一种镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种焊接材料。本发明也涉及一种焊接材料的制备方法。具体地 说是一种镍基ERNiCrMo-4埋弧焊丝配套用烧结焊剂及制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济腾飞和能源结构的改变，天然气的重要性及其优势愈加显现，加快 天然气的发展已势在必行。我国政府从战略和长远发展的眼光，决定大力开发和运用液化 天然气。目前，已规划和正在实施的项目有：西气东输、海南117油气田的开发和东海地区 天然气的探测及开发，工程包括建立天然气的液化中转站、液化天然气（LNG)的运输、建造 大型LNG船舶和大型LNG储罐。我国沿海地区正在计划筹建10万m3以上的大型LNG储 罐。这是一项耗资巨大，技术难度较高的建设工程，由于LNG储罐的工作温度级别-196°C， 必须采用9% Ni低温钢，9Ni钢焊接材料熔敷金属力学性能指标一般包括屈服强度、抗拉 强度、伸长率和冲击吸收功，此外还要考虑焊接材料的低温韧性、焊缝金属熔化温度和热热 膨胀系数。9Ni钢在电弧焊中常用的焊接材料有4种，即W(Ni) =11%的铁素体型、W(Ni) =13 %和W(Cr) = 16 %的奥氏体不锈钢型、W(Ni) >60 %的Ni-Cr-Mo系合金和W(Ni)= 40 %的Fe-Ni-Cr系合金。这4种焊接材料在工程上都有应用，从塑韧性和热膨胀两方面 考虑，Ni-Cr-Mo系和Fe-Ni-Cr系合金都是焊接9Ni钢最适合的焊材。虽然高Ni合金焊材 将增加成本，但使用高Ni合金焊材时接头低温韧性高、抗冷裂纹性能好，线膨胀系数与9Ni 钢接近、不需要进行焊前预热和焊后热处理，高Ni焊材是解决性能和结构完整性等首要问 题的最适合的选择，现在配套用于9Ni钢的焊材主要依靠进口，目前国内9Ni钢焊接采用 ERNiCrMo-4焊丝配SMC的INC0FLUX 9、林肯的P2000或伯乐的MARATHON 104焊剂焊接，目 前国内暂无 ERNiCrMo-4焊丝配套烧结焊剂的相关报道。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种可与ERNiCrMo-4埋弧焊丝配套使用，适用于交直流 两用的平焊和横焊，综合力学性能优良的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂。本发明的目的还 在于提供一种镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂的制备方法。
[0004] 本发明的目的是这样实现的：
[0005] 本发明的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂各组分的重量比组成为CaF2:25_40%、 BaF2:3-15%、SiO2:5-25%、Al2O3:20-40%、CaO: 5-22%和水玻璃：20-30%。
[0006] 本发明的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂的组分还可以包括不超过7%的合金剂。 所述的水玻璃为模数为2. 6、K:Na = 1:1的钾钠水玻璃。
[0007] 各组分的优选重量比组成为 CaF2:30-40 %、SiO 2:8-16 %、Al2O3:25-35 %。
[0008] 本发明的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂的制备方法为：按照重量比组成为CaF2: 25-40%、BaF2:3-15%、SiO2:5-25%、Al2O 3:20-40%和 CaO:5-22% 的比例将各组分混合均 匀后，加入20-30%模数为2. 6的钾钠水玻璃，K:Na = 1:1，经过200±20°C低温烘干Ih后 再经过780±30°C高温烧结lh，过筛后随炉冷却，制成成品焊剂。
[0009] 本发明提供了一种配合ERNiCrMo-4焊丝焊接9Ni钢的烧结焊剂，可用于LNG储罐 的焊接，适用于交直流两用的平焊和横焊，并且各项力学性能和工艺性能均达到使用要求。
[0010] 本发明的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂主要由CaF2、BaF2、Si0 2、Al203、Ca0及合金 剂制成。BaF2、CaF2、A1203等为主要造渣矿物质，同时加入了改善脱渣性的物质Si02、Ca0 及其它合金等，加入了用于调节焊缝金属机械性能的合金，Mn等。本发明所涉及的焊剂为 低氢型碱性埋弧型烧结焊剂。以氟化物和硅酸盐为主，同时加入了少量的合金。
[0011] I. CaF2:主要作用是起到造渣、脱硫作用。同时CaF2过低，焊剂脱渣性能下降，熔渣 粘度增大，成型不良，搭接过程中出现咬边现象，CaF2S高降低焊缝金属成型，电弧形式不 明显和不稳定，为此要合理控制在CaF2:25-40%
[0012] 2. 3102:主要作用是脱渣，改善工艺性能，但是含量过多的时候，使氧化性增强，加 大堆焊层合金元素的烧损，降低堆焊金属的力学性能和腐蚀性能，同时过多的SiO2也将会 导致焊缝金属增硅，为此3102优选含量控制在8-16%。
