钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液及其使用方法

钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液及其使用方法
【专利摘要】本发明公开了一种钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液及其使用方法，钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液具体成分质量百分比如下：聚乙烯醇5～10％，乙二醇10～15％，丙二醇10～15％，甘油2～5％，硝酸钠1～3％，氢氧化钾0.5～1％，消泡剂0.5～1.5％，防腐蚀剂0.1～1.5％，其余为去离子水。本发明提高了焊缝的冷却速度，避免焊缝的变形与开裂的出现。同时降低了焊缝高温停留时间，防止焊缝组织晶粒粗大，提高焊缝的强度和韧性。
【专利说明】钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液及其使用方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及冷却液【技术领域】，具体涉及一种钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液及其使用 方法。

【背景技术】
[0002] 埋弧焊是预先把颗粒状焊剂散布在焊接线上，通过送丝装置，焊丝自动连续地向 焊剂中送进，在焊丝前端与母材间引燃电弧，进行自动电弧焊。当电弧引燃后，焊剂、焊丝和 母材在电弧热的作用下立即熔化并形成熔池。熔化的熔渣覆盖住熔池金属及高温焊接区， 起到保护作用。
[0003] 直缝埋弧焊可用于生产大口径、厚壁管线钢，常用于石油天然气运输。焊接时，被 焊金属在热源的作用下发生加热和熔化过程，当热源离开以后，金属开始连续冷却过程，整 个焊接过程伴随着热的输入与传播。而焊接热输入量决定了这一过程的加热速度、高温停 留时间和冷却速度，从而影响焊接接头金属即焊缝的组织转变过程，最终影响焊缝的性能。 焊缝的性能是钢管安全性的关键因素。
[0004] 埋弧焊使用的焊接电流大，一般采用多丝即有多个热源，热输入量大，使得熔池的 体积大，熔池金属高温停留时间长，冷却速度慢，而高温停留时间的延长对奥氏体晶粒均质 化、晶粒长大、碳化物溶解和析出将产生重要的影响，使得焊缝晶粒粗大，强度和韧性降低。 为提高焊缝的强度与韧性可在钢管全部焊接结束后进行回火处理，但此操作大大增加了钢 管的生产时间与成本。
[0005] 目前缺乏一种增强焊缝的强度和韧性的钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液及其使用方 法。


【发明内容】

[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种增强焊缝的强度和韧性的钢管直缝埋弧 焊焊缝冷却液及其使用方法。
[0007] 为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：本发明的一种钢管直缝埋弧 焊焊缝冷却液，具体成分质量百分比如下：
[0008] 聚乙烯醇 5~10% 乙二醇 10?15% 丙二醇 1015%
[0009] 甘油 2?5% 硝酸钠 1~3% 氢氧化钾 〇. 5~1% 消泡剂 0. 5?1. 5% 防腐蚀剂 0. 1~1. 5% 其余为去离子水。
[0010] 进一步地，所述防腐蚀剂选自聚磷酸盐、铬酸盐中的一种或两种的组合。
[0011] 进一步地，所述消泡剂选自低泡型非离子表面活性剂、聚醚型非离子表面活性剂 中的一种或两种的组合。
[0012] 本发明所述的钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液的使用方法，包括如下步骤：
[0013] (1)将钢管放置于焊接台车的旋转滚轮上，焊接时焊接台车通过车轮可从左向右 匀速移动；焊接前，通过旋转滚轮调整钢管的位置，使焊缝在坚直方向上与水平面的夹角为 90。；
[0014] ⑵开始焊接，随钢管自左向右移动，焊枪输送焊丝对钢管从右向左进行焊接；冷 却液储存器与冷却液输出管相连接；所述冷却液输出管与焊枪之间间隔为1?2m ;当钢管 移至冷却液输送管位置时，打开冷却液输出管开关，使冷却液均匀流出，对焊缝进行冷却。
[0015] 进一步地，在步骤⑵中，所述冷却液输出管与焊枪之间间隔为1. 5m。
[0016] 有益效果：本发明提高了焊缝的冷却速度，避免焊缝的变形与开裂的出现。同时降 低了焊缝高温停留时间，防止焊缝组织晶粒粗大，提高焊缝的强度和韧性。
[0017] 本发明采用的聚乙烯醇在冷却液刚接触到焊缝开始冷却时，由于焊缝表面的高温 使其从溶解状态转变为析出状态，即从溶液中析出，并在焊缝表面形成一层薄膜，避免了直 接用水冷却时由于冷却过快而出现的焊缝变形与开裂现象。硝酸钠的加入能增加冷却液的 电导率，使薄膜生成的更均匀，从而保证焊缝整体得到均匀冷却。乙二醇、丙二醇、甘油具有 较高的热导率，能有效提高低温时焊缝的冷却速度。氢氧化钾起到调节冷却液PH值的作 用。利用冷却液的热传导与流动带走焊缝的热量，从而提高冷却速度。

