CN103737192A - 用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂、制备方法及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂，涉及一种焊剂，该用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂由以下成份组成：SiO2 6-18%；MgO 22-40%；Al2O3 12-28%；ΣCaO15-30%；MnO 0.5-4%；Na2O 0.5-2%；K2O 0.2-2%；0<TiO2≤3%；0<Fe2O3≤3.0%；0<S≤0.030%；0<P≤0.030%；所述百分比为质量百分比。与现有的相比，本发明保护的用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂专门用于焊接核电用钢安全壳的埋弧焊焊剂，具有良好的焊接工艺性，脱渣优良、成形美观，机械性能良好。

Description

用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂、制备方法及焊接方法
技术领域
本发明涉及一种焊剂，特别涉及一种用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂、制备方法以及利用该焊剂与焊丝CHW-S62HRF配套使用的焊接方法。
背景技术
在我国现阶段核电等清洁能源大量应用的形势下，核电项目将是我国今后清洁能源发展的重点，开发用于核电用钢安全壳SA738Gr.B钢等材质的埋弧焊材将会有很大的发展空间，现在核电用产品中，现有焊剂存在成本高，焊接后性能差。
发明内容
本发明的目的之一就在于提供一种用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂，该用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂专门用于核电用钢安全壳SA738Gr.B钢等系列材质的横焊焊接。
本发明的技术方案是：一种用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂，该用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂由以下成份组成：
SiO2   6-18%；
MgO  22-40%； 
Al2O3   12-28%；
ΣCaO 15-30%；
MnO  0.5-4%；
Na2 O  0.5-2%；
K2 O  0.2-2%；
0<TiO2≤3%；
0<Fe2O3≤3.0%；
0<S≤0.030%；
0<P≤0.030%；
所述百分比为质量百分比。
作为优选，所述SiO2 14kg；
所述MgO 30kg；
所述Al2O3 20kg；
所述ΣCaO 25kg；
所述MnO 0.5 kg；
所述Na2O 0.5 kg；
所述K2 O 0.2kg；
所述TiO2 0.5kg；
所述Fe2O31.0kg；
所述S 0.020kg；
所述P 0.026kg。
作为优选，所述SiO2 18kg；
所述MgO 25kg；
所述Al2O3 24kg；
所述ΣCaO 22kg；
所述MnO 0.8kg；
所述Na2O 1.0 kg；
所述K2 O 0.4kg；
所述TiO2 0.5kg；
所述Fe2O3 0.6kg；
所述S 0.020kg；
所述P 0.026kg。
作为优选，所述SiO2 10kg；
所述MgO 35kg；
所述Al2O3 18kg；
所述ΣCaO 20kg；
所述MnO 1.2kg；
所述Na2O 1.1kg；
所述K2 O 0.5kg；
所述TiO2 2.0kg；
所述Fe2O3 1.5kg；
所述S 0.018kg；
所述P 0.028kg。
本发明的目的之二在于提供一种上述用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂的制法。
技术方案是：一种制备上述用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂的制备方法，包括以下步骤：
将焊剂各组分原料粉料置于混合器内、搅拌混合均匀；
加入各组分原料粉料总量15-20%的粘结剂混合造粒；
50-400低温烘烤；
600-900℃高温烧结；
筛分。
作为优选，所述粘结剂为钠水玻璃、钾水玻璃或钾钠水玻璃，所述低温烘烤为350℃低温烘烤，所述高温烧结为750℃高温烧结。
本发明的目的之三在于提供一种焊接方法。
技术方案是：一种焊接方法，包括：
上述用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂；
焊丝CHW-S62HRF；
25mm厚SA738Gr.B钢。
发明原理：
MgO是一种强碱性物质，也是一种优良的造渣材料，它对焊缝形状的控制非常重要。对于碱性渣系，MgO能提高焊缝金属冲击韧性，降低扩散氢。但MgO熔点较高，增大熔渣粘度，提高熔渣凝固温度，抑制渣的流动性使焊缝成形变差，焊道中央凸起，熔渣***，脱渣困难，在本次发明中，为了保证焊缝性能，通过研究和调整，MgO加入量控制在22-40%。
ΣCaO在焊剂中起造渣和提高焊剂碱度作用，ΣCaO主要来源为含CaO或通过分解合成的天然硅灰石、萤石等，ΣCaO能有效提高焊剂抗大电流能力，改善焊缝力学性能，而且ΣCaO具有脱S、P杂质元素的效果，为此，本焊剂发明中加入量控制在15-30%。
Al2O3是两性氧化物，Al2O3具有增大熔渣表面张力的作用，是熔渣粘度的调整剂，通过大量的试验对比认为增加一定量的Al2O3会减少压坑及其倾向，但过高的Al2O3含量会使焊缝弧度更尖且不平滑，易产生气孔和麻点，渣壳***，Al2O3含量过低又使焊缝表面凹凸不平，出现压坑及咬边等缺陷，影响焊缝成形，所以量控制在12-28%.
