專(zhuān)利名稱(chēng)：高堿度高韌性低氫型燒結(jié)焊劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種主要用于海洋輸油、輸氣厚板管線鋼多絲埋弧焊的高堿度高韌性低氫型燒結(jié)焊劑，本發(fā)明還涉及該焊劑的制備方法。
背景技術(shù)：
焊劑是埋弧自動(dòng)焊接用的材料，分為熔煉焊劑和燒結(jié)焊劑兩大類(lèi)。燒結(jié)焊劑具有可以連續(xù)生產(chǎn)、無(wú)污染、堿度高、適應(yīng)較高強(qiáng)度鋼的焊接，并能得到較高的塑性和韌性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于橋梁、壓力容器、金屬結(jié)構(gòu)、造船、車(chē)輛和石油天燃?xì)廨斔凸艿赖群附又圃臁?低堿度高硅、高錳渣系的燒結(jié)焊劑，容易獲得良好工藝性能，但焊縫金屬?zèng)_擊韌性不高。高堿度渣系的燒結(jié)焊劑容易獲得高韌性焊縫，但要獲得良好的焊接工藝性能具有很大的技術(shù)困難。普通焊劑熔敷金屬擴(kuò)散氫含量高，焊縫金屬容易產(chǎn)生裂紋。提高焊劑的堿度是提高熔敷金屬低溫沖擊韌性的關(guān)鍵，現(xiàn)有的焊劑由于堿度低，含氧量大，尤其在多絲埋弧焊焊接厚度大于20mm的輸油輸氣管線鋼板時(shí)，由于多絲焊接，線能量大，焊縫組織容易形成粗大的柱狀晶，導(dǎo)致焊縫金屬低溫沖擊吸收功下降且大幅度波動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高堿度高韌性低氫型燒結(jié)焊劑，尤其適用于海洋輸油輸氣厚板管線鋼多絲埋弧焊焊接用，解決了現(xiàn)有焊劑焊縫金屬韌性差，熔敷金屬擴(kuò)散氫含量高導(dǎo)致焊縫金屬容易產(chǎn)生裂紋的問(wèn)題，且焊劑性能好。本發(fā)明的另一目的是提供上述高堿度高韌性低氫型燒結(jié)焊劑的制備方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，高堿度高韌性低氫型燒結(jié)焊劑，按照質(zhì)量百分比，由以下原料組成MgO :18% 21. 5%, CaF2 33%~ 35%, Al2O3 15%~ 20%, SiO2 17%~ 21%, CaO 3. 5% 8%，MnO :1% 5%，BaCO3 :2% 5%，F(xiàn)eO ( 3%，以上各組分的質(zhì)量百分比總和為100%。本發(fā)明的特征還在于，其中的雜質(zhì)S 彡 O. 015%、P 彡 O. 025%。本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，高堿度高韌性低氫型燒結(jié)焊劑的制備方法，具體按照以下步驟進(jìn)行步驟I按照質(zhì)量百分比，分別稱(chēng)取18 % 21. 5 %的MgO，33 % 35 %的CaF2,15 % 20% 的 Al2O3,17% 21% 的 SiO2, 3. 5% 8% 的 CaO，1% 5% 的 Mn0，2% 5% 的 BaCO3, FeO ( 3%，以上各組分的質(zhì)量百分比總和為100% ；步驟2將步驟I所稱(chēng)取的各原料進(jìn)行混合干攪拌，攪拌均勻后得到混合粉末，然后再加入占混合粉末重量20 %的水玻璃粘接劑，再充分濕攪拌至均勻，然后將濕攪拌均勻的物料送至造粒機(jī)進(jìn)行造粒，造出的粒狀焊劑經(jīng)熱風(fēng)干燥后進(jìn)入烘干爐，在180°C 230°C溫度下烘干，出爐后進(jìn)行篩分，再進(jìn)入燒結(jié)爐，半成品經(jīng)830°C 860°C溫度下在燒結(jié)爐中燒結(jié)1-2 小時(shí)后出爐，然后經(jīng)過(guò)篩，冷卻，即得。