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压力容器用埋弧焊烧结焊剂的研制宗 琳1,王宗杰2(1 沈阳化工学院机械工程学院,辽宁沈阳110142;2 沈阳工业大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110023)摘 要:介绍了压力容器用埋弧焊烧结焊剂的设计,并配合2种中科院金属所专用焊丝,从力学性能、抗腐蚀性及金相组织等方面进行了对比试验,用扫描电镜分析了断口形貌。
结果表明:所研制烧结焊剂配合2种专用焊丝均得到较高的强度和冲击韧性,尤其是与专用焊丝1#相配合其冲击韧性达到了182 5J。
2者的洛氏硬度值相当,均能满足抗H2S腐蚀性能的要求。
分析了焊缝金属的金相组织和焊缝化学成分对冲击韧性的影响。
熔敷金属的组织主要是针状铁素体和少量的先共析铁素体。
关键词:烧结焊剂;压力容器;焊丝;低温韧性中图分类号:TG423文献标志码:A焊接作为压力容器制造的关键工序,焊接质量的好坏直接影响压力容器的质量,影响其可靠性及安全性。
近年来,随着压力容器向大型化、厚壁发展,对其强度和韧性的要求也逐步提高,因此给埋弧焊焊接材料和焊接质量提出了新的要求。
通过自制烧结焊剂配合2种不同中科院金属所专用焊丝进行一系列试验,包括力学性能、抗腐蚀性试验等,以求得到一种各方面性能均比较优良的焊丝与焊剂的配合。
1 烧结焊剂配方设计1 1 渣系和碱度的选择氟碱型渣系焊剂由于含有较多的碱性氧化物,有利于清除焊缝中的S、P等杂质,而且与SiO2结合有利于降低SiO2的活度,使钢中的Si与O更易形成SiO2,促使焊缝脱氧,减少合金元素的烧损,从而与合适的焊丝配合,有利于提高焊缝的冲击韧度[1]。
焊剂的碱度对低温韧性有很大的影响。
焊缝中的氧化物是降低冲击韧性的主要夹杂物,降低焊缝含氧量可以明显提高其韧性,而焊缝金属的含氧量与焊剂的碱度有关。
碱度越大,焊缝中的含氧量越低,焊缝金属的冲击韧性越高[3]。
但是碱度也不能过高,因为碱度过高又可能使焊接工艺性能变差,难于施焊。
根据国际焊接学会推荐的B W公式(式中用物质的分子式表示其质量分数):B W=[CaO+M gO+K2O+Na2O+0.5(M nO +FeO)+CaF2+BaO]/[SiO2+0.5(T iO2+Zr O2+ Al2O3)]将所研制焊剂的碱度定于2.0~ 2.5之间。
9Ni钢低温储罐烧结焊剂工艺性能配方调整思路埋弧烧结焊剂的配方组成对烧结焊剂的工艺性能有决定性的影响。
本文归纳焊剂研制经验并结合相关理论知识，对9Ni钢低温储罐烧结焊剂研制有重要参考价值。
标签：9Ni钢；埋弧焊；烧结焊剂9Ni钢是指镍含量为9%的中合金钢。
9Ni钢的主要优点包括合金元素含量少、强度较高、处于低温环境（最低温度为-196℃）冲击韧性较好。
此种钢材自20世纪40年代研制成功以来，由于材料的性能良好和价格实惠，已经逐渐得到了广泛的应用。
这种钢自从1960年经过研究证明，在焊后不进行消除应力的情况下仍然满足安全使用的设计要求。
自此，9Ni钢成为了制造大、中型LNG储罐首选材料之一。
1.焊剂中各成分及作用萤石：萤石的主要成分为CaF2，在焊接中起到造气和造渣的作用，具有调整熔渣的熔点和粘度，改善熔渣流动性的作用，并能够降低焊缝金属中氢的含量。
由于镍基合金的流动性较差，通常加入萤石来改善熔渣的流动性，但加入量过多，容易造成电弧不稳定，造成焊缝边缘不规整。
氧化铝：属于高熔点物质，具有调整熔渣的熔点和粘度，提高电弧集中性的作用。
但当其含量过高时，会使熔渣的熔点增高，熔渣粘度增大，导致流动性变差，甚至出现夹渣和咬边等缺陷，影响焊缝成形。
电熔镁砂（MgO）：属于一种强碱性物质，也是一种优良的造渣材料，它对焊缝形状的控制非常重要。
对于碱性渣系，MgO通過对碱度的调节，降低外界的氢元素对焊缝的溶解与扩散，从而提高焊缝金属冲击韧性。
但MgO熔点较高，增大熔渣粘度，提高熔渣凝固温度，抑制渣的流动性使焊缝成形变差，最终造成焊道中央凸起，脱渣困难。
工业碳酸钙：属于一种碱性氧化物，在焊剂中起到造渣和造气的作用，具有较强脱硫和磷的能力。
在焊接过程中，碳酸钙分解释放的气体二氧化碳，一方面可以使熔池的搅拌力度加强，有助于焊接时冶金反应生成的熔渣上浮到熔池表面，避免焊缝产生金属夹杂物；另一方面可以使焊接气氛中氢的分压降低，焊缝中氢含量降低。
