一种用于x90管线钢焊接的药芯焊丝及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属焊接材料技术领域，具体涉及一种用于X90管线钢焊接的药芯焊 丝，本发明还涉及该药芯焊丝的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着石油、天然气的需求在全球范围内持续增长，提高输送效率、降低铺设管线费 用成为全球经济中的重要一环，因此高等级管线钢将成为油气管线铺设的主要用钢。因此 研制与之相匹配焊接材料和成套工艺技术及产品开发的问题成为重中之重。研制出焊接工 艺性能好、力学性能优、施工效率高以及能满足全位置焊接施工的自保护药芯焊丝将极大 解决匹配焊材的开发问题。目前X90只是小范围的应用，市场没有与它相匹配的药芯焊丝， 而且大多利用埋弧焊焊接，很难进行野外作业。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种用于X90管线钢焊接的药芯焊丝，该药芯焊丝具有自保 护效果；起弧及稳弧性能良好，飞溅颗粒细小，焊后熔渣覆盖均匀，脱渣容易，焊缝成型细致 美观。
[0004] 本发明的另一个目的是提供一种用于X90管线钢焊接的药芯焊丝的制备方法。
[0005] 本发明所采用的技术方案是，一种用于X90管线钢焊接的药芯焊丝，包括药芯和 外皮，药芯按质量百分比由以下组分组成：氟化物30 %~55 %，氧化物10 %~20 %，碳酸盐 2%~5%，Al-Mg合金粉7%~10%，镍粉8%~15%，铬粉0· 5%~2. 5%，钼粉3%~6%， 铜粉1 %~3%，电解金属锰10%~15%，铌铁1 %~4%，钛铁0· 5%~L 5%，硅铁2%~ 4%，各组分的质量百分比之和为100%。
[0006] 本发明的特点还在于，
[0007] 氟化物为氟化钡和氟化锂以质量比为6 :1组成的混合物。
[0008] 氧化物为氧化镁、三氧化二铝、氧化钛和二氧化娃的混合物。
[0009] 碳酸盐为碳酸钠。
[0010] 本发明所采用的另一个技术方案是，一种用于X90管线钢焊接的药芯焊丝的制备 方法，具体步骤如下：
[0011] 步骤1，按照质量百分比分别称取氟化物30 %~55 %，氧化物10 %~20 %，碳酸盐 2%~5%，Al-Mg合金粉7%~10%，镍粉8%~15%，铬粉0· 5%~2. 5%，钼粉3%~6%， 铜粉1 %~3%，电解金属锰10%~15%，铌铁1 %~4%，钛铁0· 5%~L 5%，硅铁2%~ 4%，各组分的质量百分比之和为100% ;
[0012] 步骤2,将氟化物、氧化物和碳酸盐在混粉机中进行干混处理后放进喷雾式造粒机 中，用水做粘结剂进行造粒，颗粒粒径控制在2~3mm ;
[0013] 步骤3,将步骤2得到的颗粒经过烧结后破碎，筛选出粒度为60~100目的药粉；
[0014] 步骤4,将步骤3得到的药粉与Al-Mg合金粉、镍粉、铬粉、钼粉、铜粉、电解金属锰、 铌铁、钛铁、硅铁混合均匀得到药芯粉末；
[0015] 步骤5,将步骤4得到的药芯粉末放在药芯焊丝生产设备加料机上，将尺寸 14X 0. 6 (mm)的普通低碳冷轧钢带防在放带机上，经过钢带清洗设备，进行碱洗、温水清洗、 烘干处理后进行轧U型槽与加粉操作，控制填充率14. 5~15. 5%，随后通过成型机进行钢 带合口，形成直径4. Omm的焊丝；
[0016] 步骤6，将步骤5得到的焊丝在进粗拉设备，经过6道减径处理，然后在精拉生产线 的放线机上，进行9级减径的精拉处理，得到直径I. 2mm的焊丝。