本發(fā)明的高堿度高韌性低氫型燒結(jié)焊劑的有益效果是，滿足厚板管線鋼多絲埋弧焊的焊縫對(duì)低溫沖擊韌性的要求，提高焊縫金屬韌性堿性燒結(jié)焊劑中一般含有CaO、MgO、 CaF2等堿性化合物和SiO2酸性氧化物，堿度在I. 5 I. 8范圍。本發(fā)明添加大量的CaF2堿性化合物、添加BaCO3堿性氧化物、降低SiO2含量等方式來(lái)提高燒結(jié)焊劑熔渣的堿度，熔渣的堿度范圍2. 4 2. 6。高堿度熔渣降低了焊縫金屬中氧含量，從而提高了厚板管線鋼多絲埋弧焊的焊縫金屬低溫沖擊韌性。本發(fā)明的高堿度高韌性低氫型燒結(jié)焊劑的低溫(_40°C) 沖擊吸收功(KV2)范圍是132J 202J。降低熔敷金屬擴(kuò)散氫含量熔敷金屬中擴(kuò)散氫是產(chǎn)生焊縫金屬冷裂紋重要因素之一。本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化燒結(jié)焊劑配方設(shè)計(jì)來(lái)降低熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量，降低厚板多絲埋弧焊的焊縫裂紋傾向，解決大厚板多絲埋弧焊焊縫開(kāi)裂的問(wèn)題。 本發(fā)明焊劑的熔敷金屬擴(kuò)散氫含量小于O. 89ml/100g(平均值)。在焊劑中添加一定量的 BaCO3，焊接時(shí)BaCO3分解出的CO2氣體與CaF2焊接時(shí)產(chǎn)生的氟氣，共同來(lái)降低電弧氣氛中的氫分壓，達(dá)到降低焊縫金屬擴(kuò)散氫含量的目的。同時(shí)，BaCO3分解的固態(tài)產(chǎn)物是BaO，提高了熔渣的堿度，具有提高熔敷金屬低溫沖擊韌性的作用。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還在于，高堿度高韌性低氫型燒結(jié)焊劑熔渣堿度Bnw :2. 4 2. 6 ;焊接工藝性能良好，焊縫金屬?zèng)]有夾渣、氣孔等缺陷。本發(fā)明焊劑已用于X70、X80海洋管線(輸油、輸氣)鋼管焊接，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外4絲焊接，取得良好效果。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明公開(kāi)了一種高堿度高韌性低氫型燒結(jié)焊劑，按照質(zhì)量百分比，由以下組分組成MgO :18% 21. 5%，CaF2 :33% 35%，Al2O3 :15% 20%，SiO2 :17% 21%， CaO 3. 5% 8%，Mn0 :1% 5%，BaCO3 :2% 5%，F(xiàn)e0彡3%，以上各組分的質(zhì)量百分比總和為100%。除上述組分外，由于原材料不可避免地帶入S、P等雜質(zhì)，需要控制原材料的S、P含量。焊劑中控制3彡0.015%、？彡0.025%。以下詳細(xì)說(shuō)明焊劑組分和含量的控制理由。MgO控制在18% 21. 5%, CaF2控制在33% 35%，CaO控制在3. 5% 8%，這三種成分都是造渣劑，同時(shí)是提高堿度的必要成分。MgO小于18%時(shí)，難以發(fā)揮提高熔渣堿度的效果，得不到高堿度提高韌性的效果。超過(guò)21. 5%時(shí)，熔渣的熔點(diǎn)過(guò)高，易形成焊道粗糙的焊縫，并易在焊縫金屬中形成夾渣。CaF2可以增加熔渣的流動(dòng)性，減小氣孔、夾渣等缺陷，改善焊縫成形。CaF2小于33%時(shí)，降低熔敷金屬中的氫含量的效果不充分。