CN110788519A - 油气输送管道用药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

油气输送管道用药芯焊丝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种油气输送管道用药芯焊丝及其制备方法，其特征在于，由药芯和包裹药芯的低碳钢钢带组成，所述药芯占油气输送管道用药芯焊丝总重量的12‑20％，所述药芯包含以下质量百分比的组分：金红石粉5‑10％、镍粉3‑6％、锆粉3‑6％、白刚玉粉1‑4％、三氧化二钇1‑3％、锰硅合金粉2‑5％、铬铁合金粉1‑5％、氧化镁粉1‑4％、钼铁合金粉0.5‑2％、碳化钨粉0.5‑2％、氟化稀土0.5‑2％、二氧化铈0.1‑0.5％、余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。本发明油气输送管道用药芯焊丝具有焊缝成形美观、易脱渣、飞溅小、电弧稳定，并且焊缝组织合金具有优异的低温韧性、低温抗冲击性和强度。

Description

油气输送管道用药芯焊丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种油气输送管道用药芯焊丝及其制备方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展，我国的石油天然气长输管线建设项目越来越多，其中包括西气东输一线、川气东送、西气东输二线和西气东输三线等，在上述项目中管线的直径越来越大，钢的等级越来越高。为了满足对天然气日益增长的需求，天然气管道正在朝着长距离、高压力、大口径方向发展，使用的管线用钢的强度级别也不断提高，除X70、X80钢以外，X90等更高级别的管线钢在我国油气管线上的应用前景广阔。
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，焊接接头组织在低温韧性、低温冲击值不稳定和强度方面还有待提高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种焊缝成形美观、易脱渣、飞溅小、电弧稳定，同时焊缝组织具有高韧性、低温抗冲击性和高强度的油气输送管道用药芯焊丝及其制备方法。
本发明是这样实现的：
一种油气输送管道用药芯焊丝，其特征在于，由药芯和包裹药芯的低碳钢钢带组成，所述药芯占油气输送管道用药芯焊丝总重量的12-20％，所述药芯包含以下质量百分比的组分：金红石粉5-10％、镍粉3-6％、锆粉3-6％、白刚玉粉1-4％、三氧化二钇1-3％、锰硅合金粉2-5％、铬铁合金粉1-5％、氧化镁粉1-4％、钼铁合金粉0.5-2％、碳化钨粉0.5-2％、氟化稀土0.5-2％、二氧化铈0.1-0.5％、余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％；
进一步优选，所述药芯包含以下质量百分比的组分：金红石粉8％、镍粉5％、锆粉4％、白刚玉粉3％、三氧化二钇2％、锰硅合金粉4％、铬铁合金粉3％、氧化镁粉2％、钼铁合金粉1％、碳化钨粉1％、氟化稀土1％、二氧化铈0.3％、余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％；
进一步优选，所述锰硅合金粉中硅锰比为30:70；铬铁合金粉中铬含量为30-40wt％；钼铁合金粉中钼含量为50-60wt％。
进一步优选，所述氟化稀土为无水氟化钇，所述无水氟化钇的粒径为5-10μm。
本发明的油气输送管道用药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
S1、按照配比称取金红石粉、镍粉、锆粉、白刚玉粉、三氧化二钇、锰硅合金粉、铬铁合金粉、氧化镁粉、钼铁合金粉、碳化钨粉、氟化稀土、二氧化铈和铁粉混合并搅拌均匀，置于烘干炉中烘干，得到药芯粉末；
