專利名稱：X100管線鋼埋弧焊用焊劑及其生產(chǎn)方法
技術領域：
本發(fā)明屬于金屬材料焊接生產(chǎn)過程中配套用焊劑及其生產(chǎn)方法，采用該焊劑配合專用焊絲既能對Xioo等級鋼進行單絲焊、多絲焊及內(nèi)、外高速焊，又能滿足焊接成管道 (體)后焊縫具有與管道(體)本體相近的高強度、高韌性、較好的抗腐蝕性及較低的硬度等優(yōu)良性能。
背景技術：
天然氣作為一種高效清潔的能源正日益受到人們的重視。由于天然氣田一般位于遠離消費市場的荒漠地區(qū)，如何安全、經(jīng)濟的將天然氣輸送到消費市場一直是天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵問題之一。管道輸送是長距離運輸石油天然氣最理想的運輸方式，具有經(jīng)濟、安全、高效、節(jié)能、不間斷，以及對環(huán)境破壞程度小等顯著特點。通過技術創(chuàng)新及采用更高壓力和更高強度的管道，是降低天然氣長距離輸送成本最有效的途徑，世界各國高度重視管道輸送技術的發(fā)展，越來越多國家不惜花費大量財力和物力，大力發(fā)展管道運輸業(yè)。X80級管線鋼已被應用在石油天然氣輸送管道工程中，但由于X80級管線鋼材受所能承受的壓力和強度的限制，其管線建設和運行成本難以進一步降低。石油天然氣輸送管道的發(fā)展趨勢是向長距離、高壓力、大口徑發(fā)展，對此人們又將開發(fā)目標集中在XlOO及以上高強級管線鋼上。寶鋼、鞍鋼等國內(nèi)各大鋼廠已陸續(xù)開發(fā)出Xioo級管線鋼，但相應的埋弧焊用焊劑仍處于空白。申請人在公開號為CN101444877A、發(fā)明名稱為《X80等級鋼油、氣輸送管埋弧焊用焊劑》的專利文獻中公開其主成份中各成份重量百分比含量為=SiO2
14-17%,MgO 20-25%, Al2O3 24-26%, CaF2 27-33%, CaO 3-6%, MnO 1-3%, Na2O 2-5%, TiO2 1. 0-2. 0%的焊劑，該焊劑及與之配套的埋弧焊絲用于對X80等級鋼油、氣輸送管的焊接，其焊縫雖然具有與X80級與管道本體相近的高強度、高韌性、較好的抗腐蝕性及較低的硬度等優(yōu)良性能；但若用于XlOO級管線鋼的焊接、其焊縫成份與與管道(體)本體成份相差較大、遠不能滿足XlOO級管線鋼對焊縫強度、韌性、抗腐蝕性等性能的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是研究設計一種XlOO管線鋼埋弧焊用焊劑及其生產(chǎn)方法，以便與相應的專用焊絲配套，達到焊接成管道后焊縫的性能與XlOO管線鋼材的性能更理想地匹配，使焊縫具有與管道本體相近的高強度、高韌性、較好的抗腐蝕性及較低的硬度等優(yōu)良性能，并能進行單絲焊、多絲焊以及內(nèi)、外高速焊等目的。本發(fā)明的解決方案是根據(jù)XlOO等級鋼及所采用焊絲成份配制其焊劑，本發(fā)明焊劑主成份中各成份重量百分比含量為SiO2 5-13%, MgO 26-40%, Al2O3 15-24%, CaF2 18-25%, CaO 1-4%, MnO 4-8%, Na2O 1-2%, K2O 1-2%, TiO2 1. 0-6%，以及占主成份總量
