一种用于双联管埋弧环焊的烧结焊剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及油气管道焊接技术领域，特别涉及一种用于双联管埋弧环焊的烧结焊剂及其制备方法。一种用于双联管埋弧环焊的烧结焊剂，所述烧结焊剂的化学成分按质量百分比为：CaF2:5~15%、MgO:15~20%、Al2O3:15~20%、CaO:2~5%、MnO:3~10%、BaCO3:5~10%、TiO2:3~10%、Ni:1~5%、B:0.8~1.5%、Re:1~0.05%、SiO2：15~20%、铁粉：10~30%、S≤0.015%，P≤0.020%。本发明专利技术通过萤石、电熔镁砂、铝矾土、大理石、碳酸钡、锰矿、金红石、稀土硅铁、镍铁、硼铁、铁粉的形式加入烧结焊剂所需的化学成分，本发明专利技术在20mm以上大壁厚X80埋弧钢管埋弧焊接过程中，焊缝熔渣不流失、脱渣容易，焊道平整、规则。规则。

【技术实现步骤摘要】
一种用于双联管埋弧环焊的烧结焊剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及油气管道焊接
，特别涉及一种用于双联管埋弧环焊的烧结焊剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]双连管是作为一种采用现场预制方式将两根钢管组焊在一起的钢管。通过“双连管”的方法，可充分有效的缩短管道建设施工工时，极大的满足工程“短、平、快”的预期目标。埋弧焊接工艺具有生产效率高、工艺稳定性好，且所得焊缝组织均匀，焊接接头性能优异，成为双连管焊接主要采用工艺，长期以来在国内外长输管道施工中得到了广泛应用。
[0003]不同于常规的螺旋和直缝埋弧螺旋线和水平位置的焊接，双联管为环向焊接。该工艺内外焊施焊平面较小，焊点位置变化受限较大，且大多采用小线能量埋弧焊接工艺，其焊接速度不足1m/min，多采用多层焊，线能量一般不超过15KJ/cm。而常规焊剂更多的注重于焊接速度和效率，焊接速度较大，最大可达到1.8m/min以上，且为单层一次性焊接，其熔渣在1000
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1300℃阶段的熔化区间过短，结晶速率较大，冷速过大，使夹杂物及体气无法有效的从焊缝中及时排出，极易造成焊缝的洁净度不良，有效组元无法充分反应，不利于焊缝熔敷金属的自由流动和有益合金的有效过渡，无法得到优异的焊接接头的组织；特别是用于低速焊接时，焊接熔敷金属较为有限，极易出现过渡不良，填充不利的质量缺陷，由此而严重影响了X70钢级以上双联管环焊缝质量和性能，特别是无法保证焊缝的断裂韧性性能，往往对管道现场安全造成不利的影响。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种用于双联管埋弧环焊的烧结焊剂及其制备方法，本专利技术烧结焊剂适用于X70钢级以上双联管埋弧焊接，可实现焊接熔渣在1000～1300℃内具有较大的熔化区间、较低的结晶速率，保证焊接过程中焊缝的纯净度，有效组元充分反应，有利于焊缝熔敷金属的自由流动和有益合金的有效过渡，从而得到优异的焊接接头组织，既具备较高强韧性，又具备优良的CTOD断裂韧性。
[0005]本专利技术的技术方案在于：一种用于双联管埋弧环焊的烧结焊剂，所述烧结焊剂的化学成分按质量百分比为：CaF2:5～15％、MgO:15～20％、Al2O3:15～20％、CaO:2～5％、MnO:3～10％、 BaCO3:5～10％、TiO2:3～10％、Ni:1～5％、B:0.8～1.5％、Re:1～0.05％、SiO2：15～20％、铁粉： 10～30％、S≤0.015％、P≤0.020％。
[0006]所述CaF2以萤石矿物质粉形式加入，CaF2含量不低于95％，P≤0.003％；所述MgO以电熔镁砂形式加入，MgO含量不低于97％，S≤0.003％、P≤0.05％；所述Al2O3以铝矾土形式加入，Al2O3不低于84％，S、P≤0.03％；所述CaO以大理石的形式加入，CaO含量不低于40％；所述MnO以进行焙烧、风干及水浸处理后的富锰矿的形式加入，MnO含量不低于30％，S≤0.05％、P≤0.05％；所述BaCO3以碳酸钡的形式加入，含量不低于70％；所述 SiO2通过锰矿、铝矾土、萤石、电熔镁砂、稀土硅铁及粘结剂水玻璃带入，SiO2总含量控制20％以下，S、P≤
0.03％；所述TiO2以天然金红石形式加入，TiO2含量在58％以上；所述Re和Si合金通过稀土硅铁形式加入，Re含量30％以上，Si含量45％以上；所述Ni合金通过电解镍铁形式加入，Ni含量90％以上，P、S≤0.03％；所述B铁合金通过电解镍铁形式加入，B含量20％以上，P≤0.03％，S≤0.03％；所述铁粉是氧含量为0.5％以下的雾化还原铁粉，相对于铁粉总量，Fe含量为40％以上。
[0007]所述萤石矿物质粉的粒度为100目以上；所述电熔镁砂的粒度为80～100目；所述铝矾土的粒度为80～100目；所述SiO2的粒度为80～100目；所述天然金红石的粒度为100目以上；所述稀土硅铁的粒度为80～120目；所述镍铁的粒度：80～120目；所述镍铁的粒度： 80～120目；所述雾化还原铁粉的粒度在200目以下。