【专利附图】

【附图说明】
[0018] 图1为冷却液使用方法的示意图；
[0019] 图2为冷却液使用方法的部分示意图；
[0020] 图3为实施例1中的X80钢管焊缝的金相形貌；
[0021] 图4为对比例中的X80钢管焊缝的金相形貌；
[0022] 其中：1钢管；2焊缝；3冷却液储存器；4冷却液输出管；5焊丝；6焊枪；7焊接台 车；8旋转滚轮；9车轮。

【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图将通过具体实施例对本发明做进一步的具体描述，但不能理解为是 对本发明保护范围的限定。
[0024] 实施例1
[0025] 如图1至图3所示，图3为实施例1的X80钢管焊缝的金相形貌，金相形貌中晶粒 越细小，焊缝组织的强度越高，韧性越好。
[0026] 本发明的一种钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液，具体成分质量百分比如下：
[0027] 聚乙烯醇 5% 乙二醇 15% 丙二醇 15% 甘油 2% 硝酸钠 1% 氢氧化钾 1% 消泡剂 1.5% 防腐蚀剂 〇. 1% 其余为去离子水>3
[0028] 按照上述比例准备各组分，加入到带有搅拌装置、加热功能的反应釜中，调节温度 30°C搅拌至完全溶解，得本发明的冷却液。
[0029] 所述防腐蚀剂为聚磷酸盐和铬酸盐。所述消泡剂为低泡型非离子表面活性剂。
[0030] 本发明所述的钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液的使用方法，包括如下步骤：
[0031] (1)将材质为X80的钢管1放置于焊接台车7的旋转滚轮8上，焊接时焊接台车通 过车轮9可从左向右匀速移动；焊接前，通过旋转滚轮8调整钢管1的位置，使焊缝2在坚 直方向上与水平面的夹角为90° ;
[0032] (2)开始焊接，随钢管自左向右以1. 5m/min的速度移动，焊枪6输送焊丝5对钢管 1从右向左进行焊接；冷却液储存器3与冷却液输出管4相连接；所述冷却液输出管4与焊 枪6之间间隔为lm ;当钢管1移至冷却液输送管4位置时，打开冷却液输出管开关，使冷却 液均匀流出，对焊缝进行冷却。
[0033] 本发明提高了焊缝的冷却速度，避免焊缝的变形与开裂的出现。同时降低了焊缝 高温停留时间，防止焊缝组织晶粒粗大，提高焊缝的强度和韧性。
[0034] 本发明采用的聚乙烯醇在冷却液刚接触到焊缝开始冷却时，由于焊缝表面的高温 使其从溶解状态转变为析出状态，即从溶液中析出，并在焊缝表面形成一层薄膜，避免了直 接用水冷却时由于冷却过快而出现的焊缝变形与开裂现象。硝酸钠的加入能增加冷却液的 电导率，使薄膜生成的更均匀，从而保证焊缝整体得到均匀冷却。乙二醇、丙二醇、甘油具有 较高的热导率，能有效提高低温时焊缝的冷却速度。氢氧化钾起到调节冷却液PH值的作 用。利用冷却液的热传导与流动带走焊缝的热量，从而提高冷却速度。
[0035] 实施例2
[0036] 实施例2与实施例1的区别在于：本发明的一种钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液，具体 成分质量百分比如下：
[0037] 聚乙烯醇 10% 乙二醇 10% 丙二醇 10% 甘油 5% 硝酸钠 3% 氢氧化钾 〇. 5% 消泡剂 〇. 5% 防腐蚀剂 1. 5% 其余为去离子水。
[0038] 按照上述比例准备各组分，加入到带有搅拌装置、加热功能的反应釜中，调节温度 35°C搅拌至完全溶解，得本发明的冷却液。
[0039] 所述防腐蚀剂为铬酸盐。所述消泡剂为聚醚型非离子表面活性剂。
[0040] 本发明所述的钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液的使用方法，包括如下步骤：
[0041] (1)将材质为X70的钢管1放置于焊接台车7的旋转滚轮8上，焊接时焊接台车通 过车轮9可从左向右匀速移动；焊接前，通过旋转滚轮8调整钢管1的位置，使焊缝2在坚 直方向上与水平面的夹角为90° ;
[0042] (2)开始焊接，随钢管自左向右以1. 4m/min的速度移动，焊枪6输送焊丝5对钢管 1从右向左进行焊接；冷却液储存器3与冷却液输出管4相连接；所述冷却液输出管4与焊 枪6之间间隔为1. 5m ;当钢管1移至冷却液输送管4位置时，打开冷却液输出管开关，使冷 却液均匀流出，对焊缝进行冷却。
[0043] 实施例3
[0044] 实施例3与实施例1的区别在于：本发明的一种钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液，具体 成分质量百分比如下：
[0045] 聚乙烯醇 8% 乙二醇 12% 丙二醇 12% 甘油 3% 硝酸钠 2% 氢氧化钾 0. 8% 消泡剂 1% 防腐蚀剂 1% 其余为去离子水。
[0046] 按照上述比例准备各组分，加入到带有搅拌装置、加热功能的反应釜中，调节温度 40°C搅拌至完全溶解，得本发明的冷却液。
[0047] 所述防腐蚀剂为聚磷酸盐。所述消泡剂为低泡型非离子表面活性剂和聚醚型非离 子表面活性剂。
[0048] 本发明所述的钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液的使用方法，包括如下步骤：
[0049] (1)将材质为X60的钢管1放置于焊接台车7的旋转滚轮8上，焊接时焊接台车通 过车轮9可从左向右匀速移动；焊接前，通过旋转滚轮8调整钢管1的位置，使焊缝2在坚 直方向上与水平面的夹角为90° ;
[0050] (2)开始焊接，随钢管自左向右以1. 6m/min的速度移动，焊枪6输送焊丝5对钢管 1从右向左进行焊接；冷却液储存器3与冷却液输出管4相连接；所述冷却液输出管4与焊 枪6之间间隔为2m ;当钢管1移至冷却液输送管4位置时，打开冷却液输出管开关，使冷却 液均匀流出，对焊缝进行冷却。
[0051] 对比例
[0052] 如图4所示，图4为对比例的X80钢管焊缝金相形貌，采用相同焊接参数但未使用 本发明冷却液，包括如下步骤：
[0053] (1)将材质为X80的钢管1放置于焊接台车7的旋转滚轮8上，焊接时焊接台车通 过车轮9可从左向右匀速移动；焊接前，通过旋转滚轮8调整钢管1的位置，使焊缝2在坚 直方向上与水平面的夹角为90° ;
[0054] (2)开始焊接，随钢管自左向右以1. 5m/min的速度移动，焊枪6输送焊丝5对钢管 1从右向左进行焊接。
[0055] 表1和表2为对实施例1与对比例进行焊接的X80钢管，分别从金相形貌、抗拉强 度、夏比冲击功三个方面进行比较的测试结果。
[0056] (1)金相形貌
[0057] 图3与图4分别是使用了本发明冷却液与未使用本发明冷却液的X80钢管焊缝金 相形貌，
[0058] 从图中看出采用本发明冷却液的X80钢管焊缝的组织晶粒尺寸较小，而未采用本 发明冷却液的X80钢管焊缝的组织粗大。
[0059] (2)抗拉强度
[0060] 按GB/T228. 1-2010对两钢管进行取样，使用WAW-1000电液伺服万能试验机进行 抗拉强度测试，结果如表1所示：
[0061] 表 1
[0062]