SiO2是一种酸性物质，降低焊剂碱度，焊剂中与CaF2搭配，能影响焊剂的抗气孔能力，焊剂中一般采用高SiO2与低CaF2配比，反之，低SiO2采用高CaF2，这样会使焊剂具有优良的抗气孔性能，SiO2参与造渣，调整渣的凝固点、表面张力及熔渣高温粘度，对焊缝成形的控制非常重要。在本次发明中，结合石油储罐用焊剂的特点，为了得到良好的工艺和机械性能，我们采用少量的SiO2含量，因为过高的SiO2含量会造成焊丝烧损过度，过大地降低焊剂碱度，使焊缝回Si增加，低温冲击韧性下降，为此，确定SiO2含量在6-18%。
MnO在焊接过程中与SiO2结合成复合的硅酸盐，形成良好的焊渣，保护熔敷金属，使熔敷金属不受空气中N和O的影响，而且被还原的锰元素是焊缝中主要合金成分，能提高焊缝强度和冲击韧性，同时，被还原的锰与焊缝中的S化合，形成MnS起到了脱S的作用，减少焊缝产生热裂纹倾向，但是MnO过高，会导致焊缝成形变差。
Na2O和K2O是低电离度氧化物，能提高焊剂碱度，适量的含量能提高电弧稳定性，在焊剂中加入量都控制在2%以内。
TiO2是酸性氧化物，能改善渣的物理性能，把长渣变为短渣，使熔渣随温度的变化快，使焊缝成型良好，改善脱渣性，在加入时总量控制在3%以内。
此外，为了满足和使焊缝的脱渣性、脱氧性、焊缝表面成形和良好的机械性能等要求，我们采用Si、Ca、Mn联合脱氧并渗[Mn]的脱氧剂，通过配方的合理设计使得本发明焊剂在成形和性能上得到很大提升，而且锰的加入可以提高强度和韧性，也是一种很好的脱硫剂，Ca的加入对脱硫、磷也有很好的作用，焊剂中各成份合理匹配，对焊接组织和焊缝的机械性能起到了良好的作用。
发明有益效果：
1. 本发明合理采用各元素含量的比例，使得本发明焊剂具有良好的焊接工艺性，特别是在横焊焊接过程中，焊缝成形美观、渣壳能自动翘起脱落，焊缝过渡平滑，能适用于不同条件下的横焊焊接，使得焊缝机械性能优良，能保证焊缝金属低温冲击韧性（-45℃）达到核电用钢安全壳SA738Gr.B钢的设计要求。
2. 本发明采用碱性渣系，配合专用焊丝CHW-S62HRF，在核电用钢安全壳SA738Gr.B钢横焊焊接时，具有优良的焊缝性能，焊接接头室温抗拉强度在625-730Mpa，高温抗拉强度在590-675Mpa，焊缝金属-29℃焊态冲击功Akv≥90J，-45℃冲击功Akv≥60J,各项性能满足钢安全壳用设计要求，能适用于核电用钢安全壳SA738Gr.B钢的横焊焊接。
3. 本发明可与碳钢、低合金钢焊丝匹配，在焊接碳钢和低合金钢时，具有良好的焊接工艺性，脱渣优良、成形美观，机械性能良好。
4.本发明焊剂配合专用焊丝在低温条件下，横焊焊接接头具有优良的低温冲击韧性（-45℃）等目的，其焊接质量能够满足核电用钢安全壳SA738Gr.B钢等技术设计要求。
5.本发明焊剂配合专用焊丝焊接核电用钢安全壳SA738Gr.B钢时，通过使用合理的横焊焊接工艺，能够使焊缝金属的化学成分和组织达到最佳，在焊态和热处理条件下具有良好的、合理的拉伸强度、冲击值、抗裂性能、硬度等机械性能指标，并且焊缝内部无气孔、夹渣和裂纹，完全满足核电用钢安全壳SA738Gr.B钢的标准要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
将组份成分为:SiO2 14kg、MgO 30kg、Al2O3  20kg、ΣCaO 25kg、MnO 0.5 kg、Na2O 0.5 kg、K2 O 0.2kg、TiO2 0.5kg、Fe2O31.0kg、S 0.020kg和P 0.026kg的纯粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入18 kg钠水玻璃混合造粒，再经350℃低温烘烤，750℃高温烧结，筛分，即得碱度为2.3的焊剂。
实施例2
将组份成分为:SiO2 18kg、MgO 25kg、Al2O3 24kg、ΣCaO 22kg、MnO 0.8kg、Na2O 1.0 kg、K2 O 0.4kg、TiO2 0.5 kg、Fe2O3 0.6kg、S 0.020kg和P 0.026kg的纯粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入16kg钾水玻璃混合造粒，再经350℃低温烘烤，750℃高温烧结，筛分，即得焊剂碱度为2.1的焊剂。
实施例3
将组份成分为:SiO2 10kg、MgO 35kg、Al2O3 18 kg、ΣCaO 20kg、MnO 1.2 kg、Na2O 1.1 kg、K2 O 0.5kg、TiO2 2.0 kg、Fe2O3 1.5kg、S 0.018kg和P 0.028kg的纯粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入17kg钾钠水玻璃混合造粒，再经350℃低温烘烤，750℃高温烧结，筛分，即得焊剂碱度为2.6的焊剂。
实施例4