[0008]通过萤石、电熔镁砂、铝矾土、大理石、碳酸钡、锰矿、金红石、稀土硅铁、镍铁、硼铁、铁粉的形式加入烧结焊剂所需的化学成分时，烧结焊剂中矿物质组分及合金重量百分比为：萤石：8～18％、电熔镁砂：18～22％、铝矾土：20～25％、大理石：5～10％、碳酸钡：7～15％、锰矿：8～15％、金红石：8～15％、稀土硅铁：0.2～1％、镍铁：1～5％；硼铁：0.8～1.5％、铁粉：10～30％。
[0009]上述用于双联管埋弧环焊的烧结焊剂的化学成分的选择依据为：
[0010](1)CaF2作为造渣剂，与SiO2及液态金属表面的H2O反应可生成不溶于钢液的HF 体气，可降低电弧中氢分压，减小氢在金属中的溶解度，但该体气对人身体具有毒害作用；同时，CaF2对液态熔渣具有稀释作用，提高熔渣的流动性，降低熔渣粘度，有利于熔渣的快速凝固，CaF2过高会严重降低电弧的稳定性，影响焊缝成形性，同时对操作人员的毒害作用加大，过低起不到所需的效果。根据以上，将CaF2的含量控制在5～15％。
[0011](2)MgO属于碱性材料，与CaO共同对焊剂碱度起着调节作用，并对改善熔渣熔点、熔化区间温度有明显作用，可调节焊缝金属熔点及存在时间，保证有害物质的有效析出，为了保证焊缝金属流动性和铺展性其含量不宜大于20％，含量过高时，将导致熔渣熔点升高，致使熔渣的流动性变差，焊缝成形性变差，严重出现咬边及脱渣困难的问题，根据上述，将MgO的含量控制在15～20％。
[0012](3)Al2O3作为主要的造渣剂，其在高温下具有很好的稳定性，与MgO一起对于熔渣的熔点、黏度与熔化区间温度起着很好的调节作用，从而起到焊缝形貌的改善与调整。在一定含量时，可使焊缝的鱼鳞纹更加细密，焊缝表面更加光滑，在本专利技术中，当Al2O3含量超过25％时，熔渣的熔点过高，粘度增大，会使熔渣流动性明显减弱，由此而严重恶化焊道外观形貌。根据此，将Al2O3的含量为15～20％。
[0013](4)CaO作为碱性渣系的一种主要成分，其具有直线膨胀系数小，结晶相变温度低等特点，可增加熔渣的表面张力和熔渣与金属的界面张力，提高脱渣能力，可以极大地改善焊缝的工艺性能。能提高熔渣的碱度，并可增加熔渣的脱硫、脱磷能力；若含量过高，熔渣会形成3CaO.SiO2复合物，增加熔渣熔点，对焊缝金属流动性造成不利影响，根据此将 Al2O3的含量控制在2～5％。
[0014](5)BaCO3具有稳弧和造渣作用，可替代部分SiO2，起到调整熔渣熔点、粘度、表面张力和流动性作用，提高电弧稳定性，并减少焊缝咬边，改善焊缝成形性；同时，一定含量的BaCO3，但含量过高时易分解与TiO2结合生成BaO.TiO2，恶化脱渣性。根据此将BaCO3的含量控制在5～10％。
[0015](6)TiO2具有稳弧和造渣作用。可调整熔渣的熔点，黏度、表面张力和流动性，特别适合于环向施焊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于双联管埋弧环焊的烧结焊剂，其特征在于：所述烧结焊剂的化学成分按质量百分比为：CaF2:5~15%、MgO:15~20%、Al2O3:15~20%、CaO:2~5%、MnO:3~10%、BaCO3:5~10%、TiO2:3~10%、Ni:1~5%、B:0.8~1.5%、Re:1~0.05%、SiO2：15~20%、铁粉：10~30%、S≤0.015%、P≤0.020%。2.根据权利要求1所述一种用于双联管埋弧环焊的烧结焊剂，其特征在于：所述CaF2以萤石矿物质粉形式加入，CaF2含量不低于95%，P≤0.003%；所述MgO以电熔镁砂形式加入，MgO含量不低于97%，S≤0.003%、P≤0.05%；所述Al2O3以铝矾土形式加入，Al2O3不低于84%，S、P≤0.03%；所述CaO以大理石的形式加入，CaO含量不低于40%；所述MnO以进行焙烧、风干及水浸处理后的富锰矿的形式加入，MnO含量不低于30%，S≤0.05%、P≤0.05%；所述BaCO3以碳酸钡的形式加入，含量不低于70%；所述SiO2通过锰矿、铝矾土、萤石、电熔镁砂、稀土硅铁及粘结剂水玻璃带入，SiO2总含量控制20%以下，S、P≤ 0.03%；所述TiO2以天然金红石形式加入，TiO2含量在58%以上；所述Re和Si合金通过稀土硅铁形式加入，Re含量30%以上，Si含量45%以上；所述Ni合金通过电解镍铁形式加入，Ni含量90%以上，P、S ≤0.03%；所述B铁合金通过电解镍铁形式加入，B含量20%以上，P≤0.03%，S ≤0.03%；所述铁粉是氧含量为0.5％以下的雾化还原铁粉，相对于铁粉总量，Fe含量为40％以上。3.根据权利要求2所述一种用于双联管埋弧环焊的烧结焊剂，其特征在于：所述萤石矿物质粉的粒度为100目以上；所述电熔镁砂的粒度为80~100目；所述铝矾土的粒度为80~100目；所述SiO2的粒度为80~100目；所述天然金红石的粒度为100目以上；...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵红波，毕宗岳，席敏敏，张锦刚，余晗，韦奉，牛辉，张君，刘斌，赵西岐，牛爱军，黄晓辉，周云，李振勇，
申请(专利权)人：宝鸡石油钢管有限责任公司中油国家石油天然气管材工程技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：