一種管道及結(jié)構(gòu)用管等壓力鋼管高速埋弧焊用燒結(jié)焊劑的制作方法
【專利摘要】一種管道及結(jié)構(gòu)用管等壓力鋼管高速埋弧焊用燒結(jié)焊劑，屬于壓力鋼管焊接【技術(shù)領(lǐng)域】。成分按重量百分?jǐn)?shù)含有8.0～20.0％CaO,10.0～30.0％MgO,20.0～40.0％CaF2,2.0～8.0％Na2O,1.0～5.0％K2O,1.0～5.0％MnO，0.1～1.0％FeO,20.0～30.0％SiO2,8.0～18.0％Al2O3，0.5～2.0％TiO2,0.01～0.1％ZrO2。該焊劑堿度為2.5～3.5。該堿性焊劑匹配焊絲時(shí)能夠獲得適應(yīng)100kg級(jí)鋼板制造的水電壓力鋼管焊接接頭要求的焊縫接頭抗拉強(qiáng)度≥950MPa，-60℃沖擊功≥47J，0℃沖擊功≥100J。
【專利說(shuō)明】一種管道及結(jié)構(gòu)用管等壓力鋼管高速埋弧焊用燒結(jié)焊劑

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于壓力鋼管焊接【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種管道及結(jié)構(gòu)用管等壓力鋼管高速埋弧焊用燒結(jié)焊劑。

【背景技術(shù)】
[0002]水電壓力鋼管通常是采用埋弧焊制管后使用的，隨著水電裝機(jī)容量提高及減量化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，水電壓力鋼管用鋼強(qiáng)度級(jí)別不斷提高。水電壓力鋼管使用環(huán)境惡劣，長(zhǎng)期處于反復(fù)沖擊載荷下工作，為了保證壓力鋼管的安全性，要求其具有足夠的韌性儲(chǔ)備，由于鋼板強(qiáng)度與韌性呈反比關(guān)系，因此所用鋼板的質(zhì)量等級(jí)也隨強(qiáng)度提高而提高，如60kg級(jí)鋼板要求D級(jí)，80kg級(jí)鋼板要求E級(jí)，10kg級(jí)鋼板要求F級(jí)。由于焊接制管過(guò)程可能會(huì)導(dǎo)致熱影響區(qū)組織粗化，力學(xué)性能劣化，并有可能引入焊接缺陷，因此焊接接頭通常成為壓力鋼管最薄弱的環(huán)節(jié)，其力學(xué)性能直接決定整個(gè)壓力鋼管的安全性。
[0003]目前80kg級(jí)水電壓力鋼管已逐步替代60kg級(jí)壓力鋼管，而采用10kg級(jí)鋼板制造的水電壓力鋼管正在設(shè)計(jì)階段。由于水電壓力鋼管焊縫為長(zhǎng)、直焊縫，因此均采用埋弧焊進(jìn)行制管，為了使埋弧焊縫與母材實(shí)現(xiàn)等強(qiáng)等韌匹配，采用普通的焊接材料已經(jīng)無(wú)法滿足工藝和焊縫性能的要求，應(yīng)采用一種新型的焊劑，盡可能降低焊縫中S、P等有害雜質(zhì)，提高其純凈度，保證焊接中合金成分達(dá)到有效過(guò)渡，確保其具有良好的強(qiáng)韌性，同時(shí)調(diào)整焊劑其他組分，實(shí)現(xiàn)焊接工藝的優(yōu)化和高速焊接。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種管道及結(jié)構(gòu)用管等壓力鋼管高速埋弧焊用燒結(jié)焊劑，適于管道及結(jié)構(gòu)用管等壓力鋼管焊接的高速埋弧焊上使用的埋弧焊用燒結(jié)焊劑。
[0005]本發(fā)明焊劑的成分按重量百分?jǐn)?shù)計(jì):8.0?20.0 % CaO, 10.0?30.0 %MgO, 20.0 ?40.0% CaF2, 2.0 ?8.0 % Na2O, 1.0 ?5.0% K2O, 1.0 ?5.0% MnO, 0.1 ?1.0%FeO, 20.0 ?30.0% S12, 8.0 ?18.0 % Al2O3, 0.5 ?2.0 % T12, 0.01 ?0.1 % ZrO2,該焊劑堿度為2.5?3.5，焊劑中S雜質(zhì)控制在0.006?0.008，P雜質(zhì)控制在0.015以下。該堿性焊劑匹配焊絲時(shí)能夠獲得適應(yīng)10kg級(jí)鋼板制造的水電壓力鋼管焊接接頭要求的焊縫接頭抗拉強(qiáng)度彡950MPa, -60°C沖擊功彡47J，0°C沖擊功彡100J。
