、多用途的复合金属材料。广泛应用于冶金、造船、宇航、制药、食品、电子、化工、机械制造以及国防工业等领域。复合不锈钢的应用，实现了抗腐蚀、耐高温、高压的设计要求。

大面积的复合钢板，是用以制造大型工件有其独有的特殊用途。例如：石油精炼工厂的真空塔、蒸馏塔、热交换器、化工厂的各种反应塔、沉析槽、反应釜、海水淡化厂的海水淡化装置，造纸工业中的染气槽、洗涤塔，制盐工业中的蒸发器、核能工业中的加压器纯水等装置，大面积的复合钢板用以实现抗腐蚀、耐高温、高压的设计要求。

近年来，内衬不锈钢复合钢管应用在输油输气管线中，可以大大提高钢管在输天然气、输油过程中的耐腐蚀性能，其表面光滑，流体阻力小，又保留了钢管力学强度高，密封性好的优点，是输油、输气钢管的升级换代的理想产品。

用于内衬不锈钢复合钢管采用气体保护焊进行预焊，外层埋弧焊，内衬不锈钢层采用带极埋弧堆焊来完成的。虽然我国目前还处于试验和探索研究阶段，然而，随着工业的发展，对于内衬不锈钢复合钢管的需求越来越大，因此，内衬不锈钢复合钢管的焊接将成为主要制管厂的重要开发课题。同时开发研制适应内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊用烧结焊剂成为重要课题。

由于内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊工况环境苛刻，因此对焊接材料质量要求极其严格。经检索和查询，尚无内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊专用的配套烧结焊剂。因此，为了满足制管行业的内衬不锈钢复合钢管堆焊要求，需要至少具有以下一个方面的性能的带极埋弧堆焊用烧结焊剂：满足内衬不锈钢复合钢管的设计要求、焊接工艺良好、堆焊金属耐腐蚀性能优异、抗氢剥离性能优良。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊用烧结焊剂及制备方法，配合适当的不锈钢焊带进行埋弧堆焊，焊接时电弧稳定，脱渣良好，焊道成型平整、美观，焊道无明显的氧化色，避免各种焊接缺陷产生，堆焊层能满足抗腐蚀、耐高温等质量要求，且能实现高效的焊接效率。

本发明所采用的技术方案是，一种内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊用烧结焊剂，该焊剂渣系由CaF₂-MgO-Al₂O₃-SiO₂组成，包括焊剂干粉与粘结剂，其中焊剂干粉按质量百分比计其配比如下：CaF₂：30％～34％，MgO：15％～25％，Al₂O₃：20％～25％，SiO₂：21％～25％，AlF₃：1.5％～4％，合金剂：0.5％～5％，以上质量百分比总和为100％。

进一步的，所述焊剂干粉按质量百分比计其配比如下：CaF₂：32％，MgO：18％，Al₂O₃：23％，SiO₂：22％，AlF₃：2％，合金剂：3％。

进一步的，所述粘结剂的用量占焊剂干粉重量的21-23％。

进一步的，所述粘结剂由按照质量比钾钠：水玻璃＝1：1混合组成。

进一步的，所述合金剂为金属铬和镍粉，其中，铬占焊剂干粉质量百分比的0.5～3％，镍占焊剂干粉质量百分比的0.5～2％，且二者总质量占焊剂干粉的0.5％～5％。

本发明所采用的另一技术方案是，一种内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊用烧结焊剂的制备方法，按照质量百分比CaF₂：30％～34％，MgO：15％～25％，Al₂O₃：20％～25％，SiO₂：21％～25％，AlF₃：1.5％～4％，合金剂：0.5％～5％的配比混合得到焊剂干粉，再加入干粉重量的21％～23％粘结剂进行湿搅拌，即得。

本发明的有益效果：本发明的烧结焊剂，匹配E316L、E309L带极埋弧堆焊不锈钢复合钢管时，熔渣的熔点、粘度适中，当熔池凝固时，焊缝表面不产生气体压痕，具有良好的焊缝成型。熔渣表面张力较低，焊后脱渣容易，自动翘起，不用人工清理。且焊缝边缘过渡平稳，表面光滑，焊缝外观成形质量好，具有良好的焊接工艺性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是内衬不锈钢复合钢管堆焊的坡口形式图。

图中，1.基材，2.复合不锈钢内衬，3.CO₂气体保护焊预焊缝，4.埋弧焊内焊缝，5.埋弧焊外焊缝，6.带极堆焊焊缝。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊用烧结焊剂，该焊剂渣系主要由CaF₂-MgO-Al₂O₃-SiO₂组成，按质量百分比计其配比如下：CaF₂：30％～34％，MgO：15％～25％，Al₂O₃：20％～25％，SiO₂：21％～25％，AlF₃：1.5％～4％，合金剂：0.5％～5％，以上质量百分比总和为100％，以上构成了焊剂干粉。

