一种高锰低温钢焊接用烧结焊剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高锰低温钢焊接用烧结焊剂，烧结焊剂为干粉和粘接剂混合后的烧结物，所述干粉的重量百分数组成为：氧化铝18~25%、莫来石10~15%、镁砂18~26%、萤石15~25%、石英5~10%、硅灰石5~10%、霞石5~10%、锰硅合金1~3%、纯碱0.5%、氟化钠0.5%，所述粘结剂的加入量为干粉重量的21%~24%。其制备方法为：先将干粉的各组成进行配料并干混，得到混合料，再混合料与粘结剂湿混均匀，得到湿混料，之后对湿混料进行造粒，得到造粒粉，然后造粒粉于300~350℃下烘干，最后于600~650℃下烧结成型、破碎，得到烧结焊剂。该烧结焊剂为Al

【技术实现步骤摘要】
一种高锰低温钢焊接用烧结焊剂及其制备方法
本专利技术涉及焊接材料
，具体的说是一种高锰低温钢焊接用烧结焊剂及其制备方法，适用于高锰钢LNG储罐的焊接。
技术介绍
随着全球经济的快速发展，液化天然气(LNG)作为现代清洁能源，其需求量与日俱增。海上运输是LNG国际贸易的主要运输方式，具有运量大、可靠性高、利润高等优点。研究表明，高锰钢的低温韧性、耐疲劳性等与目前LNG储罐广泛应用的9％Ni钢相当，但塑性远高于9％Ni钢，对于提高LNG装备安全性具有重要意义。且金属锰价格远低于镍，采用高锰钢可大幅降低材料成本。高锰钢具有明显的技术和经济优势，应用前景广阔。国内已经进行了高锰钢的研制，但配套焊材研制相对滞后。高锰钢LNG储罐建造用焊接材料有电焊条、埋弧焊、氩弧焊丝等，可检索到的有关埋弧焊材的专利主要有：公开号为CN107052618A的中国专利公开了制备LNG贮罐的高锰钢用全自动埋弧焊实芯焊丝，该专利公开了埋弧焊用实心焊丝，却未提及配套的焊剂；公开号为CN109530881A的中国专利公开了焊接超低温高锰钢用的埋弧焊焊剂、焊丝及制备方法，其中，焊剂为MgO-Al2O3-CaF2-TiO2-SiO2渣系，焊丝为Mn-Ni-Cr-Mo合金系，焊剂匹配的焊丝含有10％左右的镍，需要用较高的镍来提高低温韧性。若上述焊剂匹配不含镍的C-Mn-Cr-Mo系高锰焊丝时，其焊接工艺性不好，低温韧性差。
技术实现思路
为了解决现有技术中的不足，本专利技术提供一种高锰低温钢焊接用烧结焊剂及其制备方法，该烧结焊剂为Al2O3-MgO-CaF2-SiO2高铝型渣系，匹配合金体系为C-Mn-Cr-Mo系的埋弧焊丝HS45Mn25Cr3Mo1，不需要用镍来保证低温韧性，成分与母材接近，避免了成分偏析以及热裂纹倾向。为了实现上述目的，本专利技术采用的具体方案为：一种高锰低温钢焊接用烧结焊剂，烧结焊剂为干粉和粘接剂混合后的烧结物，所述干粉的重量百分数组成为：氧化铝18～25％、莫来石10～15％、镁砂18～26％、萤石15～25％、石英5～10％、硅灰石5～10％、霞石5～10％、锰硅合金1～3％、纯碱0.5％、氟化钠0.5％，所述粘结剂的加入量为干粉重量的21％～24％。进一步地，所述莫来石以质量百分比计的化学成分中含75％的Al2O3和25％的SiO2。进一步地，所述硅灰石以质量百分比计的化学成分中含50％的CaO和45％的SiO2。进一步地，所述霞石以质量百分比计的化学成分中含55％的SiO2、23％的Al2O3、15％的NaO以及15％的K2O。进一步地，所述粘结剂为纯钠水玻璃，纯钠水玻璃的模数为2.8，波美度为40～42°Be′。一种高锰低温钢焊接用烧结焊剂的制备方法，包含如下步骤：(1)、将上述干粉的各组成进行配料并干混，得到混合料；(2)、将步骤(1)得到的混合料与粘结剂湿混均匀，得到湿混料；(3)、将步骤(2)得到的湿混料进行造粒，得到造粒粉；(4)、将步骤(3)得到的造粒粉于300～350℃下烘干；(5)、将步骤(4)烘干后的造粒粉于600～650℃下烧结成型、破碎，得到烧结焊剂。进一步地，制备的烧结焊剂的粒度为10～60目，颗粒粒径过大将会使焊接过程稳定性变差，粒径过小则对工况条件下的焊接过程有不利影响。本专利技术所述烧结焊剂的设计依据如下：氧化铝和莫来石：氧化铝成分为Al2O3，熔点2054℃，莫来石化学成分中含75％的Al2O3和25％的SiO2，熔点约为1910℃，两者为Al2O3主要来源，总Al2O3含量为30％～40％，是本专利技术烧结焊剂中主要的造渣剂，使熔渣具有合适的粘度与流动性。超过或低于该范围，都会导致焊缝成型不良。通过莫来石引入一部分Al2O3，可改善全部用氧化铝易产生的干粉料团聚或造粒性差的问题。