CN110238493B - 一种埋弧焊丝、埋弧焊材及其应用 - Google Patents

一种埋弧焊丝、埋弧焊材及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于埋弧焊材领域，本发明提供了一种埋弧焊剂及其制备方法、埋弧焊丝、埋弧焊材及其应用。本发明提供的埋弧焊剂，以质量百分含量计，包括以下制备原料：刚玉10～25％、萤石15～25％、氟化镁5～10％、硅灰石15～30％、重烧镁砂15～35％和金红石1～5％。本发明提供的埋弧焊丝，型号为SNi6276，以质量百分含量计，所述埋弧焊丝的组成满足：2[Si]/[O]+[Mn]/[O]≥48，300≤[W]/[C]≤1000。本发明提供的埋弧焊材，包括上述埋弧焊丝和上述埋弧焊剂，该焊材的焊丝与焊剂配合作用，具有良好的焊接工艺，能适应平焊和横焊，且焊缝具有良好的力学性能和低温韧性。

Description

一种埋弧焊丝、埋弧焊材及其应用
技术领域
本发明涉及埋弧焊材技术领域，尤其涉及一种埋弧焊剂及其制备方法、一种埋弧焊丝、一种埋弧焊材及其应用。
背景技术
随着我国能源结构改变，天然气能源优势显现。我国已规划和正在实施的项目包括西气东输，油气田开发等，工程包括建立天然气液化中转站，建立液化天然气(LiquefiedNatural Gas，简称LNG)船舶和储罐等。镍基合金因具有优异的耐腐蚀和抗氧化性能，常用于条件苛刻，安全性要求高的设备中。而又因大型LNG储罐工作温度低至-165℃，须采用超低温韧性良好的焊接材料建造储罐。
埋弧焊具有高效、一次探伤合格率高等特点，在大型LNG储罐建造时横焊缝广泛采用埋弧自动焊。横焊缝不同于水平焊缝，焊接难度更大，对焊材提出更高的要求。首先横焊时熔池熔液易下流，诱发焊接未熔合；其次，横焊时熔渣保护不如平焊，焊缝低温韧性低于水平焊缝。因此，需要开发一种适合大型LNG储罐建造用的超低温镍基焊材。
发明内容
本发明的目的在于提供一种埋弧焊剂及其制备方法、一种埋弧焊丝、一种埋弧焊材及其应用，所述的埋弧焊丝、埋弧焊剂用于液化天然气储罐用钢的焊接，具有良好的焊接工艺，能适应平焊和横焊，且焊缝具有良好的力学性能和低温韧性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种埋弧焊剂，以质量百分含量计，包括以下制备原料：刚玉10～25％、萤石15～25％、氟化镁5～10％、硅灰石15～30％、重烧镁砂15～35％和金红石1～5％。
优选的，所述埋弧焊剂的粒径小于80目。
本发明提供了上述方案所述埋弧焊剂的制备方法，包括以下步骤：
将各制备原料与水玻璃混合均匀，热处理后得到埋弧焊剂。
优选的，所述各制备原料的粒径独立地为30～50目。
优选的，所述热处理包括依次进行的低温烘干和高温烧结；所述低温烘干的温度为230～270℃，时间为1～2h；所述高温烧结的温度为770～830℃，时间为1～1.5h。
优选的，所述水玻璃为钾钠水玻璃，所述水玻璃的模数为2.5～2.8，K与Na的摩尔比为(1～2):1。
优选的，所述水玻璃的用量为埋弧焊剂各制备原料总质量的20～30％。
本发明提供了一种埋弧焊丝，型号为SNi6276，以质量百分含量计，所述埋弧焊丝的组成满足：2[Si]/[O]+[Mn]/[O]≥48，300≤[W]/[C]≤1000。
本发明提供了一种埋弧焊材，包括上述方案所述的埋弧焊剂和上述方案所述的埋弧焊丝。
本发明还提供了上述方案所述埋弧焊材在焊接领域中的应用。
本发明提供了一种埋弧焊剂，以质量百分含量计，包括以下制备原料：刚玉10～25％、萤石15～25％、氟化镁5～10％、硅灰石15～30％、重烧镁砂15～35％和金红石1～5％。本发明所述焊剂各组分配合作用，有利于确保焊缝成形，能适应平焊和横焊。
本发明提供了一种埋弧焊丝，型号为SNi6276，以质量百分含量计，所述埋弧焊丝的组成满足：2[Si]/[O]+[Mn]/[O]≥48，300≤[W]/[C]≤1000。
本发明的焊剂和焊丝匹配良好，二者配合作用，可确保具有良好的焊接工艺，能适应平焊和横焊，且焊缝具有良好的力学性能和低温韧性。实施例的结果表明，本发明提供的焊剂和焊丝配合作用，得到的熔敷金属的抗拉强度在700MPa以上，屈服强度在469MPa以上，延伸率在35％以上，-196℃冲击功可达70J以上。
具体实施方式
本发明提供了一种埋弧焊剂，以质量百分含量计，包括以下制备原料：刚玉10～25％、萤石15～25％、氟化镁5～10％、硅灰石15～30％、重烧镁砂15～35％和金红石1～5％。
