一种管道及结构用管等压力钢管高速埋弧焊用烧结焊剂制造技术

一种管道及结构用管等压力钢管高速埋弧焊用烧结焊剂，属于压力钢管焊接技术领域。成分按重量百分数含有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。该焊剂碱度为2.5～3.5。该碱性焊剂匹配焊丝时能够获得适应100kg级钢板制造的水电压力钢管焊接接头要求的焊缝接头抗拉强度≥950MPa，-60℃冲击功≥47J，0℃冲击功≥100J。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种管道及结构用管等压力钢管高速埋弧焊用烧结焊剂，属于压力钢管焊接
。成分按重量百分数含有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。该焊剂碱度为2.5～3.5。该碱性焊剂匹配焊丝时能够获得适应100kg级钢板制造的水电压力钢管焊接接头要求的焊缝接头抗拉强度≥950MPa，-60℃冲击功≥47J，0℃冲击功≥100J。【专利说明】一种管道及结构用管等压力钢管高速埋弧焊用烧结焊剂
本专利技术属于压力钢管焊接
，特别是涉及一种管道及结构用管等压力钢管高速埋弧焊用烧结焊剂。
技术介绍
水电压力钢管通常是采用埋弧焊制管后使用的，随着水电装机容量提高及减量化进程的不断推进，水电压力钢管用钢强度级别不断提高。水电压力钢管使用环境恶劣，长期处于反复冲击载荷下工作，为了保证压力钢管的安全性，要求其具有足够的韧性储备，由于钢板强度与韧性呈反比关系，因此所用钢板的质量等级也随强度提高而提高，如60kg级钢板要求D级，80kg级钢板要求E级，10kg级钢板要求F级。由于焊接制管过程可能会导致热影响区组织粗化，力学性能劣化，并有可能引入焊接缺陷，因此焊接接头通常成为压力钢管最薄弱的环节，其力学性能直接决定整个压力钢管的安全性。 目前80kg级水电压力钢管已逐步替代60kg级压力钢管，而采用10kg级钢板制造的水电压力钢管正在设计阶段。由于水电压力钢管焊缝为长、直焊缝，因此均采用埋弧焊进行制管，为了使埋弧焊缝与母材实现等强等韧匹配，采用普通的焊接材料已经无法满足工艺和焊缝性能的要求，应采用一种新型的焊剂，尽可能降低焊缝中S、P等有害杂质，提高其纯净度，保证焊接中合金成分达到有效过渡，确保其具有良好的强韧性，同时调整焊剂其他组分，实现焊接工艺的优化和高速焊接。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种管道及结构用管等压力钢管高速埋弧焊用烧结焊剂，适于管道及结构用管等压力钢管焊接的高速埋弧焊上使用的埋弧焊用烧结焊剂。 本专利技术焊剂的成分按重量百分数计: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,该焊剂碱度为2.5?3.5，焊剂中S杂质控制在0.006?0.008，P杂质控制在0.015以下。该碱性焊剂匹配焊丝时能够获得适应10kg级钢板制造的水电压力钢管焊接接头要求的焊缝接头抗拉强度彡950MPa, -60°C冲击功彡47J，0°C冲击功彡100J。 本专利技术采用数值优化处理方法，对于CaO，MgO, CaF2, Na2O, K2O, MnO, S12, Al2O3, T12等进行优化组合，在较高的碱度(2.5?3.5)下，对焊缝进行脱氧，保证焊接后合金成分的有效过渡，并且熔渣中的夹杂物变成焊缝结晶过程中的有效质点，而确保焊缝晶粒度得到细化，以此提高焊缝的冲击韧性。严格控制焊剂中的P、S等有害物质，确保焊缝具有稳定的性能及良好的纯净度。 CaF2可有效降低碱性熔渣的黏度和表面张力，提高熔渣的润湿能力，改善熔渣对熔滴、熔池的覆盖性，增加熔渣的流动性，并有利于减少液态金属同电弧气氛中原子氢的直接接触，可很大程度减少金属的吸氢量，并减低焊缝中的气体杂质，提高焊缝纯净度。 