15-20wt%的粘結劑。以上所述粘結劑為鈉水玻璃或鉀水玻璃、或鉀鈉水玻璃。本發(fā)明所述XlOO管線鋼埋弧焊用焊劑的生產(chǎn)方法，其方法為將重量百分比含量分別為5-13%, MgO 26-40%, Al2O3 15-24%, CaF2 18-25%, CaO 1-4%, MnO 4-8%, Na2O 1-2%, K2O 1-2%, TiO2 1. 0-6. 0%的主成分(均為粉料)按比例混合均勻后、再加入主成份總量15-20Wt%的粘結劑造粒，再經(jīng)100-200°C低溫烘烤、600-800°C高溫燒結、篩分，即制得本發(fā)明焊劑制品。本發(fā)明焊劑主成份中CaF2是一種多成因的礦物質，屬于堿性氟化物，在埋弧焊劑中作為造渣劑、稀釋劑并能起到去氫作用，CaF2在焊接電弧作用下電離出F—，能降低電弧氣氛中氫的分壓；同時CaF2的分解能降低熔敷金屬中氧的含量，有利于提高焊縫金屬的低溫沖擊韌性，CaF2熔點較低，還能有效降低熔渣高溫粘度，改善熔渣流動性，并提高導電性，改善焊縫成形，對改善焊接工藝，提高熔敷金屬機械性能有很大的作用，合理的CaF2含量能起到穩(wěn)定電弧的作用，但如果CaF2過高則電弧穩(wěn)定性變差，熔渣變硬，交流可焊性變差；試驗證明在本發(fā)明中、 CaF2在18-25wt%時效果較好；MgO是一種強堿性物質，也是一種優(yōu)良的造渣材料且對焊縫形狀的控制有良好的效果；對于堿性渣系，MgO能提高焊縫金屬沖擊韌性，降低擴散氫；但MgO熔點較高，增大熔渣粘度，提高熔渣凝固溫度，抑制渣的流動性使焊縫成形變差，焊道中央凸起，熔渣變硬，脫渣困難；本次發(fā)明為了保證焊縫性能、權衡其利弊，通過多次試驗故將MgO加入量控制在
范圍；CaO是堿性氧化物，在焊劑中起造渣和提高焊劑堿度作用，它能有效提高焊劑抗大電流能力，改善焊縫力學性能，本發(fā)明焊劑將其加入量控制在Al2O3是兩性氧化物，Al2O3具有增大熔渣表面張力的作用，是熔渣粘度的調(diào)整劑， 通過大量的對比試驗認為增加一定量的Al2O3會減少壓坑及其傾向，但過高的Al2O3含量會使焊縫弧度更尖且不平滑，易產(chǎn)生氣孔和麻點，渣殼變硬；而Al2O3含量過低又使焊縫表面凹凸不平，出現(xiàn)壓坑及咬邊等缺陷，影響焊縫成形，所以將其用量控制在最為有利；SiO2是一種酸性物質，可降低焊劑堿度，焊劑中與CaF2搭配，能有效抑制焊結過程中氣孔的產(chǎn)生、提高焊劑的抗氣孔性能；同時S^2參與造渣，可調(diào)整渣的凝固點、表面張力及熔渣高溫粘度，對焊縫成形的控制非常重要；在本發(fā)明中，結合Xioo管線鋼的特點，過高的SiO2含量會造成焊絲燒損過度，過大地降低焊劑堿度，使焊縫回Si增加，低溫沖擊韌性下降，為了確保良好的工藝性和機械性能，我們采用少量的SiO2含量，為此，將SiO2含量定在 5-13wt% ；MnO在焊接過程中與S^2結合成復合的硅酸鹽，形成良好的焊渣，保護熔敷金屬， 使熔敷金屬不受空氣中N和0的影響，而且被還原的錳元素是焊縫中主要合金成分，能提高焊縫強度和沖擊韌性，同時，被還原的錳與焊縫中的S化合，形成MnS又會起到脫S的作用， 減少焊縫產(chǎn)生熱裂紋傾向，為此，本發(fā)明中MnO含量為4-8wt% ；Na2O和K2O是低電離度氧化物，能提高焊劑堿度，適量的含量能提高電弧穩(wěn)定性， 在焊劑中加入量都控制在l-2wt% ；TiO2是酸性氧化物，能改善渣的物理性能，把長渣變?yōu)槎淘谷墼S溫度的變化快，使焊縫成型良好，改善脫渣性，在加入時總量控制在1. 0-6. Owt % ；此外，為了滿足焊縫的脫渣性、脫氧性、焊縫表面成形和良好的機械性能等要求，我們選擇了 Si、Ca、Mn聯(lián)合脫氧并滲[Mn]的脫氧劑，而且錳的加入可以提高強度和韌性，也是一種很好的脫硫劑，Ca的加入對脫磷也有很好的作用，焊劑中各成份合理匹配，對焊接組織和焊縫的機械性能起到了良好的作用。因而本發(fā)明焊劑配合專用焊絲及適當?shù)暮附庸に?、用以焊接XlOO管線鋼具有焊縫與管道本體化學成分的匹配性好，能夠使焊縫具有與Xioo等級鋼本體相近的高強度、高韌性、較好的抗腐蝕性及較低的硬度等優(yōu)良性能，并能進行單絲焊、多絲焊及內(nèi)、外高速焊； 多絲大線能量高速焊接達120m/h時，其焊縫性能為焊接接頭抗拉強度780-830Mpa，硬度為200-266HV10，焊縫金屬-10°C沖擊功Akv彡150J，剪切面積為60-70，且焊接后焊縫氣孔、夾渣、裂紋以及外觀邊緣和咬邊等均完全滿足XlOO等級管線鋼埋弧焊技術標準的要求等特點。