【权利要求】
1. 一种钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液，其特征在于：具体成分质量百分比如下：
2. 根据权利要求1所述的钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液，其特征在于：所述防腐蚀剂选 自聚磷酸盐、铬酸盐中的一种或两种的组合。
3. 根据权利要求1所述的钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液，其特征在于：所述消泡剂选自 低泡型非离子表面活性剂、聚醚型非离子表面活性剂中的一种或两种的组合。
4. 权利要求1所述的钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液的使用方法，其特征在于包括如下步 骤： (1)将钢管（1)放置于焊接台车（7)的旋转滚轮（8)上，焊接时焊接台车通过车轮（9) 可从左向右匀速移动；焊接前，通过旋转滚轮（8)调整钢管（1)的位置，使焊缝（2)在坚直 方向上与水平面的夹角为90° ; ⑵开始焊接，随钢管自左向右移动，焊枪（6)输送焊丝（5)对钢管⑴从右向左进行 焊接；冷却液储存器（3)与冷却液输出管（4)相连接；所述冷却液输出管（4)与焊枪（6)之 间间隔为1?2m ;当钢管（1)移至冷却液输送管（4)位置时，打开冷却液输出管开关，使冷 却液均匀流出，对焊缝进行冷却。
5. 根据权利要求4所述的钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液的使用方法，其特征在于：在步 骤⑵中，所述冷却液输出管⑷与焊枪（6)之间间隔为I. 5m。
【文档编号】B23K9/18GK104263325SQ201410364331
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】姚正军, 林玉划, 罗西希, 吴小凤, 杨红勤, 张泽磊, 徐尚君 申请人:南京航空航天大学