[发明专利]一种管道及结构用管等压力钢管高速埋弧焊用烧结焊剂

说明书

技术领域

本发明属于压力钢管焊接技术领域，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。

背景技术

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，100kg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100kg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。

发明内容

本发明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。

本发明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％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，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。

本发明采用数值优化处理方法，对于CaO,MgO,CaF₂,Na₂O,K₂O,MnO，SiO₂,Al₂O₃,TiO₂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)/SiO₂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。