优选的：CaF₂：32％，MgO：18％，Al₂O₃：23％，SiO₂：22％，AlF₃：2％，合金剂：3％。

CaF₂选择30％～34％的理由是：由于CaF₂熔点较低，大约1400℃，对于液态熔渣具有稀渣、降低熔渣粘度的作用，所以CaF₂是调整熔渣凝固温度和流动性的必须成份。同时，CaF₂属于碱性成份，也是降低熔敷金属氧含量提高韧性的不可缺少的成份。在内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊时，要求母材的稀释率控制在20％以下，同时具有非常均匀的焊道熔深。因此，CaF₂的上述特性完全能达到带极埋弧堆焊的要求，获得美观均匀、没有缺陷的焊道。CaF₂含量少于30％时，熔渣流动性差，焊道表面产生压痕，焊道铺展性也不良，同时脱渣性不好。CaF₂含量大于34％时，焊道宽度大，焊接电流、电弧电压明显地波动，影响焊接稳定性，这是造成焊道形状不整齐的原因。还有，CaF₂与SiO₂反应生成SiF₄气体，造成渣壳不致密。因此CaF₂含量在30～34％的范围。作为CaF₂的来源是萤石等。

MgO选择15％～25％的理由是：MgO可以提高焊剂碱度，减少焊带合金元素的烧损，并且也是主要的造渣组分。在组分中可以起到增加渣壳硬度，促进脱渣的作用。加入量过少时，一般渣壳易碎，影响清渣和脱渣。过高时，由于本身熔点较高，使熔渣熔化点升高，与铁水熔点接近，易在焊道上产生压痕。所以，MgO含量少于15％时，熔渣不能整根脱落。另一方面，MgO大于25％时，焊道容易产生凸状，焊道宽度小，坡口壁与焊道熔合恶化，熔合不良，夹渣等缺陷。作为MgO来源有重烧氧化镁、熔炼镁砂等。

Al₂O₃选择20％～25％的理由是：Al₂O₃是调整熔渣粘度和熔点的重要成份。具有不降低熔渣碱度情况下调整熔渣粘度、凝固温度和调整焊道外观的作用。加入量小于20％时，熔渣粘度小，焊道波纹不细腻，焊道表面成型恶化。加入量大于25％时，熔渣粘度过高，焊道表面粘渣，焊道呈凸状，焊道外观恶化，同时会恶化脱渣性能。因此，Al₂O₃加入量控制在20％～25。Al₂O₃可以以氧化铝、氟化铝或复合铝硅酸盐的形式加入。

SiO₂选择21％～25％的理由是：SiO₂是酸性氧化物，具有调整熔渣的熔点、粘度和熔深的有效成份。小于21％时，焊剂碱度高，焊道成形不好。适量时，可以与MgO、Al₂O₃形成复合物，降低熔渣熔点及高温粘度，改善润湿角。大于25％时，由于其氧化作用，造成Cr、Nb烧损量大，且恶化脱渣。所以，SiO₂含量应控制在21％～25％范围内。SiO₂主要以石英砂或复合铝硅酸盐的形式加入。

AlF₃选择1.5％～4％的理由是：AlF₃金属氟化物，与CaF₂作用相似，但与CaF₂相比稀渣作用更明显，加入适量可增强熔渣流动性，改善润湿角，过量时易造成淌渣。AlF₃是为了熔渣具有良好的熔渣流动性而添加的，十分重要。含量小于1.5％时，熔渣流动性不好；超过4％时，电弧不稳定。所以金属氟化物加入量控制在1.5％～4％。

合金剂选择0.5％～5％的理由是：加入量在0.5％以上，可明显改善焊剂脱渣性。过量时由于脱渣过早会使焊道表面氧化严重，焊道表面出现蓝色的氧化色。合金剂是金属铬和镍粉。作用是补充焊接过程中复合层的Cr、Ni烧损。合金剂的添加与复合钢种有关，所以选择金属铬和镍粉。铬和镍粉的配比影响焊缝成分和表面氧化色。其中，铬0.5～3％，镍占0.5～2％，且二者总含量占焊剂干粉的0.5％～5％。

本发明的内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊用烧结焊剂，还包括粘结剂，粘结剂的用量占焊剂干粉重量的21-23％；粘结剂由按照质量比钾钠：水玻璃＝1：1混合组成。

内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊用烧结焊剂的制备方法，按照上述配比混合得到焊剂干粉，再加入干粉重量的21％～23％粘结剂进行湿搅拌，即得。

本发明涉及的内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊用烧结焊剂，匹配E316L、E309L带极埋弧堆焊不锈钢复合钢管时，熔渣的熔点、粘度适中，当熔池凝固时，焊缝表面不产生气体压痕，具有良好的焊缝成型。熔渣表面张力较低，焊后脱渣容易，自动翘起，不用人工清理。且焊缝边缘过渡平稳，表面光滑，焊缝外观成形质量好，具有良好的焊接工艺性能。

实施例

按照本发明所选择的原料，配制了F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9、F10十组不同含量的烧结焊剂的粉剂，按照常规的烧结焊剂制造工艺方法制成焊剂，供试验；