镁砂：镁砂成分为MgO，是一种强碱性氧化物，提高焊缝金属低温韧性。MgO熔点高达为2800℃，含量过多，使熔渣凝固温度提高，熔渣与液态金属间的冶金反应不能充分进行，容易形成夹渣等缺陷；含量太少，不利于焊缝金属低温韧性。本专利技术合适范围18～26％。萤石：萤石成分为CaF2，也是一种碱性氧化物，熔点较低，约为1400℃，熔融态流动性好，使熔渣具有较好的流动性，有利于焊缝铺展。含量过高，焊接电弧稳定性差，含量过低，焊缝铺展较差。本专利技术合适范围15～25％。石英：石英成分为SiO2，是一种酸性氧化物，与MgO和CaF2的合理配比，可调节熔渣粘度，增强熔渣流动性。本专利技术合适范围5～10％。硅灰石：硅灰石成分为约50％的CaO和45％的SiO2，CaO具有降低熔渣表面张力的作用，有利于焊缝之间的均匀熔合。本专利技术合适范围5～10％。霞石：霞石的化学成分中含55％的SiO2、23％的Al2O3、15％的NaO和15％的K2O，熔点较低约为1200℃，可以调节熔渣凝固温度。NaO和K2O具有较强的稳定电弧和改善焊缝铺展的作用，由于含有Na和K的碳酸盐以及氯化物容易吸潮，通过本专利技术方式引入，可以降低焊剂吸潮性。本专利技术合适范围5～10％。锰硅合金：锰硅合金的加入一方面是焊丝成分波动时，可调整焊缝总锰量不变；另一方面可以改善焊剂造粒性。纯碱和氟化钠：主要作用是增强焊接电弧稳定性。水玻璃：主要作用是粘结粉料。纯钠水玻璃为烧结焊剂常用粘结剂，加入量少，达不到粘结效果，造粒性变差；加入量过多时，粉料太湿，造粒时不易控制颗粒度大小，容易使颗粒变大，增加焊剂破碎量，使焊剂松装比变大，不利于焊接工艺性。本专利技术合适范围占干粉重的21～24％；其中纯钠水玻璃模数为2.8，20℃波美度为40～42°Be′。有益效果：(1)、该烧结焊剂可匹配高锰焊丝焊接使用；(2)、焊缝成型美观、脱渣好、焊接过程稳定、焊接工艺性好、适用于大规范焊接；(3)、对接接头具有良好的力学性能，低温韧性优良，-196℃夏比冲击功可达100J以上，可以应用于LNG储罐高锰钢焊接。具体实施方式下面将结合具体实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。一种高锰低温钢焊接用烧结焊剂，烧结焊剂为干粉和纯钠水玻璃混合后的烧结物，所述干粉的重量百分数组成为：氧化铝18～25％、莫来石10～15％、镁砂18～26％、萤石15～25％、石英5～10％、硅灰石5～10％、霞石5～10％、锰硅合金1～3％、纯碱0.5％、氟化钠0.5％，所述纯钠水玻璃的加入量为干粉重量的21％～24％，纯钠水玻璃的模数为2.8，波美度为40～42°Be′。详细地，所述莫来石以质量百分比计的化学成分中含75％的Al2O3和25％的SiO2。所述硅灰石以质量百分比计的化学成分中含50％的CaO和45％的SiO2。所述霞石以质量百分比计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高锰低温钢焊接用烧结焊剂，其特征在于，烧结焊剂为干粉和粘接剂混合后的烧结物，所述干粉的重量百分数组成为：氧化铝 18~25%、莫来石 10~15%、镁砂 18~26%、萤石 15~25%、石英 5~10%、硅灰石 5~10%、霞石 5~10%、锰硅合金 1~3%、纯碱 0.5%、氟化钠0.5%，所述粘结剂的加入量为干粉重量的21%~24%。/n

【技术特征摘要】
1.一种高锰低温钢焊接用烧结焊剂，其特征在于，烧结焊剂为干粉和粘接剂混合后的烧结物，所述干粉的重量百分数组成为：氧化铝18~25%、莫来石10~15%、镁砂18~26%、萤石15~25%、石英5~10%、硅灰石5~10%、霞石5~10%、锰硅合金1~3%、纯碱0.5%、氟化钠0.5%，所述粘结剂的加入量为干粉重量的21%~24%。


2.根据权利要求1所述的一种高锰低温钢焊接用烧结焊剂，其特征在于，所述莫来石以质量百分比计的化学成分中含75%的Al2O3和25%的SiO2。


3.根据权利要求1所述的一种高锰低温钢焊接用烧结焊剂，其特征在于，所述硅灰石以质量百分比计的化学成分中含50%的CaO和45%的SiO2。


4.根据权利要求1所述的一种高锰低温钢焊接用烧结焊剂，其特征在于，所述霞石以质量百分比计的化学成分中含55%的SiO2、2...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂建航，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41