超過(guò)35% 時(shí)，熔渣的粘度過(guò)低，熔池運(yùn)動(dòng)激烈，焊道粗大化，焊道外觀不平滑。CaO小于3. 5%時(shí)，熔渣的堿度小，不利于提高韌性。CaO大于8%時(shí)，受到添加材料的限制，不易加入。SiO2控制在17% 21%，SiO2是造渣劑，同時(shí)也是維持電弧穩(wěn)定性的主要成分。 小于17%時(shí)，電弧不穩(wěn)定，不易得到良好的焊接工藝性能。超過(guò)21%時(shí)，降低焊劑熔渣的堿度，易使焊縫金屬增氧，不利于提高焊縫金屬低溫沖擊韌性。
Al2O3控制在15% 20% ,Al2O3屬于造渣劑，是調(diào)整熔渣的物理性能，改善熔渣的流動(dòng)性，維持良好的焊道形狀的有效成分。Al2O3小于15%時(shí)，熔渣的粘度過(guò)低，因此，難以保證良好的焊道外觀，超過(guò)20%時(shí)，熔渣的粘度過(guò)高，易產(chǎn)生咬邊和壓痕，造成焊道外觀不良。MnO控制在1% 5%，MnO是為了調(diào)整熔渣堿度和熔敷金屬中Mn含量而加入的。 添加量小于I %時(shí)，上述效果不明顯，但超過(guò)5%時(shí),有粘洛的傾向。BaCO3控制在2% 5%，BaCO3可以提高熔渣的堿度，提高熔敷金屬的沖擊韌性。 BaCO3分解后產(chǎn)生CO2,降低電弧氣氛中氫的分壓，可以降低熔敷金屬中的擴(kuò)散氫含量，增強(qiáng)熔敷金屬的抗裂性能。BaCO3添加量小于2%時(shí)，上述效果不明顯。但是BaCO3超過(guò)5%時(shí)， 導(dǎo)致BaCO3加入量增加，焊接時(shí)易產(chǎn)生過(guò)多煙霧，效果差，影響環(huán)保。FeO ^ 3%, S ^ O. 015%, P^O. 025%, FeO是原材料帶入的成分，降低焊縫金屬的低溫沖擊韌性，因此控制在3%以下。S、P是原材料中帶入的有害雜質(zhì)，與金屬形成低熔點(diǎn)共晶物，增加產(chǎn)生熱裂紋的傾向，所以分別控制在S < O. 015%，P < O. 025%以內(nèi)。本發(fā)明的高堿度高韌性低氫型燒結(jié)焊劑的制備方法，具體按照以下步驟進(jìn)行步驟I按照質(zhì)量百分比，分別稱(chēng)取18 % 21. 5 %的MgO，33 % 35 %的CaF2,15 % 20% 的 Al2O3,17% 21% 的 SiO2, 3. 5% 8% 的 CaO，1% 5% 的 Mn0，2% 5% 的 BaCO3, FeO ( 3%，其中，S^O. 015%, P ^ O. 025%，以上各組分的重量百分比總和為100% ；步驟2將步驟I所稱(chēng)取的各原材料進(jìn)行混合干攪拌，攪拌均勻后得到混合粉末，然后再加入占混合粉末重量20%的水玻璃粘接劑，再充分濕攪拌至均勻，然后將濕攪拌均勻的物料送至造粒機(jī)進(jìn)行造粒，造出的粒狀焊劑經(jīng)熱風(fēng)干燥后進(jìn)入烘干爐，在180°C 230°C溫度下烘干，出爐后進(jìn)行篩分，再進(jìn)入燒結(jié)爐，半成品經(jīng)830°C 860°C溫度下在燒結(jié)爐中燒結(jié) 1-2小時(shí)后出爐，然后經(jīng)過(guò)篩，冷卻，即得。實(shí)施例I按照質(zhì)量百分比，分別稱(chēng)取18%的1%0，33%的CaF2,15 %的Al2O3,17 %的SiO2, 4%的CaO，5 %的MnO，5 %的BaCO3, 3%的FeO，將所稱(chēng)取的各原材料進(jìn)行混合干攪拌，攪拌均勻后得到混合粉末，然后再加入占混合粉末重量20 %的水玻璃粘接劑，再充分濕攪拌至均勻，然后將濕攪拌均勻的物料送至造粒機(jī)進(jìn)行造粒，造出的粒狀焊劑經(jīng)熱風(fēng)干燥后進(jìn)入烘干爐，在180°C溫度下烘干，出爐后進(jìn)行篩分，再進(jìn)入燒結(jié)爐，半成品經(jīng)860°C溫度下在燒結(jié)爐中燒結(jié)I小時(shí)后出爐，然后經(jīng)過(guò)篩，冷卻，即得。