S2、将低碳钢带放入药芯焊丝成型机上，药芯焊丝成型机将低碳钢钢带轧制成U型带，然后向低碳钢U型带中加入药芯粉末，通过成型机将低碳钢U型带闭合，在闭合前过程中采用在线高温退火去除药芯及附着在钢带上的水分，并通过在线焊合封闭焊丝钢带的接口，然后用拉拔机进行拉拔，拉拔至直径为1.2-2.0mm，拉拔后采用超声波对药芯焊丝表面进行在线清洗，最后将药芯焊丝进行热风吹干，得到油气输送管道用药芯焊丝。
进一步优选，所述步骤1中的烘干温度为80-100℃，烘干时间为2-3小时。
进一步优选，所述拉拔时每次拉拔延伸率为10％-15％。
进一步优选，所述高温退火温度为350-400℃。
本发明的突出的实质性特点和显著的进步是：
1、本发明高合金钢耐磨药芯焊丝通过调整药芯原料成分，加入锆粉、白刚玉粉、三氧化二钇、锰硅合金粉、铬铁合金粉、氧化镁粉、钼铁合金粉、碳化钨粉、氟化稀土、二氧化铈，形成Fe-Ti-Zr-C-N-Mn-Cr-W合金体系的药芯焊丝，焊缝成形美观、易脱渣、飞溅小、电弧稳定，能够显著提高焊缝组织的韧性、抗冲击性能和强度，焊缝组织-20℃冲击吸收功≥170J，抗拉强度大于750MPa，具有优异的低温韧性、低温抗冲击性和强度。
2、本发明在制备过程中采用在线焊合封闭焊丝上钢带的接口，并在闭合前过程中采用在线高温退火去除药芯及附着在钢带上的水分，解决了焊丝内部药粉的吸潮问题，制备完成后对焊丝表面进行清洗，有效去除了焊丝表面残留的润滑剂，减少药芯焊丝焊接过程中的焊缝组织杂质。
3、本发明药芯中添加适量的锰硅合金粉、锆粉、白刚玉粉及氟化稀土能改善自保护药芯焊丝的焊接过程稳定性；药芯中适量CeO2和Zr的添加，有利于熔渣成形和覆盖性能的改善，药芯中加入适量的锆粉能显著提高熔敷金属的低温韧性。
4、本发明加入适量的三氧化二钇和二氧化铈，能够净化焊缝组织、变性夹杂和微合金化作用，能够显著提高焊缝组织合金的强度、低温韧性和耐蚀性等。
5、本发明采用锰硅比为20:65的锰硅合金粉获得良好的综合性能，极大提高焊缝组织的力学性能。
6、本发明氟化稀土采用无水氟化钇，能够改提高焊缝的韧性和抗拉强度、减少裂纹，改善焊缝的性能，使电弧稳定，飞溅少，脱渣容易，提高焊接的稳定性。
7、本发明在制备过程中有效地控制了药芯焊丝中氢的来源，药芯焊丝熔敷金属的扩散氢含量为2.5mL/100g以下，且扩散氢含量在使用过程中基本保持不变，降低了焊接接头的冷裂纹敏感性，提高了结构的安全性。
具体实施方式
实施例1
油气输送管道用药芯焊丝由药芯和包裹药芯的低碳钢带组成，所述药芯占油气输送管道用药芯焊丝总重量的12％，所述药芯包含以下质量百分比的组分：金红石粉5％、镍粉3％、锆粉3％、白刚玉粉1％、三氧化二钇1％、锰硅合金粉2％、铬铁合金粉1％、氧化镁粉1％、钼铁合金粉0.5％、碳化钨粉0.5％、氟化稀土0.5％、二氧化铈0.1％、余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％，所述锰硅合金粉中硅锰比为30:70；铬铁合金粉中铬含量为30wt％；钼铁合金粉中钼含量为50wt％。
油气输送管道用药芯焊丝的制备方法为：
S1、按照配比称取金红石粉、镍粉、锆粉、白刚玉粉、三氧化二钇、锰硅合金粉、铬铁合金粉、氧化镁粉、钼铁合金粉、碳化钨粉、氟化稀土、二氧化铈和铁粉混合并搅拌均匀，置于烘干炉中烘干，得到药芯粉末；烘干温度为80℃，烘干时间为3小时。
S2、将低碳钢带放入药芯焊丝成型机上，药芯焊丝成型机将低碳钢钢带轧制成U型带，然后向低碳钢U型带中加入药芯粉末，通过成型机将低碳钢U型带闭合，在闭合前过程中采用在线高温退火去除药芯及附着在钢带上的水分，并通过在线焊合封闭焊丝钢带的接口，然后用拉拔机进行拉拔，拉拔至直径为1.2-2.0mm，拉拔后采用超声波对药芯焊丝表面进行在线清洗，最后将药芯焊丝进行热风吹干，得到油气输送管道用药芯焊丝，所述拉拔时每次拉拔延伸率为10％，所述高温退火温度为350℃。