[0013] 3. Al2O3:主要作用是脱渣，属于中性氧化物，提高熔渣的碱度，但是Al2O 3熔点较 高，加入过高，提高熔渣凝固温度，抑制渣的流动性，加入量超过40%时候，会使焊道成型变 差，脱渣困难。当含量过低时，熔渣的熔点和粘度较低，覆盖性较差，焊道波纹较粗。
[0014] 4. CaO:主要作用是造渣，改善焊缝成形，防止咬边，对脱渣有一定的好处，对防止 飞溅有一定好处，同时CaO具有脱S的作用，可以改善镍基堆焊金属的纯净度，但含量过高 会影响焊缝成型，脱渣困难。
[0015] 5. BaF2:主要作用是改善焊缝成型，稳定电弧的作用。
[0016] 合金剂：主要作用是脱氧和补充合金烧损，同时加入一定量的合金为了降低镍基 裂纹敏感性，改善金属的力学性能。
[0017] 本发明的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂的主要优点体现在：
[0018] (1)焊接工艺性能优良，焊接时电弧稳定，渣壳自动翘起容易脱落、无粘渣现象。
[0019] (2)焊缝成型美观，表面光亮无氧化色。
[0020] (3)可与ERNiCrMo-4埋弧焊丝配套使用，适用于交直流两用的平焊和横焊，综合 力学性能优良。
[0021] (4)可与ERNiCrMo-4埋弧焊丝配套使用，熔敷金属化学成分易于控制，抗晶间腐 蚀性能优良。
【具体实施方式】
[0022] 下面举例对本发明做详细描述。
[0023] 按照表1所给出的焊剂成分，将CaF2、BaF2、Si0 2、A1203、CaO和合金剂混合均匀 后，加入模数为2.6的钾钠水玻璃，1(:似=1:1，经过200±20°(：低温烘干111后再经过 780±30°C高温烧结lh，过筛后随炉冷却，制成成品焊剂，焊剂颗粒度一般要求10-60目。
[0024] 采用ERNiCrMo-4焊丝配合本发明烧结焊剂进行试验熔敷金属化学成分和力学性 能分别列于表2和表3。
[0025] 表1焊剂成分具体配比
[0026]
[0027] 表2熔敷金属化学成分
[0029] 表3熔敷金属力学性能
【主权项】
1. 一种镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂，其特征是：各组分的重量比组成为CaF2: 25-40 %、BaF2:3-15 %、SiO2:5-25 %、Al2O3:20-40 %、CaO: 5-22 %和水玻璃：20-30 %。2. 根据权利要求1所述的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂，其特征是：还包括不超过7% 的合金剂。3. 根据权利要求1或2所述的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂，其特征是：所述的水玻 璃为模数为2. 6、K:Na= 1:1的钾钠水玻璃。4. 根据权利要求1或2所述的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂，其特征是：CaF2为 30-40 %、SiO2S8-16%、Al203为 25-35 %。5. 根据权利要求3所述的镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂，其特征是：CaF2S30-40%、 SiO2S8-16%、Al203为 25-35 %。6. -种镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂的制备方法，其特征是：按照重量比组成为CaF2: 25-40%、BaF2:3-15%、SiO2:5-25%、Al2O3:20-40%和CaO:5-22% 的比例将各组分混合均 匀后，加入20-30%模数为2. 6的钾钠水玻璃，K:Na= 1:1，经过200±20°C低温烘干Ih后 再经过780±30°C高温烧结lh，过筛后随炉冷却，制成成品焊剂。
【专利摘要】本发明涉及的是一种镍基埋弧焊丝配套用烧结焊剂及制备方法。按照重量比为CaF2：25-40％、BaF2:3-15％、SiO2:5-25％、Al2O3:20-40％和CaO:5-22％的比例将各组分混合后，加入20-30％模数为2.6的钾钠水玻璃，K:Na＝1:1，经过200±20℃低温烘干1h后再经过780±30℃高温烧结1h，过筛后随炉冷却，制成成品焊剂。本烧结焊剂与ERNiCrMo-4埋弧焊丝配套使用，焊接工艺性能优良，焊接时电弧稳定，渣壳自动翘起容易脱落、无粘渣现象。焊缝成型美观，表面光亮无氧化色。适用于交直流两用的平焊和横焊，综合力学性能优良。熔敷金属化学成分易于控制，抗晶间腐蚀性能优良。
【IPC分类】B23K35/362, B23K35/40
【公开号】CN105215577
【申请号】CN201510607741
【发明人】徐锴, 陈佩寅, 陈波, 魏涛, 冯伟, 胡晓波, 张学刚, 陈燕, 孙婷婷, 王庆江
【申请人】机械科学研究院哈尔滨焊接研究所, 哈尔滨威尔焊接有限责任公司
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年9月22日