一种用于焊接x90管线钢的自保护药芯焊丝及制备方法
【专利摘要】一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝及制备方法，本发明制备的自保护药芯焊丝不仅具有电弧稳定、电弧吹力大、熔化速度快、飞溅小、脱渣容易等优点，本发明具有焊接工艺性好，可全位置焊接，力学性能稳定，可以很好的解决油气管道用X90级别管线钢焊接问题，本发明获取的焊丝不仅适用于X90管线钢的焊接，同样还适用于长输管道、储油罐、桥梁、海洋平台、高层钢结构建筑等焊接。
【专利说明】一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝及制备方法
[0001]【【技术领域】】 本发明涉及一种焊丝及制备方法，尤其涉及一种自保护药芯焊丝及制备方法，具体涉 及一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝及制备方法。
[0002] 【【背景技术】】 已知的，随着社会经济的快速发展，我国的石油天然气长输管线建设项目越来越多，其 中包括西气东输一线，川气东送，西气东输二线和即将开工的西气东输三线等，在上述项目 中管线的直径越来越大，钢的等级越来越高，2011年6月，以X80管线钢为主干的西气东 输二线工程正式贯通送气，工程设计年输气能力300亿立方米，西气东输三线工程也与于 2012年10月16日开工，计划2015年完工，为了满足对天然气日益增长的需求，天然气管 道正在朝着长距离、高压力、大口径方向发展，使用的管线用钢的强度级别也不断提高，除 X70、X80钢以外，X90等更高级别的管线钢在我国油气管线上的应用前景广阔。
[0003] 但是由于X90管线钢强度级别更高，对配套焊材的强韧性提出了更高的要求，那 么如何提供一种适合焊接X90管线钢的焊丝就成了本领域技术人员的技术诉求。
[0004] 【
【发明内容】
】 为了克服【背景技术】中存在的不足，本发明提供了一种用于焊接X90管线钢的自保护药 芯焊丝及制备方法，通过本发明获取的自保护药芯焊丝不仅具有电弧稳定、电弧吹力大、熔 化速度快、飞溅小、脱渣容易等优点，同时本发明具有焊接工艺性好，可全位置焊接，力学性 能稳定，可以很好的解决油气管道用X90级别管线钢焊接问题。
[0005] 为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案： 一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝，包括外皮和药芯粉，所述外皮为低碳钢 带，在外皮内设有药芯粉，所述药芯粉的成分按质量百分比包括如下成分： 氟钡锂LiBaF3 35?50% ; 氟化镁MgF2 3?5% ; 氟化钠 NaF 0?4% ; 氟化钙CaF2 1?3% ; 铁红 Fe2O3 4 ?12% ; 氟化稀土 ReF 1?3% ; 金属锰Mn 4?8% ; 铝镁合金Al-Mg 10?18% ; 金属镍Ni 6?10% ; 金属锆Zr 0. 5?2% ; 金属铬Cr (λ 5?2% ; 金属钥Mo 0. 1?0. 5% ; 余量为铁粉Fe。
[0006] 所述的用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝，所述药芯粉在自保护药芯焊丝中 的填充率为18?24%。
[0007] -种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝的制备方法，所述制备方法具体包括 如下步骤： 一、 制备药芯粉： 首先将适量的氟钡锂LiBaF3、氟化镁MgF2、氟化钠 NaF、氟化钙CaF2、铁红Fe2O3、氟化稀 土 ReF、金属锰Μη、铝镁合金Al-Mg、金属镍Ni、金属锆Zr、金属铬Cr、金属钥Mo以及铁粉Fe 混合并搅拌均匀后获取药芯粉； 二、 制备外皮： 接上步，将低碳钢带经成型乳棍卷制成U形； 三、 制备自保护药芯焊丝： 接上步，在线往U形外皮内添加药芯粉后，由成型轧辊轧制成0形的半成品焊丝，然后 将半成品焊丝经细减径拉拔成成品焊丝。