以质量百分含量计，本发明提供的埋弧焊剂的制备原料包括10～25％的刚玉，优选为15～20％。在本发明中，所述刚玉的主要作用是脱渣，但刚玉的熔点较高，加入过高会提高熔渣凝固温度，抑制渣的流动性，加入量超过25％会导致脱渣困难，不利焊缝成形，而含量低于10％，熔渣粘度会降低，脱渣效果下降。
以质量百分含量计，本发明提供的埋弧焊剂的制备原料包括15～25％的萤石，优选为17～23％。本发明所述萤石的主要成分为氟化钙，氟化物能够提高埋弧焊焊丝的焊缝金属纯净度和力学性能，提高焊缝冶金质量。同时Ca元素与氟化镁的Mg元素协同作用提高造渣、脱硫效果，加入后可以调整熔渣熔点和粘度。
以质量百分含量计，本发明提供的埋弧焊剂的制备原料包括5～10％的氟化镁，优选为6.5～9％。在本发明中，所述氟化镁的作用是协助萤石共同调节熔渣熔点和粘度，有利于脱渣性和焊缝成形，过高熔渣偏稀，因此氟化镁含量宜为5～10％。
以质量百分含量计，本发明提供的埋弧焊剂的制备原料包括15～30％的硅灰石，优选为18～28％，更优选为20～25％。本发明所述硅灰石可同时引入化合态的CaO和SiO2，构成熔渣骨架，在刚玉、氟化镁和萤石的作用下，使熔渣获得合适的粘度和表面张力，有利于确保焊缝成形。硅灰石含量过低或过高，对焊缝成形均有明显不利影响。
以质量百分含量计，本发明提供的埋弧焊剂的制备原料包括15～35％的重烧镁砂，优选为20～30％，更优选为22～28％。本发明所述重烧镁砂配合其他组分可构成熔渣骨架，对改善焊缝成形有利，可提高焊缝冶金质量。同时有造渣作用，对脱渣与防止飞溅有一定的好处，同时具有脱S的作用，改善镍基堆焊金属的纯净度，但含量过高焊缝成形不良。
以质量百分含量计，本发明提供的埋弧焊剂的制备原料包括1～5％的金红石，优选为2～4％。在本发明中，所述金红石的主要作用为提高稳弧性能，配合焊剂中的其他组分，能够适量增加熔渣粘度以改善脱渣性。
本发明所述焊剂各原料配合作用，能够保证熔渣粘度在合适范围，具有良好的脱渣性，有利于确保焊缝成形，能适应平焊和横焊。
在本发明中，所述埋弧焊剂的粒径优选小于80目，更优选为30～50目。
本发明提供了上述技术方案所述埋弧焊剂的制备方法，包括以下步骤：将各制备原料与水玻璃混合均匀，热处理后得到埋弧焊剂。
本发明将各制备原料与水玻璃混合均匀，得到混合料。本发明对所述各制备原料的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述各制备原料的粒径独立地优选为30～50目，进一步优选为35～45目。在本发明中，所述水玻璃优选为钾钠水玻璃，所述水玻璃的模数优选为2.5～2.8，K与Na的摩尔比优选为(1～2):1，更优选为1:1。在本发明中，所述水玻璃的质量优选为埋弧焊剂各制备原料总质量的20～30％。本发明所述水玻璃作为粘结剂，同时利于稳定电弧。本发明对所述混合的方式没有特殊要求，任意能够混合均匀的方式均可。
得到混合料后，本发明将所述混合料进行热处理，得到埋弧焊剂。
在本发明中，所述热处理优选包括依次进行的低温烘干和高温烧结；所述低温烘干的温度优选为230～270℃，更优选为240～260℃；所述低温烘干的时间优选为1～2h，更优选为1h；所述高温烧结的温度优选为770～830℃，更优选为780～820℃；所述高温烧结的时间优选为1～1.5h，更优选为1h。本发明所述低温烘干的作用主要去除水分，所述高温烧结的过程中，则发生复杂的氧化反应。
在本发明中，所述热处理后优选还包括对热处理的产物进行过筛。本发明所述过筛可以得到目标粒径的埋弧焊剂。
本发明提供了一种埋弧焊丝，型号为SNi6276，以质量百分含量计，所述埋弧焊丝的组成满足：2[Si]/[O]+[Mn]/[O]≥48，300≤[W]/[C]≤1000。
在本发明中，所述埋弧焊丝中Si和Mn起到脱氧的作用，须满足2[Si]/[O]+[Mn]/[O]≥48才能获得良好-196℃冲击功；W与C在焊接过程中会形成碳化物，焊丝中钨质量与碳质量的比值在300～1000范围内，焊缝具有较好的强度和韧性。在本发明中，所述[Si]、[O]、[W]和[C]分别指的是焊丝中Si、O、W和C的质量百分含量。
本发明对所述焊丝的规格没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的规格即可。本发明对所述焊丝的制备方法没有特殊要求，按照本领域技术人员熟知的制备方法制备即可。