具體實施例方式實施例1 將 SiA 13kg, MgO 34kg, Al2O3 20kg, CaF2 20kg, CaO 2.0kg，MnO 6.0kg， Na2O 2. 0kg, K2O 1. 5kg, TiO2 3. Okg的工業(yè)純粉料置于混合器內(nèi)、攪拌混合均勻后，加入 16kg鈉水玻璃混合造粒，再經(jīng)150°C低溫烘烤、700°C高溫燒結、篩分，即得焊劑堿度為2. 5 的焊劑，該焊劑配合專用焊絲，其焊絲成份(按重量百分比計)為C 0. 082%,Mn 1.77%, Si 0. 22%, S 0. 003%, P 0. 003%, Cr 0. 037%, Ni 0. 827%, Mo 0. 54%, Cu 0. 11%, Ti 0. 055%,B 0. 006%，余量為!^e的焊絲組合，對14. 5mm厚的XlOO等級鋼管進行雙絲高速埋弧焊焊接實驗，工藝性能優(yōu)良，經(jīng)檢測焊縫的性能為焊接接頭抗拉強度785-815Mpa，焊縫的硬度為207-238HV10，焊縫的夏比沖擊功為Akv(-10°C ) = 205-230J、剪切面積為60-70 ； 熱影響區(qū)的夏比沖擊功為Akv(-10°C ) = 180-220J、剪切面積為60-70，彎曲試驗亦均合格 (彎曲角度為180°，彎曲直徑為壁厚的六倍)。該實驗用XlOO等級鋼的化學成份為C 0.06%、Mn 1.98%, Si 0. 16%, Cr 0. 13%,Ni 0. 44%,Nb 0. 08%,Cu 0. 23%,Ti 0. 01%,Mo 0. 28%,S 0. 002%,P 0. 008%, N 0. 006%,Al 0.0 %、余量為佝及微量的雜質。實施例2 JfSiR 12kg, MgO 36kg, Al2O3 24kg, CaF2 22kg, CaO 3.0kg，MnO 8.0kg， Na2O 1.5kg，K2O 2. 0kg, TiO2 2. Okg的工業(yè)純粉料置于混合器內(nèi)、攪拌混合均勻后，加入 20kg鈉水玻璃混合造粒，再經(jīng)150°C低溫烘烤、70(TC高溫燒結、篩分，即得焊劑堿度為2.6 的焊劑，該焊劑配合專用焊絲，對15mm厚的XlOO等級鋼管進行三絲高速埋弧焊焊接實驗，工藝性能優(yōu)良，經(jīng)檢測焊縫的性能為焊接接頭抗拉強度800-820Mpa，焊縫的硬度為 213-256HV10，焊縫的夏比沖擊功為Akv(-10°C ) = 185-210J、剪切面積為60-70 ；熱影響區(qū)的夏比沖擊功為Akv(-10°C) = 217-238J、剪切面積為60-70，彎曲試驗亦均合格(彎曲角度為180°，彎曲直徑為壁厚的六倍)。該實驗用XlOO等級鋼的化學成份為C 0.07%, Mn 2.01%, Si 0. 17%, Cr 0. 13%,Ni 0. 42%,Nb 0. 07%,Cu 0. 23%,Ti 0. 01%,Mo 0. 26%,S 0. 002%,P 0. 009%, N 0. 007%,Al 0.0 %、余量為佝及微量的雜質。實施例3 將 SiR 11kg, MgO 31kg, Al2O3 22kg, CaF2 25kg, Ca04. 