CN1788920A - 高焊速高韧性氟碱型烧结焊剂 - Google Patents

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Abstract

一种高焊速高韧性氟碱型烧结焊剂，由下述重量百分比的成分构成：24＜MgO＜26，17＜CaF2＜19，Al2O3 18～22，22＜SiO2＜24，CaO 3～5，MnO＜7，FeO＜2，K2O+Na2O 2～3，S＜0.04，P＜0.05。本发明通过调节焊剂熔渣的熔点、粘度、表面张力、碱度等改善焊接时焊剂的脱渣性、焊缝表面成型性，来获得高的焊接速度；通过添加稳弧剂等改善电弧燃烧的稳定性，向焊剂中添加合金元素，以保证焊缝中获得合理的合金元素及其配比，减少原材料中带来的有害杂质，限制有害杂质S、P及氧化物夹杂渗向焊缝，使焊缝金属具有优良的低温冲击韧性。本发明可与多种焊丝匹配，焊接多种低合金钢，在高焊速下仍可获得良好的焊接性能。

Description

高焊速高韧性氟碱型烧结焊剂
技术领域
本发明涉及一种高焊速高韧性氟碱型烧结焊剂，适用于在石油及天然气输送用X系列及L系列高级别管线钢钢管的较高焊速的埋弧焊接中使用。
背景技术
埋弧焊用焊剂主要分为两种：熔炼焊剂和烧结焊剂，这两种焊剂在管线钢管的焊接中长期使用，随着管线强度的提高，用户对焊缝的韧性提出了更高的要求，而烧结焊剂能使焊缝得到较高的韧性指标，特别是氟碱型烧结焊剂。烧结焊剂具有可以连续生产、无污染、碱度高、能适应较高强度钢材的焊接，并能得到较高的焊缝塑性和韧性等优点，已经被广泛用于压力容器、金属结构、桥梁、造船、车辆和石油及天然气输送管道等焊接制造。近年来，随着管道业的不断发展，提高焊接速度，保证焊缝具有优良的机械性能，特别是韧性指标，成为管道制管业发展的一种必然趋势。与本发明最接近的现有技术是“氟碱型高韧性烧结焊剂”(ZL 01128710.1，CN 1326838A)，该焊剂的焊接速度较低，只有1.0～1.5m/min，且存在焊缝韧性波动大不稳定的缺陷。
发明内容
本发明解决的技术问题：设计一种高焊速高韧性氟碱型烧结焊剂，在保证高速焊接条件下，使焊缝金属具有较高的塑性和强度以及优良的低温冲击韧性。
本发明的设计思路：①由于焊剂的物理性能与焊接速度的提高有着密切的关系，因此，通过调节焊剂熔渣的熔点、粘度、表面张力、碱度等改善焊接时焊剂的脱渣性、焊缝表面成型性，来获得高的焊接速度。②添加稳弧剂等改善电弧燃烧的稳定性，向焊剂中添加合金元素，以保证焊缝中获得合理的合金元素及其配比，减少原材料中带来的有害杂质，限制有害杂质S、P及氧化物夹杂渗向焊缝，从而保证在高速焊接条件下，使焊缝金属具有较高的塑性和强度以及优良的低温冲击韧性。
本发明的技术解决方案：以MgO、Al2O3、CaF2、SiO2为焊剂的主要成分，通过调整熔渣的粘度，表面张力、熔点、粒度大小、松装比等来改善焊缝的高度、宽度、表面光滑度及焊剂脱渣性能，来获得高的焊接速度。同时增加少量的铁合金、MnO、CaO，保证焊缝金属的机械性能。
本发明由下述重量百分比的成分构成：
24＜MgO＜26，17＜CaF2＜20，Al2O3 18～22，22＜SiO2＜24，CaO 3～5，MnO＜7，FeO＜2，K2O+Na2O 2～3，S＜0.04，P＜0.05。
本发明与现有技术相比具有的优点及效果：
1、本发明与现有的焊剂(ZL 01128710.1，CN 1326838A，氟碱型高韧性烧结焊剂)相比，焊接速度可从原来的1.0～1.5m/min提高到1.5～2.1m/min，同时可保证焊接时电弧稳定，焊缝表面光滑，脱渣性好，焊接钢管成材率高，生产效率高。
2、本发明与H08MnMoTiB(H08C)焊丝匹配，焊接L系列及X系列管线钢，在1.5m/min～2.0m/min的较高焊速下，不但焊缝的强度及低温韧性值较高且很稳定，而且焊缝具有优良的塑性，解决了现有焊剂(ZL 01128710.1，CN 1326838A，氟碱型高韧性烧结焊剂)焊缝韧性波动大及不稳定的缺陷。
3、本发明可与多种焊丝匹配，焊接多种低合金钢，焊缝低温冲击韧性高，在高焊速下仍可获得良好的焊接性能。