MgO能提高熔渣的碱度，增加熔渣的透气性和降低扩散氢含量。在焊剂中提高(CaO+MgO)/S12的比例(不大于3)焊接时能增加熔池的脱S能力。作为稳定的氧化物，具有增加熔渣表面张力的作用，可达到有效控制焊缝工艺性能的作用。 CaO作为高碱度烧结焊剂的主要造渣剂，对S、P的结合能力较强，可以排除焊缝金属中S、P达到含量。可避免焊缝晶界处开裂而降低焊缝的冲击韧性。 Al2O3作为造渣材料，其熔点较高，具有提高电弧集中性的作用。在烧结焊剂中可作为熔渣黏度的调整剂，能调整熔渣的流动性，具有增大熔渣表面张力的作用，含量增加越多，焊缝鱼鳞纹越细小，脱渣越容易。 MnO, S12作为脱氧作用及对熔渣各种物理特性调整而存在。其中S12能降低渣的碱度，并由于其能与熔渣中大部分的碱性氧化物结合成复合物，所以随着其含量升高，容易引起熔渣黏度增大，但随着在焊剂中含量提高，会引起碱度下降，而出现向焊缝熔池中过渡Si的现象，引起焊缝冲击韧性下降；MnO可以降低熔渣的熔点，改善熔渣的流动性，降低表面张力，有利于焊缝成形。在高碱度下其冶金反应，还原产物向焊缝中过渡Mn，起到提高焊缝强度及韧性的作用，并可与S结合形成MnS，起到一定的脱硫作用。 通过对焊剂中各个成分的有效调整，压力钢管埋弧焊接时不出现熔池流失、趟渣、焊道表面光滑，达到高速焊接时焊缝良好的成形性，并有效减少了合金的烧损，去除焊缝中的有咅杂质。 本碱性焊剂与匹配的高强度焊丝进行10kg级钢板制造的水电压力钢管埋弧焊接时，可以保证具有较好的成形性能和脱渣性能，焊道表面光滑，过渡良好，减少焊接缺陷的出现几率。能够获得适应10kg级钢板制造的水电压力钢管焊接接头要求的焊缝接头，具有良好的低温韧性，可以保证10kg级压力钢管服役的安全性，焊接工艺适应性满足现场施工要求，易推广。 【专利附图】【附图说明】 图1为30mm钢板坡口示意图。 图2为20mm钢板坡口示意图。 【具体实施方式】 实施例1: 埋弧焊所采用焊剂成分: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 采用的焊丝为10kg级高强度埋弧焊丝，焊接试板为30mm厚Q890钢板，试板开不对称X型坡口，坡口如图1所示，钢板尺寸为600mm X 200mm X 30mm,留2mm钝边，两板不留间隙。 将30mm+30mm厚的Q890钢板，焊前预热至120°C，层间温度控制在160?180°C，焊前将坡口用砂轮机打磨见光，采用埋弧焊进行打底、填充、盖面。背面采用砂轮进行淸根后进行焊接填充至填满。 打底焊道焊接电流控制在450?500A，焊接电压控制在24?27V，焊接速度控制在350?400mm/min ;填充焊道焊接电流控制在550?600A，焊接电压控制在26?29V，焊速控制在300?350mm/min,焊接热输入控制在30kJ/cm。 焊后经探伤未发现焊接缺陷，焊接变形小于3°，对焊接接头进行力学性能检验，结果表明，接头抗拉强度为980MPa，经180°，d = 4a冷弯未发现裂纹，焊缝_60°C冲击功77J，0°C冲击功11(^，热影响区-60本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管道及结构用管等压力钢管高速埋弧焊用烧结焊剂，其特征在于：成分按重量百分数含有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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张熹，牟淑坤，章军，金茹，陈延清，郭占山，刘宏，董现春，鞠建斌，张楠，王凤会，
申请(专利权)人：首钢总公司，
类型：发明
国别省市：北京;11