[0017] 本发明的特点还在于，
[0018] 步骤1中氟化物、氧化物和碳酸盐，在称取前在250°C下烘I. 5h ;A1-Mg合金粉、镍 粉、铬粉、钼粉、铜粉、电解金属锰、铌铁、钛铁、硅铁，在称取前在150°C下烘I. 5h。
[0019] 步骤1中氟化物为氟化物为氟化钡和氟化锂以质量比为6 :1组成的混合物；氧化 物为氧化镁、三氧化二铝、氧化钛和二氧化硅的混合物；碳酸盐为碳酸钠。
[0020] 步骤2中干混处理时间为0· 5~0· 8h。
[0021] 步骤3中烧结温度为700~750°C，时间为0. 5~0. 8h。
[0022] 本发明的有益效果是，
[0023] 1.本发明用于X90管线钢焊接的药芯焊丝，通过控制脱氮、氧剂（Al-Mg合金粉、锰 铁）的加入，再配以氟化物及碳酸盐的造渣、造气功能，达到很好的渣-气-金三位一体的 自保护效果；起弧及稳弧性能良好，熔池流动性好，飞溅颗粒细小，焊后熔渣覆盖均匀，脱渣 容易，焊缝成型细致美观。
[0024] 2.本发明用于X90管线钢全位置焊接的焊丝的制备方法，药粉经预处理后，颗粒 度较为均匀，矿物粉的比重得到很大提高，药粉的填充率能够很好的控制，同时，药粉的流 动性较好，生产出来的焊丝药粉均匀，性能稳定。
【附图说明】
[0025] 图1是使用本发明实施例1制备的焊丝焊接后焊缝中心的金相组织图；
[0026] 图2是使用本发明实施例2制备的焊丝焊接后焊缝中心的金相组织图；
[0027] 图3是使用本发明实施例3制备的焊丝焊接后焊缝中心的金相组织图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0029] 本发明用于X90管线钢焊接的药芯焊丝，包括药芯和外皮，药芯按质量百分比由 以下组分组成：氟化物30 %~55 %，氧化物10 %~20 %，碳酸盐2 %~5 %，Al-Mg合金粉 7%~10%，镍粉8%~15%，铬粉0.5%~2. 5%，钼粉3%~6%，铜粉1 %~3%，电解金 属锰10%~15%，铌铁1 %~4%，钛铁0. 5%~1. 5%，硅铁2%~4%，各组分的质量百分 比之和为100%。
[0030] 氟化物为氟化钡和氟化锂以质量比为6 :1组成的混合物。
[0031 ] 氧化物为氧化镁、三氧化二铝、氧化钛和二氧化娃的混合物。
[0032] 碳酸盐为碳酸钠。
[0033] 上述用于X90管线钢焊接的药芯焊丝的制备方法，具体步骤如下：
[0034] 步骤I，按照质量百分比分别称取氟化物30 %~55 %，氧化物10 %~20 %，碳酸盐 2%~5%，Al-Mg合金粉7%~10%，镍粉8%~15%，铬粉0· 5%~2. 5%，钼粉3%~6%， 铜粉1 %~3%，电解金属锰10%~15%，铌铁1 %~4%，钛铁0· 5%~L 5%，硅铁2%~ 4%，各组分的质量百分比之和为100% ;
[0035] 其中氟化物、氧化物和碳酸盐，在称取前在250°C下烘I. 5h ;A1-Mg合金粉、镍粉、 铬粉、钼粉、铜粉、电解金属锰、铌铁、钛铁、硅铁，在称取前在150°C下烘I. 5h ;
[0036] 氟化物为氟化钡和氟化锂以质量比为6 :1组成的混合物；氧化物为氧化镁、三氧 化二铝、氧化钛和二氧化硅的混合物；碳酸盐为碳酸钠；
[0037] 步骤2,将氟化物、氧化物和碳酸盐在混粉机中进行干混处理0. 5~0. 8h后放进喷 雾式造粒机中，用水做粘结剂进行造粒，颗粒粒径控制在2~3mm ;