[0006]本發(fā)明采用數(shù)值優(yōu)化處理方法，對(duì)于CaO，MgO, CaF2, Na2O, K2O, MnO, S12, Al2O3, T12等進(jìn)行優(yōu)化組合，在較高的堿度(2.5?3.5)下，對(duì)焊縫進(jìn)行脫氧，保證焊接后合金成分的有效過(guò)渡，并且熔渣中的夾雜物變成焊縫結(jié)晶過(guò)程中的有效質(zhì)點(diǎn)，而確保焊縫晶粒度得到細(xì)化，以此提高焊縫的沖擊韌性。嚴(yán)格控制焊劑中的P、S等有害物質(zhì)，確保焊縫具有穩(wěn)定的性能及良好的純凈度。
[0007]CaF2可有效降低堿性熔渣的黏度和表面張力，提高熔渣的潤(rùn)濕能力，改善熔渣對(duì)熔滴、熔池的覆蓋性，增加熔渣的流動(dòng)性，并有利于減少液態(tài)金屬同電弧氣氛中原子氫的直接接觸，可很大程度減少金屬的吸氫量，并減低焊縫中的氣體雜質(zhì)，提高焊縫純凈度。
[0008]MgO能提高熔渣的堿度，增加熔渣的透氣性和降低擴(kuò)散氫含量。在焊劑中提高(CaO+MgO)/S12的比例(不大于3)焊接時(shí)能增加熔池的脫S能力。作為穩(wěn)定的氧化物，具有增加熔渣表面張力的作用，可達(dá)到有效控制焊縫工藝性能的作用。
[0009]CaO作為高堿度燒結(jié)焊劑的主要造渣劑，對(duì)S、P的結(jié)合能力較強(qiáng)，可以排除焊縫金屬中S、P達(dá)到含量?？杀苊夂缚p晶界處開(kāi)裂而降低焊縫的沖擊韌性。
[0010]Al2O3作為造渣材料，其熔點(diǎn)較高，具有提高電弧集中性的作用。在燒結(jié)焊劑中可作為熔渣黏度的調(diào)整劑，能調(diào)整熔渣的流動(dòng)性，具有增大熔渣表面張力的作用，含量增加越多，焊縫魚鱗紋越細(xì)小，脫渣越容易。
[0011]MnO, S12作為脫氧作用及對(duì)熔渣各種物理特性調(diào)整而存在。其中S12能降低渣的堿度，并由于其能與熔渣中大部分的堿性氧化物結(jié)合成復(fù)合物，所以隨著其含量升高，容易引起熔渣黏度增大，但隨著在焊劑中含量提高，會(huì)引起堿度下降，而出現(xiàn)向焊縫熔池中過(guò)渡Si的現(xiàn)象，引起焊縫沖擊韌性下降；MnO可以降低熔渣的熔點(diǎn)，改善熔渣的流動(dòng)性，降低表面張力，有利于焊縫成形。在高堿度下其冶金反應(yīng)，還原產(chǎn)物向焊縫中過(guò)渡Mn，起到提高焊縫強(qiáng)度及韌性的作用，并可與S結(jié)合形成MnS，起到一定的脫硫作用。
[0012]通過(guò)對(duì)焊劑中各個(gè)成分的有效調(diào)整，壓力鋼管埋弧焊接時(shí)不出現(xiàn)熔池流失、趟渣、焊道表面光滑，達(dá)到高速焊接時(shí)焊縫良好的成形性，并有效減少了合金的燒損，去除焊縫中的有咅雜質(zhì)。
[0013]本堿性焊劑與匹配的高強(qiáng)度焊絲進(jìn)行10kg級(jí)鋼板制造的水電壓力鋼管埋弧焊接時(shí)，可以保證具有較好的成形性能和脫渣性能，焊道表面光滑，過(guò)渡良好，減少焊接缺陷的出現(xiàn)幾率。能夠獲得適應(yīng)10kg級(jí)鋼板制造的水電壓力鋼管焊接接頭要求的焊縫接頭，具有良好的低溫韌性，可以保證10kg級(jí)壓力鋼管服役的安全性，焊接工藝適應(yīng)性滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，易推廣。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為30mm鋼板坡口示意圖。
[0015]圖2為20mm鋼板坡口示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1:
[0017]埋弧焊所采用焊劑成分:10.0% CaO, 18.0% MgO, 30.0% CaF2, 4.0% Na2O, 2.0%K2O, 1.0% MnO, 0.4% FeO, 21% S12, 11.0% Al2O3,1.0% T12, 0.03% ZrO20
[0018]采用的焊絲為10kg級(jí)高強(qiáng)度埋弧焊絲，焊接試板為30mm厚Q890鋼板，試板開(kāi)不對(duì)稱X型坡口，坡口如圖1所示，鋼板尺寸為600mm X 200mm X 30mm,留2mm鈍邊，兩板不留間隙。
