CN102363252A

CN102363252A - 一种低碱度高韧性的烧结焊剂

Info

Publication number: CN102363252A
Application number: CN2011103029169A
Authority: CN
Inventors: 陈波; 夏毅冰; 王学东; 李伟; 李�柱; 高志深; 王士山; 卢兰志; 李钊; 王磊
Original assignee: BEIJING JINWEI WELDING MATERIAL Co Ltd; Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Current assignee: BEIJING JINWEI WELDING MATERIAL Co Ltd; Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Priority date: 2011-10-09
Filing date: 2011-10-09
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2031-10-09
Also published as: CN102363252B

Abstract

本发明提供了一种具有低碱度高韧性的烧结焊剂，其配料组分按重量份计包括：CaF₂ 35～55份、Al₂O₃ 35～50份、MgO 1～5份、CaO 1～5份、SiO₂ 2～6份、Si-Fe 1～5份、Mn-Fe 1～5份、K₂O+Na₂O 2～5份。本发明的烧结焊剂在保证焊缝金属具有较高的低温冲击韧性同时，降低焊剂的碱度，提高焊剂的焊接工艺性能。

Description

一种低碱度高韧性的烧结焊剂

技术领域

本发明涉及一种低碱度高韧性的烧结焊剂，主要适用于低合金钢的埋弧焊接，特别适用于厚壁压力容器的焊接。

背景技术

随着现代工业的发展，自动化水平的提高，埋弧自动焊因其自动化程度高、焊接速度快、焊缝性能稳定的特点，在管道、船舶、锅炉、压力容器等大型焊接结构生产中得到广泛应用。因此，其配套焊材性能的稳定就显得尤为重要，不仅焊缝金属要具有高强度、高韧性，施焊过程中也要有良好的焊接工艺性能。对埋弧焊来说，除焊丝外，焊缝的性能、焊接的质量主要取决于焊剂。以往的研究表明，低碱度渣系烧结焊剂容易获得良好的工艺性能，但焊缝冲击韧性不高；高碱度渣系烧结焊剂容易获得高韧性焊缝，但其焊接工艺性能不佳。常见的低碱度渣系，如硅锰型、硅钙型和铝钛型等渣系中含有大量的SiO₂或TiO₂等酸性氧化物，焊缝氧含量较高，低温冲击韧性较差；而高碱度渣系，如氟碱型、铝碱型等渣系中由于加了较多的碱性氧化物，提高了焊剂的碱度，降低焊缝的含氧量，提高焊缝的低温韧性，但是，由于过多地加入CaO、MgO等碱性氧化物，熔渣的熔点大大升高，高温黏度、表面张力过大，造成工艺性能恶化，焊缝成形不佳，脱渣困难。

CN1699009A(申请号200510070503.7，公开日2005年11月23日)公开了一种用于多丝、高速埋弧自动焊的高韧性烧结焊剂，其中的焊剂的成分(重量百分比)为：MgO 12～22％、CaF₂12～18％、Al₂O₃ 18～28％、CaSiO₃ 10～20％、MnO₂ 8～14％、ZrSiO₄ 4～12％、SiO₂ 5～10％、CaCO₃ 1～7％、K₂O+Na₂O₂ 1～5％、稀土硅铁1～6％。此外，CN1326838A(申请号：01128710.1，公开日2001年12月19日)公开了一种氟碱型高韧性烧结焊剂，该焊剂由下述重量百分比的成份构成：MgO 26-32、CaF₂ 19-25、Al₂O₃ 14.5-22、SiO₂ 15-22、CaO 3.5-10、MnO＜5、FeO＜3、K₂O+Na₂O 2-3、S＜0.04、P＜0.05，据信该发明在焊接过程中熔点、粘度、表面张力达到了较为合理的协调统一，施焊电弧稳定，焊后易于脱渣，且焊缝边缘过渡平稳，表面光滑，焊缝外观成形质量好。然而这些焊剂在焊接工艺性能和低温冲击韧性方面不能很好地兼顾。通过调整焊剂本身的物理特性，降低焊剂的活性，使其兼顾低碱度渣系良好的焊接工艺性能、高碱度渣系较高的低温冲击韧性，是低碱度高韧性烧结焊剂设计的关键，而目前国内烧结焊剂体系还不能满足这种要求。

为此，本领域仍然需要有新的烧结焊剂特别是可以克服现有技术缺点的焊剂。

发明内容

本发明解决的技术问题是克服现有焊剂在焊接工艺性能和低温冲击韧性方面不能良好兼顾的缺点。本发明提出一种氟铝型低碱度烧结焊剂体系，设计一种低碱度高韧性烧结焊剂，在保证焊缝金属具有较高的低温冲击韧性同时，降低焊剂的碱度，提高焊剂的焊接工艺性能。