实施例2
油气输送管道用药芯焊丝由药芯和包裹药芯的低碳钢带组成，所述药芯占油气输送管道用药芯焊丝总重量的15％，所述药芯包含以下质量百分比的组分：金红石粉6％、镍粉4％、锆粉4％、白刚玉粉2％、三氧化二钇2％、锰硅合金粉3％、铬铁合金粉3％、氧化镁粉2％、钼铁合金粉1％、碳化钨粉1％、氟化稀土1％、二氧化铈0.2％、余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％，所述锰硅合金粉中硅锰比为30:70；铬铁合金粉中铬含量为35wt％；钼铁合金粉中钼含量为55wt％。
油气输送管道用药芯焊丝的制备方法为：
S1、按照配比称取金红石粉、镍粉、锆粉、白刚玉粉、三氧化二钇、锰硅合金粉、铬铁合金粉、氧化镁粉、钼铁合金粉、碳化钨粉、氟化稀土、二氧化铈和铁粉混合并搅拌均匀，置于烘干炉中烘干，得到药芯粉末；烘干温度为90℃，烘干时间为2.5小时。
S2、将低碳钢带放入药芯焊丝成型机上，药芯焊丝成型机将低碳钢钢带轧制成U型带，然后向低碳钢U型带中加入药芯粉末，通过成型机将低碳钢U型带闭合，在闭合前过程中采用在线高温退火去除药芯及附着在钢带上的水分，并通过在线焊合封闭焊丝钢带的接口，然后用拉拔机进行拉拔，拉拔至直径为1.2-2.0mm，拉拔后采用超声波对药芯焊丝表面进行在线清洗，最后将药芯焊丝进行热风吹干，得到油气输送管道用药芯焊丝，所述拉拔时每次拉拔延伸率为12％，所述高温退火温度为350℃。
实施例3
油气输送管道用药芯焊丝由药芯和包裹药芯的低碳钢带组成，所述药芯占油气输送管道用药芯焊丝总重量的20％，所述药芯包含以下质量百分比的组分：金红石粉10％、镍粉6％、锆粉6％、白刚玉粉4％、三氧化二钇3％、锰硅合金粉5％、铬铁合金粉5％、氧化镁粉4％、钼铁合金粉2％、碳化钨粉2％、氟化稀土2％、二氧化铈0.5％、余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％，所述锰硅合金粉中硅锰比为30:70；铬铁合金粉中铬含量为35wt％；钼铁合金粉中钼含量为55wt％。
油气输送管道用药芯焊丝的制备方法为：
S1、按照配比称取金红石粉、镍粉、锆粉、白刚玉粉、三氧化二钇、锰硅合金粉、铬铁合金粉、氧化镁粉、钼铁合金粉、碳化钨粉、氟化稀土、二氧化铈和铁粉混合并搅拌均匀，置于烘干炉中烘干，得到药芯粉末；烘干温度为95℃，烘干时间为2小时。
S2、将低碳钢带放入药芯焊丝成型机上，药芯焊丝成型机将低碳钢钢带轧制成U型带，然后向低碳钢U型带中加入药芯粉末，通过成型机将低碳钢U型带闭合，在闭合前过程中采用在线高温退火去除药芯及附着在钢带上的水分，并通过在线焊合封闭焊丝钢带的接口，然后用拉拔机进行拉拔，拉拔至直径为1.2-2.0mm，拉拔后采用超声波对药芯焊丝表面进行在线清洗，最后将药芯焊丝进行热风吹干，得到油气输送管道用药芯焊丝，所述拉拔时每次拉拔延伸率为15％，所述高温退火温度为400℃。
实施例4
油气输送管道用药芯焊丝由药芯和包裹药芯的低碳钢带组成，药芯占油气输送管道用药芯焊丝总重量的18％，所述药芯包含以下质量百分比的组分：金红石粉8％、镍粉5％、锆粉4％、白刚玉粉3％、三氧化二钇2％、锰硅合金粉4％、铬铁合金粉3％、氧化镁粉2％、钼铁合金粉1％、碳化钨粉1％、氟化稀土1％、二氧化铈0.3％、余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％，所述锰硅合金粉中硅锰比为30:70；铬铁合金粉中铬含量为40wt％；钼铁合金粉中钼含量为60wt％。
油气输送管道用药芯焊丝的制备方法为：
S1、按照配比称取金红石粉、镍粉、锆粉、白刚玉粉、三氧化二钇、锰硅合金粉、铬铁合金粉、氧化镁粉、钼铁合金粉、碳化钨粉、氟化稀土、二氧化铈和铁粉混合并搅拌均匀，置于烘干炉中烘干，得到药芯粉末；烘干温度为100℃，烘干时间为3小时。
