一种9Ni钢焊接用烧结焊剂及其制备方法技术

一种9Ni钢焊接用烧结焊剂，涉及焊接材料技术领域，按重量份数计，其组成为：CaF2：20~28份、MgO：23~33份、Al2O3：15~18份、CaO：8~12份、SiO2：4~10份、BaO：0.5~2份、TiO：0.5~2份、ZrO2：0.5~2份、合金：0.5~2.5份、水玻璃：15~20份；所述合金为硅铁合金、锰硅合金或两者的组合。本发明专利技术将上述各组分按配比混均、造粒后，经300~400℃低温烘干，再经660~750℃高温烧结，即制得焊剂成品。本发明专利技术的焊剂与实心焊丝ERNiCrMo‑4配合，焊接工艺性较好，焊缝力学性能均良好，熔敷金属超低温韧性稳定、优良，抗热裂纹敏感性好，适用于9Ni钢埋弧平焊、横焊。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及焊接材料
，具体涉及一种9Ni钢焊接用烧结焊剂及其制备方法。
技术介绍
随着我国经济的迅速发展，由于陆上石油资源的迅速锐减，海洋油气开发已成为我国能源开发的热点。天然气作为一种清洁能源越来越受到重视，近年来LNG（液化天然气）项目蓬勃发展，目前，国内规划有多个LNG项目工程，9Ni钢以其优良的低温韧性和良好的焊接性被认为时制造低温压力容器的优良材料，LNG储罐的内罐材料无一例外的都采用了9Ni钢。对于9Ni钢的焊接，国内相关研究起步较晚，目前积累了一些经验，但尚需进一步完善和提高。9Ni钢埋弧焊接用焊接材料以ERNiCrMo-4为主，目前处于全部依靠进口，国内哈焊所、京群、安泰科技等单位虽然开展了相关研究，但还没有成熟的产品。而目前，适用于要求较高低温冲击韧性9Ni钢配套的埋弧焊剂的相关专利并不多，申请号201010292568.7公开了一种9Ni钢用烧结焊剂及其制造方法，该专利渣系、配套焊丝、适用范围及熔敷金属性能，与本专利均不一样。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种与符合ASMEⅡSFA-5.14的ERNiCrMo-4镍基光焊丝匹配，焊接工艺性较好，焊缝力学性能均良好，熔敷金属超低温韧性稳定、优良，抗热裂纹敏感性好，适用于9Ni钢埋弧平焊、横焊的烧结焊剂。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种9Ni钢焊接用烧结焊剂，按重量份数计，其组成为：CaF2：20~28份、MgO：23~33份、Al2O3：15~18份、CaO：8~12份、SiO2：4~10份、BaO：0.5~2份、TiO：0.5~2份、ZrO2：0.5~2份、合金：0.5~2.5份、水玻璃：15~20份；所述合金为硅铁合金、锰硅合金或两者的组合。具体实施中，本专利技术所述焊剂各组分的加入方式如下： MgO以镁砂的形式，CaF2以萤石的形式，Al2O3以α-氧化铝的形式，SiO2以硅灰石的形式，CaO以硅灰石和大理石的形式，ZrO2以锆英砂的形式，BaO以硫酸钡的形式，TiO以金红石的形式，合金以合金粉末的形式，水玻璃以钾-钠水玻璃的形式。本专利技术上述的一种9Ni钢焊接用烧结焊剂，按重量份数计，其组成为：镁砂23~33份、萤石20~28份、α-氧化铝15~18份、硅灰石14~20份、大理石0.5~3份、锆英砂1~3份、硫酸钡0.3~1份、金红石0.1~0.3份、合金0.1~0.5份、钾-钠水玻璃15~20份；所述合金为硅铁合金、锰硅合金或两者的组合。上述水玻璃为模数为2.9、钾：钠为3:1的钾-钠水玻璃。本专利技术的一种9Ni钢焊接用烧结焊剂的制备方法为：按所述重量配比取各原料，将除水玻璃外的各粉料干混均匀，然后加入水玻璃湿混，造粒后，经300~400℃低温烘干，再经660~750℃高温烧结，即得焊剂成品。本专利技术主张将10-50目之间的焊剂颗粒作为成品焊剂，颗粒粒径过大将会使焊接过程不稳定，粒径过小则对工况条件下的焊接过程有不利影响。本专利所述焊剂具有以下特点：（1）在原材料选择方面，尽量选用P、S等杂质元素含量较低的原材料（包括粉料和水玻璃），以减少S、P质向熔敷金属中的过渡，提高熔敷金属的纯净度，有利有提高其低温韧性。（2）采用氟碱性CaF2-MgO- Al2O3-CaO-SiO2渣系。该渣系的特点是碱度高，能有效降低焊缝金属非金属夹杂物的含量，降低焊缝金属氧含量，提高其低温韧性。（3）焊剂中含有一定量的锆英砂。锆英砂一方面可以改善脱渣性，一方面可以向焊缝金属中过渡一定量的Zr，起到细化晶粒，提高焊缝金属低温韧性的作用。（4）焊剂中含有较高的CaF2，氟化物和SiO2相互作用，可起到良好的脱氢效果。（5）焊剂中加入一定量的大理石、硫酸钡，可以提高电弧气氛的氧化性，降低电弧气氛的氢分压，从而降低扩散氢。焊剂中组分的设计依据如下：MgO是一种强碱性氧化物，为熔渣主要组成部分。在碱性渣系中，它可以提高焊缝金属的冲击韧性。