将实施例1制备出的焊剂配合专用焊丝CHW-S62HRF，采用25mm厚SA738Gr.B钢板进行埋弧横焊焊接，工艺性能优良，经检测焊缝的性能为：焊态条件下焊接接头抗拉强度730Mpa，屈服强度640Mpa，伸长率29%，断面收缩率72%，高温抗拉强度675Mpa，焊缝的冲击功为KV2（-29℃）＝90-150J，焊缝的冲击功为KV2（-45℃）＝70-80J;热处理条件下条件下焊接接头抗拉强度680Mpa，屈服强度590Mpa，伸长率28%，断面收缩率68%，高温抗拉强度610Mpa焊缝的冲击功为KV2（-29℃）＝100-140J，焊缝的冲击功为KV2（-45℃）＝65-100J。
实施例5
将实施例2制备出的焊剂配合专用焊丝CHW-S62HRF，采用25mm厚SA738Gr.B钢板进行埋弧横焊焊接，工艺性能优良，经检测焊缝的性能为：焊态条件下焊接接头抗拉强度695Mpa，屈服强度600Mpa，伸长率26%，断面收缩率65%，高温抗拉强度640Mpa，焊缝的冲击功为KV2（-29℃）＝90-130J，焊缝的冲击功为KV2（-45℃）＝85-105J;热处理条件下条件下焊接接头抗拉强度640Mpa，屈服强度550Mpa，伸长率27%，断面收缩率68%，高温抗拉强度605Mpa，焊缝的冲击功为KV2（-29℃）＝95-115J，焊缝的冲击功为KV2（-45℃）＝70-90J。
实施例6 
将实施例3制备出的焊剂配合专用焊丝CHW-S62HRF，采用25mm厚SA738Gr.B钢板进行埋弧横焊焊接，工艺性能优良，经检测焊缝的性能为：焊态条件下焊接接头抗拉强度710Mpa，屈服强度625Mpa，伸长率27%，断面收缩率70%，高温抗拉强度640Mpa焊缝的冲击功为KV2（-29℃）＝100-130J，焊缝的冲击功为KV2（-45℃）＝90-105J;热处理条件下条件下焊接接头抗拉强度650Mpa，屈服强度570Mpa，伸长率28%，断面收缩率69%，高温抗拉强度590Mpa焊缝的冲击功为KV2（-29℃）＝105-125J，焊缝的冲击功为KV2（-45℃）＝75-90J。

Claims (7)

1.一种用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂，该用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂由以下成份组成：
SiO2   6-18%；
MgO  22-40%； 
Al2O3   12-28%；
ΣCaO 15-30%；
MnO  0.5-4%；
Na2 O  0.5-2%；
K2 O  0.2-2%；
0<TiO2≤3%；
0<Fe2O3≤3.0%；
0<S≤0.030%；
0<P≤0.030%；
所述百分比为质量百分比。
2.根据权利要求1所述的用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂，其特征在于：
所述SiO2 14kg；
所述MgO 30kg；
所述Al2O3 20kg；
所述ΣCaO 25kg；
所述MnO 0.5 kg；
所述Na2O 0.5 kg；
所述K2 O 0.2kg；
所述TiO2 0.5kg；
所述Fe2O31.0kg；
所述S 0.020kg；
所述P 0.026kg。
3.根据权利要求1所述的用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂，其特征在于：
所述SiO2 18kg；
所述MgO 25kg；
所述Al2O3 24kg；
所述ΣCaO 22kg；
所述MnO 0.8kg；
所述Na2O 1.0 kg；
所述K2 O 0.4kg；
所述TiO2 0.5kg；
所述Fe2O3 0.6kg；
所述S 0.020kg；
所述P 0.026kg。
4.根据权利要求1所述的用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂，其特征在于：
所述SiO2 10kg；
所述MgO 35kg；
所述Al2O3 18kg；
所述ΣCaO 20kg；
所述MnO 1.2kg；
所述Na2O 1.1kg；
所述K2 O 0.5kg；
所述TiO2 2.0kg；
所述Fe2O3 1.5kg；
所述S 0.018kg；
所述P 0.028kg。
5.一种制备权利要求1-4任一权利要求所述的用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂的制备方法，包括以下步骤：
将焊剂各组分原料粉料置于混合器内、搅拌混合均匀；
加入各组分原料粉料总量15-20%的粘结剂混合造粒；
50-400低温烘烤；
600-900℃高温烧结；
筛分。
6.根据权利要求5所述的制备用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为钠水玻璃、钾水玻璃或钾钠水玻璃，所述低温烘烤为350℃低温烘烤，所述高温烧结为750℃高温烧结。
7.一种焊接方法，包括：
权利要求1-4任一权利要求所述的用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂；
焊丝CHW-S62HRF；
25mm厚SA738Gr.B钢。
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