S2、将低碳钢带放入药芯焊丝成型机上，药芯焊丝成型机将低碳钢钢带轧制成U型带，然后向低碳钢U型带中加入药芯粉末，通过成型机将低碳钢U型带闭合，在闭合前过程中采用在线高温退火去除药芯及附着在钢带上的水分，并通过在线焊合封闭焊丝钢带的接口，然后用拉拔机进行拉拔，拉拔至直径为1.2-2.0mm，拉拔后采用超声波对药芯焊丝表面进行在线清洗，最后将药芯焊丝进行热风吹干，得到油气输送管道用药芯焊丝，所述拉拔时每次拉拔延伸率为15％，所述高温退火温度为400℃。
试验效果
实施例1-4制得的焊丝进行熔敷金属性能试验，熔敷金属焊接试板选用X70级钢管，焊丝直径为1.6mm，焊接工艺参数为：焊接电压为24V，焊接电流220A，电流极性为直流正接(DCEN)。实施例根据GB/T2652-2008《焊缝及熔敷金属拉伸试验方法》、GB/T 2650-2008《焊接接头冲击试验方法》进行试验，结果如下：
表1为本发明熔敷金属的力学性能：
由表1得知，本发明的油气输送管道用药芯焊丝具有优异的力学性能，能更好地应用在工业生产中，能满足石油天然气长输管线等行业管道的焊接。

Claims (8)

1.一种油气输送管道用药芯焊丝，其特征在于，由药芯和包裹药芯的低碳钢钢带组成，所述药芯占油气输送管道用药芯焊丝总重量的12-20％，所述药芯包含以下质量百分比的组分：金红石粉5-10％、镍粉3-6％、锆粉3-6％、白刚玉粉1-4％、三氧化二钇1-3％、锰硅合金粉2-5％、铬铁合金粉1-5％、氧化镁粉1-4％、钼铁合金粉0.5-2％、碳化钨粉0.5-2％、氟化稀土0.5-2％、二氧化铈0.1-0.5％、余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的油气输送管道用药芯焊丝，其特征在于，所述药芯包含以下质量百分比的组分：金红石粉8％、镍粉5％、锆粉4％、白刚玉粉3％、三氧化二钇2％、锰硅合金粉4％、铬铁合金粉3％、氧化镁粉2％、钼铁合金粉1％、碳化钨粉1％、氟化稀土1％、二氧化铈0.3％、余量为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。
3.根据权利要求1所述的油气输送管道用药芯焊丝，其特征在于：所述锰硅合金粉中硅锰比为30:70；铬铁合金粉中铬含量为30-40wt％；钼铁合金粉中钼含量为50-60wt％。
4.根据权利要求1所述的油气输送管道用药芯焊丝，其特征在于：所述氟化稀土为无水氟化钇，所述无水氟化钇的粒径为5-10μm。
5.如权利要求1所述的油气输送管道用药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按照配比称取金红石粉、镍粉、锆粉、白刚玉粉、三氧化二钇、锰硅合金粉、铬铁合金粉、氧化镁粉、钼铁合金粉、碳化钨粉、氟化稀土、二氧化铈和铁粉混合并搅拌均匀，置于烘干炉中烘干，得到药芯粉末；
S2、将低碳钢带放入药芯焊丝成型机上，药芯焊丝成型机将低碳钢钢带轧制成U型带，然后向低碳钢U型带中加入药芯粉末，通过成型机将低碳钢U型带闭合，在闭合前过程中采用在线高温退火去除药芯及附着在钢带上的水分，并通过在线焊合封闭焊丝钢带的接口，然后用拉拔机进行拉拔，拉拔至直径为1.2-2.0mm，拉拔后采用超声波对药芯焊丝表面进行在线清洗，最后将药芯焊丝进行热风吹干，得到油气输送管道用药芯焊丝。
6.根据权利要求5所述的油气输送管道用药芯焊丝的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的烘干温度为80-100℃，烘干时间为2-3小时。
7.根据权利要求5所述的油气输送管道用药芯焊丝的制备方法，其特征在于：所述拉拔时每次拉拔延伸率为10％-15％。
8.根据权利要求5所述的油气输送管道用药芯焊丝的制备方法，其特征在于：所述高温退火温度为350-400℃。
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