本专利技术研究结果表明MgO的含量不能超过33份，过多的MgO会增加熔渣的粘度，提高熔渣的凝固温度，降低熔渣的流动性，严重影响焊缝的成型性。但MgO含量不能低于23份，过低的MgO一方面会造成焊剂熔点过低，导致焊缝成型不良，一方面会造成熔渣碱度过低，导致焊缝金属的低温韧性下降。CaF2是碱性氧化物，为熔渣主要组成部分，在焊剂中属于造渣剂和稀释剂。熔融状态的CaF2流动性较好，可以降低熔渣的粘度、熔点和表面张力，提高熔渣的流动性。另外，CaF2对降低焊缝金属的扩散氢作用也比较明显。本专利技术实验结果表明，CaF2的含量不能低于20份，过低的含量容易造成铺展较差，并焊缝金属表面产生较多压坑。另外，本专利技术的实验结果表明，CaF2的含量不能超过28份，过高的CaF2的含量将会使熔渣粘度过低，造成焊道成型不良。CaO是一种强碱性氧化物，为熔渣主要组成部分。可调节熔渣碱度，并且能有效提高焊剂抗大电流能力，改善熔渣表面张力和界面张力。本专利技术研究结果表明CaO的含量不能超过12份，过多的CaO会降低熔渣的流动性，使焊缝铺展性变差；但CaO不能低于8份，过低的CaO导致焊剂碱度下降，会降低焊缝金属的低温韧性。Al2O3是一种两性氧化物，为焊剂的主要组成部分。在焊剂中是一种重要的玻璃体造渣材料，Al2O3是熔渣粘度的调节剂，能调整熔渣的流动性，具有增大熔渣表面张力的作用。本专利技术研究结果表明Al2O3的含量不能超过18份，过多的Al2O3会使焊缝中产生气孔和麻点，但Al2O3不能低于15份，过低的Al2O3可使焊缝表明凹凸不平，影响焊缝成型。SiO2是一种酸性物质，主要作用是造渣，调整液态渣池的黏度和流动性，对焊缝的成型非常重要。本专利技术研究结果表明SiO2加入量大于10份时，焊缝金属增硅较严重，焊缝金属非金属夹杂物增多，导致焊缝金属低温韧性下降，但SiO2的加入量不能小于4份，否则将导致焊缝成型不良。ZrO2是一种酸性氧化物，具有负的线膨胀系数。在冷却过程中体积变化，对渣壳顺利剥离有正面作用，并且ZrO2可以调节渣池粘度，改善焊道成型，同时可以向焊缝金属中过渡一定量的Zr，提高熔敷金属的低温韧性。合金：主要为硅铁、锰硅合金等，主要起到脱氧的作用。水玻璃：主要作用是粘结粉体。水玻璃加入量小于所要求的最低量时，焊剂造粒过程中成粒效果变差；加入量过多时，会向配方中引入较多的SiO2，对焊剂工艺性产生不利影响。有益效果：本专利通过创新渣系开发出一种与对应的埋弧焊丝配合，工艺性较好，适用于埋弧横焊，低温韧性好、抗热裂纹敏感性好的烧结焊剂，且成本较低，具有较大的市场推广前景和良好的经济效益。本专利技术技术方案实施后，所制造的焊剂有以下特点：（1）焊剂工艺性良好，在较宽的工艺规范下，电弧稳定，脱渣容易，焊道成型美观。（2）焊剂生产适应性良好，焊剂颗粒度均匀。（3）与实心焊丝ERNiCrMo-4配合，熔敷金属成分稳定，屈服强度大于430MPa，抗拉强度大于430MPa，延伸率大于35%，-196℃夏比冲击功大于100J（侧向膨胀量大于0.38），可满足超低温服役9Ni钢的焊接。（4）与实心焊丝ERNiCrMo-4配合，熔敷金属抗热裂纹敏感性优。（5）可适用与直流、交流焊接，焊缝成型良好。（6）适用于埋弧平焊、横焊位置焊接，横焊位置焊接焊道间融合良好，焊缝成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种9Ni钢焊接用烧结焊剂，其特征在于：按重量份数计，其组成为：CaF2：20~28份、MgO：23~33份、Al2O3：15~18份、CaO：8~12份、SiO2：4~10份、BaO：0.5~2份、TiO：0.5~2份、ZrO2：0.5~2份、合金：0.5~2.5份、水玻璃：15~20份；所述合金为硅铁合金、锰硅合金或两者的组合。

【技术特征摘要】
1.一种9Ni钢焊接用烧结焊剂，其特征在于：按重量份数计，其组成为：CaF2：20~28份、MgO：23~33份、Al2O3：15~18份、CaO：8~12份、SiO2：4~10份、BaO：0.5~2份、TiO：0.5~2份、ZrO2：0.5~2份、合金：0.5~2.5份、水玻璃：15~20份；所述合金为硅铁合金、锰硅合金或两者的组合。2.如权利要求1所述的一种9Ni钢焊接用烧结焊剂，其特征在于：MgO以镁砂的形式，CaF2以萤石的形式，Al2O3以α-氧化铝的形式，SiO2以硅灰石的形式，CaO以硅灰石和大理石的形式，ZrO2以锆英砂的形式，BaO以硫酸钡的形式，TiO以金红石的形式，合金以合金粉末的形式，水玻璃以钾-钠水玻璃的形...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋聚海，王青云，聂建航，康又聪，方子春，
申请(专利权)人：洛阳双瑞特种合金材料有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41