[0038] 步骤3,将步骤2得到的颗粒经过烧结温度为700~750°C，时间为0. 5~0. 8h，然 后破碎，筛选出粒度为60~100目的药粉；
[0039] 步骤4,将步骤3得到的药粉与Al-Mg合金粉、镍粉、铬粉、钼粉、铜粉、电解金属锰、 铌铁、钛铁、硅铁混合均匀得到药芯粉末；
[0040] 步骤5,将步骤4得到的药芯粉末放在药芯焊丝生产设备加料机上，将尺寸 14X 0. 6 (mm)的普通低碳冷轧钢带防在放带机上，经过钢带清洗设备，进行碱洗、温水清洗、 烘干处理后进行轧U型槽与加粉操作，控制填充率14. 5~15. 5%，随后通过成型机进行钢 带合口，形成直径4. Omm的焊丝；
[0041] 步骤6，将步骤5得到的焊丝在进粗拉设备，经过6道减径处理，然后在精拉生产线 的放线机上，进行9级减径的精拉处理，得到直径I. 2mm的焊丝。
[0042] 本发明中使用大量的氟化物（30%~55% )作为造气、造渣剂，其主要成分是BaF2 和LiF。Ba的化合物在焊接过程中可以支持很短的电弧，LiF作为一种氟化物，除了具有降 低熔渣粘度和熔点，增加熔渣流动性的作用之外，其最主要的作用是稳定电弧。
[0043] 氧化物（MgO、A1203、Ti02、SiO 2)，是自保护药芯焊丝渣系中非常重要的一种组分， 对焊接工艺性能和力学性能的改善有很重要的作用。
[0044] Al2O3能够调整熔渣的粘度，改善熔渣的流动性，使焊缝波纹细密。但当Al 203含量 超过5%时，熔渣粘度也会升高，粘度过高，焊缝易产生咬边。
[0045] MgO、Ti02、Si02i要是调节碱度，提高焊缝的工艺性能及力学性能。
[0046] Al-Mg合金是自保护药芯焊丝中常用的脱氧剂。因此Mg的加入可以减少Al的加 入量，从而利于控制熔敷金属中Al的含量。合金中Mg的沸点较低，在焊接电弧的作用下产 生Mg蒸汽，能够降低电弧气氛中的氮分压，但是用量过大会产生很大的烟尘，并且使飞溅 增大。Al具有脱氧、固氮作用，是常用的脱氧剂和固氮剂，可以有效防止焊缝中气孔的产生， 起到很好的保护作用。所以，Al-Mg的加入量应控制在7~12%范围内。
[0047] Mn是奥氏体化稳定元素，能够降低奥氏体向铁素体转变的温度。焊缝金属中的Mn 充当固溶强化组元，在Mn < 2. 0%的范围内，随着Mn含量的增加，针状铁素体的数量增加， 先共析铁素体和侧板条铁素体的数量减少，并且使针状铁素体的晶粒度变得更加细小，Mn 提高焊缝金属韧性的同时，还可提高焊缝金属的强度。焊丝中的Mn还可以起到脱氧的作 用，而且能够与硫反应生成稳定的MnS，从而降低低熔点相FeS的生成，有利于提高焊缝金 属的抗热裂纹及层状撕裂的能力。焊缝中Mn的含量对焊缝金属的力学性能有很大的影响， 随Mn含量的增加，焊缝金属的屈服强度和拉伸强度呈线性增加，每增加0.0 l % Mn可使焊缝 的屈服强度及拉伸强度增加 lOMPa，虽然Mn并不增加焊缝金属的室温冲击韧性，但却显著 降低脆性转变温度。
[0048] Ni是奥氏体稳定化元素，Ni无限固溶于γ-Fe，在焊缝金属中也起固溶强化作用， 能增加针状铁素体析出，细化组织。Ni的作用与Mn相似，只是较Mn的作用弱，是弱强化合 金元素。在焊缝金属的整个冷却速度范围内，Ni都可以使相变温度降低，并使侧板条铁素 体开始转变温度降低程度明显大于针状铁素体开始转变温度的降低。在焊缝金属中含有Mn 时，Ni的这种效果更有利于针状铁素体的形成。
[0049] Cr是强烈形成并稳定铁素体的元素，在碳钢的基础上加入足够量的铬，既可使钢 在氧化性介质中产生一种与基体组织牢固结合的铬铁氧化物（FeCr