經(jīng)檢測(cè)焊劑堿度(Bnw):2. 42。在大氣壓102. 6kPa，26 °C，69 %濕度，72小時(shí)后熔敷金屬擴(kuò)散氫含量 0. 16ml/100g(平均值)。熔敷金屬力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種高堿度高韌性低氫型燒結(jié)焊劑，其特征在于，按照質(zhì)量百分比，由以下原料組成MgO :18% 21. 5%, CaF2 :33% 35%，Al2O3 :15% 20%，SiO2 :17% 21%，CaO 3. 5% 8%，MnO :1% 5%，BaCO3 :2% 5%，F(xiàn)eO ( 3%，以上各組分的質(zhì)量百分比總和為 100%。
2.按照權(quán)利要求I所述的高堿度高韌性低氫型燒結(jié)焊劑，其特征在于，其中的雜質(zhì) S^O. 015%,P ^ O. 025%。
3.—種如權(quán)利要求I所述的高堿度高韌性低氫型燒結(jié)焊劑的制備方法，其特征在于， 具體按照以下步驟進(jìn)行步驟I按照質(zhì)量百分比，分別稱(chēng)取18 % 21. 5 %的MgO，33 % 35 %的CaF2,15 % 20 % 的 Al2O3,17 % 21 % 的 SiO2, 3. 5 % 8 % 的 CaO，I % 5 % 的 MnO，2 % 5 % 的 BaCO3, FeO ( 3%，以上各組分的質(zhì)量百分比總和為100% ；步驟2將步驟I所稱(chēng)取的各原料進(jìn)行混合干攪拌，攪拌均勻后得到混合粉末，然后再加入占混合粉末重量20%的水玻璃粘接劑，再充分濕攪拌至均勻，然后將濕攪拌均勻的物料送至造粒機(jī)進(jìn)行造粒，造出的粒狀焊劑經(jīng)熱風(fēng)干燥后進(jìn)入烘干爐，在180°C 230°C溫度下烘干，出爐后進(jìn)行篩分，再進(jìn)入燒結(jié)爐，半成品經(jīng)830°C 860°C溫度下在燒結(jié)爐中燒結(jié)1-2小時(shí)后出爐，然后經(jīng)過(guò)篩，冷卻，即得。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的高堿度高韌性低氫型燒結(jié)焊劑，按照質(zhì)量百分比包括MgO18％～21.5％，CaF233％～35％，Al2O315％～20％，SiO217％～21％，CaO3.5％～8％，MnO1％～5％，BaCO32％～5％，F(xiàn)eO≤3％，以上各組分的質(zhì)量百分比總和為100％。本發(fā)明還公開(kāi)了其制備方法，將原料混合干攪拌，加入占混合粉末重量20％的水玻璃，濕攪拌，將物料送至造粒機(jī)造粒，經(jīng)熱風(fēng)干燥后進(jìn)入烘干爐，在180℃～230℃溫度烘干，出爐后進(jìn)行篩分再進(jìn)入燒結(jié)爐，經(jīng)830℃～860℃溫度下在燒結(jié)爐中燒結(jié)后出爐，然后經(jīng)過(guò)篩冷卻即得。本發(fā)明焊劑解決現(xiàn)有焊劑焊縫金屬韌性差，熔敷金屬擴(kuò)散氫含量高的問(wèn)題。
文檔編號(hào)B23K35/362GK102601544SQ20121007625
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者何少卿, 孟鈺竣 申請(qǐng)人:寶雞市宇生焊接材料有限公司