[0008] 采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性： 本发明所述的一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝及制备方法，通过本发明获 取的自保护药芯焊丝不仅具有电弧稳定、电弧吹力大、熔化速度快、飞溅小、脱渣容易等优 点，本发明具有焊接工艺性好，可全位置焊接，力学性能稳定，可以很好的解决油气管道用 X90级别管线钢焊接问题，本发明获取的焊丝不仅适用于X90管线钢的焊接，同样还适用于 长输管道、储油罐、桥梁、海洋平台、高层钢结构建筑等焊接。
[0009] 【【具体实施方式】】 通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例： 本发明所述的一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝，包括外皮和药芯粉，所述 外皮为低碳钢带，在外皮内设有药芯粉，所述药芯粉的成分按质量百分比包括如下成分： 氟钡锂LiBaF 3 35?50%; 氟化镁MgF2 3?5% ; 氟化钠 NaF 0?4% ; 氟化钙CaF2 1?3% ; 铁红Fe2O3 4?12% ; 氟化稀土 ReF 1?3% ; 金属锰Mn 4?8% ; 铝镁合金Al-Mg 10?18% ; 金属镍Ni 6?10% ; 金属锆Zr 0· 5?2% ; 金属铬Cr 0· 5?2% ; 金属钥Mo 0· 1?0· 5% ; 余量为铁粉Fe。
[0010] 其中所述药芯粉在自保护药芯焊丝中的填充率为18?24%。
[0011] 一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝的制备方法，所述制备方法具体包括 如下步骤： 一、 制备药芯粉： 首先将适量的氟钡锂LiBaF3、氟化镁MgF2、氟化钠 NaF、氟化钙CaF2、铁红Fe2O3、氟化稀 土 ReF、金属锰Μη、铝镁合金Al-Mg、金属镍Ni、金属锆Zr、金属铬Cr、金属钥Mo以及铁粉Fe 混合并搅拌均匀后获取药芯粉； 二、 制备外皮： 接上步，将低碳钢带经成型乳棍卷制成U形； 三、 制备自保护药芯焊丝： 接上步，在线往U形外皮内添加药芯粉后，由成型轧辊轧制成0形的半成品焊丝，然后 将半成品焊丝经细减径拉拔成成品焊丝。
[0012] 本发明中氟钡锂LiBaF3、氟化镁MgF2、氟化钠、氟化I丐CaF 2均属于金属氟化物类， 氟钡锂LiBaF3作为主要的造气和造渣剂，因为氟钡锂LiBaF 3的熔点较低约为900°C，远低于 氟化钡的熔点1353°C和氟化钙的熔点1403°C。焊接过程中在电弧热的作用下氟钡锂LiBaF 3 更容易被气化，形成保护气囊保护熔池和熔滴，阻止空气中的氧氮对熔池和熔滴产生侵害。 氟钡锂LiBaF3相比于氟化钡或氟化钙可以实现更短的电弧控制，更有利于全位置焊接和减 少空气对熔池和熔滴的侵害，同时氟钡锂LiBaF 3在电弧热作用下更容易电离出锂离子，电 离出的锂离子可以起到稳弧的作用，而氟钡锂LiBaF3在焊接过程中分解产生的氟化钡也可 以起到造气和造渣的作用。因此选用氟钡锂LiBaF 3作为主要的造气和造渣剂相比于传统 的氟化钡或氟化钙可以实现一举多得的益处。
[0013] 本发明在实施过程中，当金属氟化物的总含量少于40%时，其造气、造渣不充分且 产生的熔渣少、容易产生气孔；当金属氟化物的总含量大于60%时，容易淌渣且焊缝中过渡 的合金兀素相对含量偏低，焊缝金属的强度较低。
[0014] 其中铁红Fe2O3可以调节铁水的粘度，铁红Fe 2O3加入量低于4份时其铁水流动性 不足，不利于熔池的铺展和浸润；铁红Fe2O 3加入量高于12份时铁水太稀，全位置焊接时容 易淌渣。焊接材料使用铁红而不使用赤铁矿。
[0015] 其中铝镁合金Al-Mg主要用于脱氧，当铝镁合金加入量低于10份时其脱氧不足容 易产生气孔，当铝镁合金加入量高于18份时其焊缝中过渡的残留铝含量过高，导致焊缝金 属中容易形成粗大的铁素体和形成氧化铝夹杂，最终影响焊缝的力学性能，尤其是低温冲 击韧性。
[0016] 其中氟化稀土 ReF主要用于净化熔池，提高焊缝金属的低温韧性。