4、经试验本发明所述的焊剂BGSJ101-G在1.5m/min～2.0m/min的较高焊速下(与H08C焊丝匹配)，无论是-20℃下，还是-30℃下，焊缝的强度及冲击韧性值都很高且很稳定，在-20℃下焊缝的冲击韧性平均值可达到110J，在-30℃下焊缝的冲击韧性平均值可达到98.7J，远远高于标准要求，而且剪切面积全部达到100％，抗拉强度≥580MPa。(详见附件：中国石油天然气集团公司焊接钢管研究所BGSJ101-G焊剂试验情况报告)。
具体实施方式
实施例一：
1、组份(wt％)：MgO 25.52，CaF2 19.72，Al2O3 18.98，SiO2 23.45，CaO3.73，MnO 5.18，FeO 1.06，K2O+Na2O 2.321，S 0.004，P 0.035。
2、制备方法：将所需原料复检后，研成不同标准粒度的粉状，过筛后按照配方进行配比称重，然后放进干搅拌器进行干搅拌，搅拌均匀后放入湿搅拌器，加入20％左右的水玻璃进行湿搅拌，充分搅拌均匀后，送入造粒机进行造粒，造出的粒状焊剂经热风干燥后送入烘干炉，在150℃-200℃的温度下进行烘干，脱去其水分后过筛，筛分出标准粒度范围内的焊剂送入烧结炉进行烧结，烧结温度800℃-900℃，烧结时间1个小时左右，出炉后经检验、过筛、包装、入库，焊剂生产的所有工序完成。
实施例二：组份(wt％)：MgO 25.81，CaF2 18.67，Al2O3 20.22，SiO2 22.54，CaO 3.66，MnO 5.52，FeO 1.22，K2O+Na2O 2.321，S 0.004，P 0.035。制备方法与实施例一相同。
实施例三：组份(wt％)：MgO 24.87，CaF2 18.42，Al2O3 21.63，SiO2 22.24，CaO 4.23，MnO 5.09，FeO 1.16，K2O+Na2O 2.321，S 0.004，P 0.035。制备方法与实施例一相同。
本发明的试验结果(详见附件：BGSJ101-G焊剂试验情况报告)：
(1)焊接工艺参数：
Figure A20051002270700051
(2)化学分析参数：
  检测位置 C Si Mn P S Ni Cr Cu Nb V Ti Mo Al
  母材   0.10   0.20   0.84   0.011   0.003   0.10   0.03   0.14   0.03   0.006   0.02   0.01   /
  内焊   0.08   0.24   1.07   0.015   0.004   0.08   0.03   0.11   0.02   0.007   0.02   0.10   /
  外焊   0.08   0.24   1.09   0.016   0.004   0.07   0.03   0.11   0.02   0.007   0.03   0.10   /
(3)焊缝冲击韧性：
  试样编号   材质   试样说明   试验温度(℃)   冲击吸收功(J)
  1   L360   焊缝中心   -20℃   108
  2   L360   焊缝中心   -20℃   100
  3   L360   焊缝中心   -20℃   122
  4   L360   焊缝中心   -20℃   110
  5   L360   焊缝中心   -30℃   96
  6   L360   焊缝中心   -30℃   100
  7   L360   焊缝中心   -30℃   100
  标准要求：-20℃，10mm×10mm×55mm试样3试样平均值≥50J，单个试件试验值≥38J，按5mm×10mm×55mm试样尺寸换算值为：3个试样平均值≥25J，单个试件试验值≥19J。
(4)弯曲试验结果：
  试验编号   焊缝方向   材质   弯曲方向   弯轴直径   冷弯角度   试验结果
  1   焊缝横向   L360   正   28   180°   合格
  2   焊缝横向   L360   反   28   180°   合格
(5)硬度检验：(HV10)

Claims (1)

1、一种高焊速高韧性氟碱型烧结焊剂，其特征是该焊剂由下述重量百分比的成份构成：
24＜MgO＜26，17＜CaF2＜20，Al2O3 18～22，22＜SiO2＜24，CaO 3～5，MnO＜7，FeO＜2，K2O+Na2O 2～3，S＜0.04，P＜0.05。
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