[0019]將30mm+30mm厚的Q890鋼板，焊前預(yù)熱至120°C，層間溫度控制在160?180°C，焊前將坡口用砂輪機(jī)打磨見(jiàn)光，采用埋弧焊進(jìn)行打底、填充、蓋面。背面采用砂輪進(jìn)行淸根后進(jìn)行焊接填充至填滿。
[0020]打底焊道焊接電流控制在450?500A，焊接電壓控制在24?27V，焊接速度控制在350?400mm/min ;填充焊道焊接電流控制在550?600A，焊接電壓控制在26?29V，焊速控制在300?350mm/min,焊接熱輸入控制在30kJ/cm。
[0021]焊后經(jīng)探傷未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，焊接變形小于3°，對(duì)焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，結(jié)果表明，接頭抗拉強(qiáng)度為980MPa，經(jīng)180°，d = 4a冷彎未發(fā)現(xiàn)裂紋，焊縫_60°C沖擊功77J，0°C沖擊功11(^，熱影響區(qū)-601:沖擊功155J，0°C沖擊功175J。
[0022]實(shí)施例2:
[0023]埋弧焊所采用焊劑成分:10.0% CaO, 18.0% MgO, 30.0% CaF2, 4.0% Na2O, 2.0%K2O, 1.0% MnO, 0.4% FeO, 21% S12, 11.0% Al2O3, 1.0% T12, 0.03% ZrO20
[0024]采用的焊絲為10kg級(jí)高強(qiáng)度埋弧焊絲，焊接試板為30mm厚Q890鋼板，試板開(kāi)V型坡口，坡口如圖2所示，鋼板尺寸為600mmX200mmX20mm，留2mm鈍邊，兩板不留間隙。
[0025]將20mm+20mm厚的Q890鋼板，焊前預(yù)熱至100°C，層間溫度控制在160?180°C，焊前將坡口用砂輪機(jī)打磨見(jiàn)光，采用埋弧焊進(jìn)行打底、填充、蓋面。背面采用砂輪進(jìn)行淸根后進(jìn)行焊接填充至填滿。
[0026]打底焊道焊接電流控制在450?500A，焊接電壓控制在24?27V，焊接速度控制在350?400mm/min ;填充焊道焊接電流控制在550?600A，焊接電壓控制在26?29V，焊速控制在300?350mm/min,焊接熱輸入控制在25kJ/cm。
[0027]焊后經(jīng)探傷未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，焊接變形小于3°，對(duì)焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，結(jié)果表明，接頭抗拉強(qiáng)度為971MPa，經(jīng)180°，d = 4a冷彎未發(fā)現(xiàn)裂紋，焊縫_60°C沖擊功82J，0°C沖擊功105J，熱影響區(qū)-60°C沖擊功147J，0°C沖擊功168J。
【權(quán)利要求】
1.一種管道及結(jié)構(gòu)用管等壓力鋼管高速埋弧焊用燒結(jié)焊劑，其特征在于:成分按重量百分?jǐn)?shù)含有 8.0 ?20.0 % CaO, 10.0 ?30.0 % MgO, 20.0 ?40.0 % CaF2, 2.0 ?8.0 %Na2O, 1.0 ?5.0%K20, 1.0 ?5.0 % MnO, 0.1 ?1.0%Fe0, 20.0 ?30.0% S12, 8.0 ?18.0%Al2O3,0.5 ?2.0% T12, 0.01 ?0.1 % ZrO20
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊劑，其特征在于:焊劑堿度為2.5?3.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊劑，其特征在于:按照質(zhì)量百分比，焊劑中S雜質(zhì)控制在.0.006?0.008，P雜質(zhì)控制在0.015以下。
【文檔編號(hào)】B23K35/362GK104175022SQ201410419281
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】張熹, 牟淑坤, 章軍, 金茹, 陳延清, 郭占山, 劉宏, 董現(xiàn)春, 鞠建斌, 張楠, 王鳳會(huì) 申請(qǐng)人:首鋼總公司