[0017] 其中利用金属锆Zr的细晶强化作用可以提高焊缝金属的强度和韧性，达到强韧 匹配之作用。
[0018] 其中金属锰Mn在脱氧的同时可以提高焊缝金属的抗拉强度和韧性，含量过低焊 缝金属强度过低，含量过高导致焊缝金属强度过高但韧性下降。
[0019] 其中金属镍在于提高焊缝金属的低温冲击韧性。
[0020] 其中金属铬作用在于提高焊缝金属的强度。
[0021] 其中金属钥的在于提高焊缝金属的强度和韧性。
[0022] 本发明制备药芯粉的实施如下： 实施例1 : 选用氟钡锂50%，氟化镁5%，氟化钙3%，铁红Fe2O3 4%，氟化稀土 3%，金属锰7%，铝镁合 金18%，金属镍6%，金属锆0. 5%，金属铬2%，金属钥0. 1%，余量铁粉制备药芯粉，填充率控制 在18?24%，焊丝直径能达2. 0_。
[0023] 实施例2 : 选用氟钡锂35%，氟化镁3%，氟化钠1%，氟化钙1%，铁红Fe2O3 6%，氟化稀土 1%，金属锰 8%，铝镁合金16%，金属镍10%，金属锆1. 0%，金属铬0. 5%，金属钥0. 5%，余量铁粉制备药芯 粉，填充率控制在18?24%，焊丝直径能达2. 0mm。
[0024] 实施例3 : 选用氟钡锂49%，氟化镁5%，氟化钠4%，氟化钙2%，铁红Fe2O3 12%，氟化稀土 2%，金属锰 4%，铝镁合金10%，金属镍8%，金属锆2%，金属铬1%，金属钥0. 3%，余量铁粉制备药芯粉，填充 率控制在18?24%，焊丝直径能达2. 0mm。
[0025] 其中填充率=【单位长度内所含所述药芯粉的重量】/【单位长度内自保护药芯焊 丝的总重】，自保护药芯焊丝=【所述药芯粉+外皮】，填充率是一个范围值，在该范围值内均 符合本发明的要求。
[0026] 按常规方式将上述实施例中各物质混合搅拌均匀既得所述药芯粉，然后将低碳钢 带经成型轧辊卷制成U形，在线往U形外皮内添加药芯粉后，由成型轧辊轧制成0形的半成 品焊丝，然后将半成品焊丝经细减径拉拔成成品焊丝，自保护药芯焊丝的最小直径能达到 2. Omm0
[0027] 对低碳钢带的性能要求见下表。
【权利要求】
1. 一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝，包括外皮和药芯粉，其特征是：所述 外皮为低碳钢带，在外皮内设有药芯粉，所述药芯粉的成分按质量百分比包括如下成分： 氟钡锂LiBaF3 35?50% ; 氟化镁MgF2 3?5% ; 氟化钠 NaF 0?4% ; 氟化钙CaF2 1?3% ; 铁红 Fe203 4 ?12% ; 氟化稀土 ReF 1?3% ; 金属锰Μη 4?8% ; 铝镁合金Al-Mg 10?18% ; 金属镍Ni 6?10% ; 金属锆Zr 0. 5?2% ; 金属铬Cr (λ 5?2% ; 金属钥Mo 0. 1?0. 5% ; 余量为铁粉Fe。
2. 根据权利要求1所述的用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝，其特征是：所述药 芯粉在自保护药芯焊丝中的填充率为18?24%。
3. 利用权利要求1?2任一权利要求所述的一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊 丝的一种用于焊接X90管线钢的自保护药芯焊丝的制备方法，其特征是：所述制备方法具 体包括如下步骤： 一、 制备药芯粉： 首先将适量的氟钡锂LiBaF3、氟化镁MgF2、氟化钠 NaF、氟化钙CaF2、铁红Fe203、氟化稀 土 ReF、金属锰Μη、铝镁合金Al-Mg、金属镍Ni、金属锆Zr、金属铬Cr、金属钥Mo以及铁粉Fe 混合并搅拌均匀后获取药芯粉； 二、 制备外皮： 接上步，将低碳钢带经成型乳棍卷制成U形； 三、 制备自保护药芯焊丝： 接上步，在线往U形外皮内添加药芯粉后，由成型轧辊轧制成0形的半成品焊丝，然后 将半成品焊丝经细减径拉拔成成品焊丝。
【文档编号】B23K35/40GK104259684SQ201410363688
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】郭纯, 朱官朋, 孔红雨 申请人:洛阳双瑞特种合金材料有限公司