为此，本发明提供一种具有低碱度高韧性的烧结焊剂，其配料组分按重量份计包括：CaF₂ 35～55份、Al₂O₃ 35～50份、MgO 1～5份、CaO 1～5份、SiO₂ 2～6份、Si-Fe 1～5份、Mn-Fe1～5份、K₂O+Na₂O 2～5份。

根据本发明的烧结焊剂，其配料组分按重量份计包括：CaF₂ 40～50份、Al₂O₃ 40～45份、MgO 1～4份、CaO 1～4份、SiO₂ 2～5份、Si-Fe 1～3份、Mn-Fe 1～4份、K₂O+Na₂O 2～4份。

根据本发明的烧结焊剂，其配料组分按重量份计包括：CaF₂ 42～45份、Al₂O₃ 41～43份、MgO 1～3份、CaO 1～4份、SiO₂ 3～4份、Si-Fe 1～2份、Mn-Fe 1～3份、K₂O+Na₂O 2～4份。

根据本发明的烧结焊剂，其配料组分按重量份计包括：CaF₂ 43份、Al₂O₃ 42份、MgO2份、CaO 3份、SiO₂ 3份、Si-Fe 2份、Mn-Fe 2份、K₂O+Na₂O 3份。

根据本发明的烧结焊剂，其配料组分按重量份计包括：CaF₂ 44份、Al₂O₃ 42份、MgO2份、CaO 2份、SiO₂ 3.5份、Si-Fe 1.5份、Mn-Fe 2份、K₂O+Na₂O 3份。

根据本发明的烧结焊剂，其碱度为1.2～1.6，优选1.3～1.5，优选1.4～1.5。

根据本发明的烧结焊剂，其使用水玻璃作为粘结剂。在一个实施方案中，该水玻璃的使用量以重量计为其它配料总重量的10～30％，优选15～25％，例如约20％。

根据本发明的烧结焊剂，其中所述Si-Fe中，Si为45～75％，其余为Fe；优选Si为50～70％，优选Si为55～65％。

根据本发明的烧结焊剂，其中所述Mn-Fe中，Mn为75～98％，其余为Fe；优选Mn为80～95％，优选85～92％。

根据本发明的烧结焊剂，其是通过将所述配料组分与水玻璃搅拌均匀，造粒，烘干，再经烧结而制成的。根据本发明的烧结焊剂，其是通过将所述配料组分与水玻璃搅拌均匀，造粒，烘干，筛分，再经700℃～750℃烧结(例如烧结0.5～2小时，例如约1小时)而制成的。

在本发明中，短语“配料组分按重量份计”表示各组成成分既可以是绝对重量数(例如mg、g、或kg等)，亦可以是重量百分数(例如，重量％)。

本发明根据焊剂熔渣的物理特性对焊接工艺性能的影响，设计以CaF₂-Al₂O₃-CaO-SiO₂为该焊剂的渣系。为提高焊缝金属低温冲击韧性，本发明采用的主要手段是：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配比；提高原材料品味，减少原材料中带来的有害杂质，提高焊缝的纯净度；适当增加焊剂中CaF₂比例，抑制H、O等有害元素向焊缝过渡；以适当形式加入适量的CaO，增强焊缝的脱S、P效果。此外，为了改善焊接工艺性能，本发明采用的主要手段是：以CaF₂、Al₂O₃作为调整碱度的主要造渣剂，控制焊剂的碱度范围1.2～1.6，使其具有低碱度渣系的良好的焊接工艺性能的优点。较多CaF₂、Al₂O₃的加入，改善了熔渣的黏度、表面张力、流动性等，从而改善焊缝的表面光滑度和渣壳的脱渣性能，保证了焊缝的表面质量。

在一个实施方案中，本发明焊剂组份重量百分比如下：CaF₂ 35～45％，Al₂O₃ 40～50％，MgO 1～5％，CaO 1～5％，SiO₂ 3～6％，Si-Fe 1～3％，Mn-Fe 1～5％，K₂O+Na₂O 2～5％。