0kg, MnO 5. 0kg, Na2O 1.5kg，K2O 1. 5kg, TiO2 4. Okg的工業(yè)純粉料置于混合器內(nèi)、攪拌混合均勻后，加入 18kg鈉水玻璃混合造粒，再經(jīng)150°C低溫烘烤、700°C高溫燒結、篩分，即得焊劑堿度為2. 7的焊劑，該焊劑配合專用焊絲，對15mm厚的XlOO等級鋼管進行三絲高速埋弧焊焊接實驗，工藝性能優(yōu)良，經(jīng)檢測焊縫的性能為焊接接頭抗拉強度790-820Mpa，焊縫的硬度為 230-265HV10，焊縫的夏比沖擊功為Akv(-10°C ) = 200-233J、剪切面積為60-70 ；熱影響區(qū)的夏比沖擊功為Akv(-10°C) =221-210J、剪切面積為60-70，彎曲試驗亦均合格(彎曲角度為180°，彎曲直徑為壁厚的六倍)。該實驗用XlOO等級鋼的化學成份為C 0.07%, Mn 2.01%, Si 0. 17%, Cr 0. 13%,Ni 0. 42%,Nb 0. 07%,Cu 0. 23%,Ti 0. 01%,Mo 0. 26%,S 0. 002%,P 0. 009%, N 0. 007%,Al 0.0 %、余量為佝及微量的雜質。上述各項實驗其性能均滿足XlOO管線鋼對焊縫的技術要求。
權利要求
1.一種XlOO管線鋼埋弧焊用焊劑，包括主成份及粘結劑，其特征在于主成份中各成份重量百分比含量分別為=SiO2 5-13%, MgO 26-40%, Al2O3 15-24%, CaF2 18-25%, CaO 1-4%,MnO 4-8%, Na2O 1-2%, K2O 1-2%, TiO2 1. 0-6. 0% 以及占主成份總量粘結劑。
2.按權利要求1所述XlOO管線鋼埋弧焊用焊劑，其特征在于粘結劑為鈉水玻璃或鉀水玻璃、或鉀鈉水玻璃。
3.按權利要求1所述所述XlOO管線鋼埋弧焊用焊劑的生產(chǎn)方法，其方法為將重量百分比含量分別為SiO2 5-13%, MgO 26-40%, Al2O3 15-24%, CaF2 18-25%, CaO 1-4%, Mn04-8%, Na2O 1-2%, K2O 1-2%, TiO2 1. 0-6. 0%的主成分按比例混合均勻后、再加入主成份總量15-20%的粘結劑造粒，再經(jīng)100-200°C低溫烘烤、600-800°C高溫燒結、篩分，即制得本發(fā)明焊劑制品。
全文摘要
該發(fā)明公開了一種X100管線鋼埋弧焊用焊劑及其生產(chǎn)方法。焊劑包括(重量百分比含量)SiO25-13％，MgO 26-40％，Al2O3 15-24％，CaF2 18-25％，CaO 1-4％，MnO 4-8％，Na2O 1-2％，K2O 1-2％，TiO2 1.0-6.0％的主成份及其總量15-20wt％的粘結劑將主成份按比例混合均勻后加入粘結劑造粒，再經(jīng)低溫烘烤、高溫燒結、篩分即成。該發(fā)明焊劑與專用焊絲CHW-SG10配用其焊縫具有與X100級鋼管本體相近的高強度、高韌性、較好的抗腐蝕性及較低的硬度等優(yōu)良性能，并能進行單、多絲焊及內(nèi)、外高速焊；多絲大線能量焊接速度可達120m/h，且其焊縫性能，焊縫的氣孔、夾渣、裂紋以及外觀邊緣和咬邊等亦均完全滿足X100等級管線鋼埋弧焊技術標準的要求等特點。
文檔編號B23K35/362GK102218623SQ20111013994
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權日2011年5月26日
發(fā)明者曾志超, 毛興貴, 鄭海 申請人:四川大西洋焊接材料股份有限公司