本发明提供了一种埋弧焊材，包括上述技术方案所述的埋弧焊丝和上述技术方案所述的埋弧焊剂。本发明的埋弧焊丝与埋弧焊剂匹配良好，二者配合作用，具有良好的焊接工艺，能适应平焊和横焊，且焊缝具有良好的力学性能和低温韧性。
本发明提供了上述技术方案所述埋弧焊材在焊接领域中的应用。在本发明中，所述焊接的对象优选为液化天然气储罐用钢。本发明对所述液化天然气储罐用钢的具体种类没有特殊要求，本领域技术人员熟知的液化天然气储罐用钢均可。本发明对所述焊接的条件没有特殊要求，本领域技术人员根据实际情况进行选择与调整即可。本发明对所述应用时焊剂的用量没有特殊要求，能够覆盖熔池即可。
下面结合实施例对本发明提供的埋弧焊丝、埋弧焊剂及其制备方法、埋弧焊材及其应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
埋弧焊丝符合GB/T 15620中SNi6276焊丝，其中2[Si]/[O]+[Mn]/[O]和[W]/[C]的要求，如表1所示，焊丝的具体组成见表2。
表1焊丝成分要求
编号 2[Si]/[O]+[Mn]/[O] [W]/[C] 焊丝成分
焊丝1 62 350 符合SNi6276
焊丝2 170 600 符合SNi6276
焊丝3 110 840 符合SNi6276
表2焊丝的具体组成(wt.％)
编号 Si Mn O C W Fe Cu Cr Mo Ni
焊丝1 0.06 0.5 0.01 0.012 4.2 5.2 0.02 15.8 16.2 余量
焊丝2 0.06 0.9 0.006 0.006 3.6 4.8 0.05 15.3 16.5 余量
焊丝3 0.04 0.8 0.008 0.005 4.2 6.3 0.12 15.6 15.7 余量
实施例2
按照表3所给出的焊剂成分，混合均匀后，加入25％模数2.6的钾钠水玻璃(K：Na＝1:1)，经过230～270℃低温烘干1h，770～830℃高温烧结1h，过筛后随炉冷却，制成成品焊剂，焊剂颗粒度小于80目。
表3焊剂成分具体配比
组分 范围wt.％ 焊剂1 焊剂2 焊剂3 焊剂4 焊剂5
刚玉 10-25％ 15％ 10％ 18％ 17％ 25％
萤石 15-25％ 20％ 20％ 15％ 25％ 20％
氟化镁 5-10％ 10％ 3％ 7％ 10％ 9％
硅灰石 15-30％ 25％ 30％ 25％ 15％ 30％
重烧镁砂 15-35％ 25％ 35％ 30％ 30％ 15％
金红石 1-5％ 5％ 2％ 5％ 3％ 1％
总量 100％ 100％ 100％ 100％ 100％ 100％
实施例3
将实施例1的焊丝与实施例2的焊剂配合，焊接条件为：电流300～340A，电压28～30V，焊接速度30～45cm/min(上述焊接条件均适用)；对得到的熔敷金属进行力学性能试验，其中拉伸试验参照GB/T 2652进行；冲击试验参照GB/T 2650进行，得到的熔敷金属的力学性能如表4所示。
表4熔敷金属力学性能
类别 抗拉强度MPa 屈服强度MPa 延伸率％ -196℃冲击功J
焊丝1+焊剂1 722 472 41.5 81
焊丝2+焊剂2 710 469 37 70
焊丝3+焊剂3 718 480 35.5 76
焊丝2+焊剂4 707 484 38 73
焊丝1+焊剂5 709 470 39 78
由表4的结果可知，采用本发明提供的埋弧焊丝与埋弧焊剂配合作用，得到的熔敷金属的抗拉强度在700MPa以上，屈服强度在469MPa以上，延伸率在35％以上，-196℃冲击功可达70J以上，说明焊缝具有良好的力学性能和低温韧性。此外，本发明的埋弧焊丝与埋弧焊剂既适用于于平焊又适用于横焊。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种埋弧焊丝，型号为SNi6276，其特征在于，以质量百分含量计，所述埋弧焊丝的组成满足：2[Si]/[O]+[Mn]/[O]≥48，300≤[W]/[C]≤1000。
2.一种埋弧焊材，包括埋弧焊剂和权利要求1所述的埋弧焊丝；以质量百分含量计，所述埋弧焊剂包括以下制备原料：刚玉10～25％、萤石15～25％、氟化镁5～10％、硅灰石15～30％、重烧镁砂15～35％和金红石1～5％。
3.根据权利要求2所述的埋弧焊材，其特征在于，所述埋弧焊剂的粒径小于80目。
4.权利要求2或3所述埋弧焊材在焊接领域中的应用。
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