本发明技术方案提供了一些与现有技术相比明显的优点和效果，例如但不限于以下至少一方面：1、本发明合理调配了焊剂各组份的比例，采用了一种氟铝型低碱度烧结焊剂体系，较好的调整了熔渣的黏度、表面张力和流动性，使焊剂施焊过程中电弧燃烧稳定，焊后脱渣容易，焊道边缘过渡平滑，坡口、窄间隙等苛刻条件下焊接工艺性能亦优良。2、本发明通过加入较多的CaF₂、Al₂O₃为主要造渣剂，有效的抑制了H、O等有害元素向焊缝过渡，且S、P增量低，保证了焊缝金属的纯净度，提高了焊缝金属的低温冲击韧性。3、本发明与H10Mn2DR焊丝匹配，焊缝金属具有很高的低温冲击韧性，夏比冲击值AKv(-40℃)均值达到210J，且冲击值分散度小。4、本发明可与多种焊丝匹配焊接多种低合金钢，由于其较低的S、P增量，可以满足抗HIC钢焊接要求，且同样具有较高的低温冲击韧性，夏比冲击值AKv(-30℃)均值达到260J。

具体实施方式

实施例1：

a)焊剂组份(wt％)：CaF₂ 43，Al₂O₃ 42，MgO 2，CaO 3，SiO₂ 3，K₂O+Na₂O 3，Si-Fe2，Mn-Fe 2。

其中，所述Si-Fe中Si为65％，所述Mn-Fe中Mn为92％。

b)焊剂碱度：1.4

c)制备方法：将所需原材料进行过筛按配方进行配比称重，复验总重量后将干粉放入干混器中进行干混，干混均匀后放入湿拌器，加入a)中配料总重量的20％左右水玻璃进行湿拌，湿拌均匀后将湿粉通过传送带送入造粒盘进行造粒，造粒完成后经传送带送入烘干炉，在300℃～350℃进行烘干，去除水分后将焊剂过筛，将筛分后在标准粒度范围内的焊剂送入烧结炉，在700℃～750℃温度下烧结1小时，出炉后冷却后再次筛分，将粒度检验合格的焊剂包装、入库，焊剂生产完成。

d)熔敷金属化学成分(配合H10Mn2DR焊丝)，％

	C	Si	Mn	P	S	Ni
							焊丝成分	0.055	0.04	1.81	0.009	0.005	0.35
熔敷金属成分	0.060	0.37	1.56	0.013	0.006	0.30

e)熔敷金属力学性能(配合H10Mn2DR焊丝)

以上抗拉强度、屈服强度、伸长率、冲击值的测试分别按照以下标准进行：

GB/T12470-2003埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂。

实施例2：

a)焊剂组份(wt％)：CaF₂ 44，Al₂O₃ 42，MgO 2，CaO 2，SiO₂ 3.5，K₂O+Na₂O 3，Si-Fe1.5，Mn-Fe 2。其中，所述Si-Fe中Si为55％，所述Mn-Fe中Mn为85％。

b)焊剂碱度：1.5

c)制备方法：与实施例1相同

d)熔敷金属化学成分(配合H10Mn2HIC焊丝)，％

	C	Si	Mn	P	S
						焊丝成分	0.091	0.05	1.59	0.005	0.001
熔敷金属成分	0.096	0.37	1.49	0.007	0.004

e)熔敷金属力学性能(配合H10Mn2HIC焊丝)

此外，参考CN1326838A实施例一记载的方法制备的焊剂，其照以上e)测试，-30℃冲击值为140～175，显示明显比本发明焊剂更差的性能。

Claims

1.一种烧结焊剂，其配料组分按重量份计包括：CaF₂ 35～55份、Al₂O₃ 35～50份、MgO1～5份、CaO 1～5份、SiO₂ 2～6份、Si-Fe 1～5份、Mn-Fe 1～5份、K₂O+Na₂O 2～5份。

2.根据权利要求1的烧结焊剂，其配料组分按重量份计包括：CaF₂ 40～50份、Al₂O₃ 40～45份、MgO 1～4份、CaO 1～4份、SiO₂ 2～5份、Si-Fe 1～3份、Mn-Fe 1～4份、K₂O+Na₂O 2～4份。

3.根据权利要求1的烧结焊剂，其配料组分按重量份计包括：CaF₂ 42～45份、Al₂O₃ 41～43份、MgO 1～3份、CaO 1～4份、SiO₂ 3～4份、Si-Fe 1～2份、Mn-Fe 1～3份、K₂O+Na₂O 2～4份。

4.根据权利要求1的烧结焊剂，其碱度为1.2～1.6。

5.根据权利要求1的烧结焊剂，其使用水玻璃作为粘结剂。

6.根据权利要求1的烧结焊剂，其中所述Si-Fe中，Si为45～75％，其余为Fe。

7.根据权利要求1的烧结焊剂，其中所述Mn-Fe中，Mn为75～98％，其余为Fe。

8.根据权利要求1的烧结焊剂，其是通过将所述配料组分与水玻璃搅拌均匀，造粒，烘干，再经烧结而制成的。