十种焊剂配合0.5mm×30mm规格的E316L、E309L焊带，按照表3的规范和图1所示进行堆焊，堆焊所用试板材质为内衬不锈钢复合钢。

内衬不锈钢复合钢管堆焊的坡口形式见图1。基材1采用材质X65；复合层2材质E309L CO₂气体保护焊预焊缝3作为CO₂打底焊缝；埋弧焊内焊缝4、埋弧焊外焊缝5为低合金钢焊缝；带极堆焊焊缝6为复合钢带极堆焊焊缝。

十组不同含量的烧结焊剂其化学组成如表1所示：

表1烧结焊剂化学组成

注意：带下划线者不在本发明的范围内。

内衬不锈钢复合钢及焊带的化学成分见表2。

表2内衬不锈钢复合钢及焊带的化学成分

内衬不锈钢复合钢管带极堆焊的堆焊规范见表3。

表3堆焊规范

电压/V	电流/A	焊接速度/cm·min-¹	焊带伸出长度/mm
				24	520	16	25～30

堆焊层化学成分见表4。

表4堆焊层化学成分

堆焊工艺性能试验结果见表5。

表5堆焊工艺性能

注意：焊道表面包括焊缝边缘整齐、咬边、焊道与焊道之间的熔合等。

◎——良好；○——较好；△——一般；◇——较差

如表1和表5所示，编号F1～F4是本发明例烧结焊剂的实施例，焊接工艺性能良好，焊接电弧稳定，焊缝成型细腻美观，脱渣容易，没有气孔和压痕。

如表1和表5所示，编号F5～F10是为明确本发明例烧结焊剂的效果的比较例。

比较例中的F5，CaF₂含量大于34％，电弧电压明显地不稳定性，焊道形状不整齐。Al₂O₃、SiO₂含量不在本发明范围内，焊道波纹不细腻、焊道成形欠佳。

比较例中的F6，MgO含量小于15％，熔渣渣壳容易碎。SiO₂大于25％，Cr、Ni烧损量大，不经济。

比较例中的F7，CaF₂含量小于30％，焊道铺展性也不良，脱渣性一般。还有SiO₂含量大于25％，堆焊金属的Cr、Ni烧损量大，增大焊剂中Cr、Ni添加量，不经济。

比较例中的F8，MgO含量大于25％，堆焊焊道宽度稍窄。而且，Al₂O₃、SiO₂含量低于20％，焊道波纹不细腻，焊接工艺性能稍差。

比较例中的F9，AlF₃含量大于4％，CaF₂含量大于34％，电弧稳定性稍差。而且，Al₂O₃、SiO₂含量低于20％，焊道波纹不细腻，焊接工艺性能稍差。

比较例中的F10，CaF₂含量大于34％，电弧稳定性稍差。而且，AlF₃含量小于1.5％，熔渣流动性稍差，Al₂O₃、SiO₂含量低于20％，焊道波纹不细腻，焊接工艺性能稍差。

本发明属于内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊烧结焊剂，同时也可用于耐腐蚀、耐高温、高压的加氢反应器、原流合成塔、煤液化反应器等厚壁压力容器等的带极埋弧堆焊。本发明的内衬不锈钢复合钢管带极堆焊用烧结焊剂已经在番禺珠江钢管有限公司试用，效果良好。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊用烧结焊剂，其特征在于，该焊剂渣系由CaF₂-MgO-Al₂O₃-SiO₂组成，包括焊剂干粉与粘结剂，其中焊剂干粉按质量百分比计其配比如下：CaF₂：30％～34％，MgO：15％～25％，Al₂O₃：20％～25％，SiO₂：21％～25％，AlF₃：1.5％～4％，合金剂：0.5％～5％，以上质量百分比总和为100％。

2.根据权利要求1所述的内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊用烧结焊剂，其特征在于，所述焊剂干粉按质量百分比计其配比如下：CaF₂：32％，MgO：18％，Al₂O₃：23％，SiO₂：22％，AlF₃：2％，合金剂：3％。

3.根据权利要求1所述的内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊用烧结焊剂，其特征在于，所述粘结剂的用量占焊剂干粉重量的21-23％。

4.根据权利要求3所述的内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊用烧结焊剂，其特征在于，所述粘结剂由按照质量比钾钠：水玻璃＝1：1混合组成。

5.根据权利要求1所述的内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊用烧结焊剂，其特征在于，所述合金剂为金属铬和镍粉，其中，铬占焊剂干粉质量百分比的0.5～3％，镍占焊剂干粉质量百分比的0.5～2％，且二者总质量占焊剂干粉的0.5％～5％。

6.一种如权利要求1-5所述的内衬不锈钢复合钢管带极埋弧堆焊用烧结焊剂的制备方法，其特征在于，按照质量百分比CaF₂：30％～34％，MgO：15％～25％，Al₂O₃：20％～25％，SiO₂：21％～25％，AlF₃：1.5％～4％，合金剂：0.5％～5％的配比混合得到焊剂干粉，再加入干粉重量的21％～23％粘结剂进行湿搅拌，即得。