高性能埋弧烧结焊剂研制与应用

摘要

随着“西气东输工程”的建设，X80管线钢已经成功应用到“西气东输二线工程”中，与之匹配的焊接材料也研制成功;“西气东输三线工程”已经开工，管道用钢采用X100管线钢，国内部分钢厂已经研制成功，与之匹配的埋弧焊用焊丝的研究已进入试验阶段，并已取得初步成效，但是与之相匹配的烧结焊剂却相对滞后，目前生产的烧结焊剂SJ101-G已经不能满足高强X100管线钢焊接接头的力学性能、焊接工艺等需求，因此需要研发一种新型符合X100管线钢焊接工艺、焊接接头力学性能等要求的烧结焊剂。　　本文主要内容通过改变SJ101-G焊剂中硅酸锰、硅灰石成分，并添加合金剂Ti-Fe、Mn-Fe、硼砂、TiO2等，匹配相同H08C焊丝进行焊接试验，通过分析不同焊剂的焊接工艺性、焊接接头的组织和力学性能，为研制一种新型X100管线钢烧结焊剂提供依据。　　通过金相显微镜、扫描电镜等试验手段对焊接接头的微观组织、冲击断口形貌和熔敷金属的化学成分进行观察与分析，得出以下结论:　　(1)通过SJ101-G烧结焊剂成分的分析，研制出一种新型高性能埋弧烧结焊剂，其主要化学成分含量为:SiO2≤15％、MgO≤30％、Al2O3≤20％、CaF2≤25％、MnO≤8％、CaO≤12％等，总量15～20％的粘结剂组成。　　(2)在高性能埋弧烧结焊剂成分基础上，优化焊剂成分设计，研制出一种新型高性能符合X100管线钢的烧结焊剂，其主要化学成分含量为:SiO2≤13％、MgO≤30％、Al2O3≤20％、CaF2≤25％、MnO≤6％、CaO≤10％、TiO2≤8％、Mn-Fe≤5％、Si-Fe≤5％等，总量15～20％粘结剂组成。　　(3)通过高性能烧结焊剂的焊接试验结果可知，焊后焊缝金属的强度可达到680～720MPa，低温冲击韧性达到110J左右，试验结果基本能够满足X100管线钢焊接接头力学性能要求。　　通过烧结焊剂渣系的选择、碱度的控制、合金剂的添加及焊剂成分的改变等多方面考虑，优化焊剂成分研制出一种符合X100管线钢焊接接头的高强度、高韧性、耐腐蚀等性能的埋弧烧结焊剂。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 高强度管线钢的发展与应用

1．2．1 国外管线钢发展现状与应用

1．2．2 国内管线钢发展现状与应用

1．2．3 X100管线钢的特点

1．3 管线钢焊接材料研究现状

1．3．1 焊剂研究现状

1．3．2 焊丝研究现状

1．4 管线钢焊接材料存在的问题

1．5 研究内容及技术路线

第2章 试验材料与方法

2．1 试验材料

2．1．1 试验普通钢板

2．1．2 试验X100管线钢

2．1．3 试验焊接材料

2．2 焊剂制备工艺

2．3 试验方法

2．3．1 金相组织分析

2．3．2 力学性能测试

2．3．3 断口形貌分析

2．4 小结

第3章 高性能烧结焊剂的制备

3．1 焊剂的性能要求

3．2 焊剂的研究思路

3．3 焊剂的成分设计

3．3．1 渣系选择和碱度控制

3．3．2 成分优化设计

3．3．3 制备工艺过程

3．4 埋弧焊接试验

3．4．1 焊接工艺性

3．4．2 热影响区金相组织

3．4．3 焊缝金相组织

3．4．4 焊缝金属硬度分析

3．4．5 熔敷金属的力学性能

3．4．6 冲击断口分析

3．5 小结

第4章 X100管线钢焊接试验

4．1 焊剂成分优化设计

4．2 焊接试验结果

4．2．1 焊接工艺性

4．2．2 焊缝金属化学成分

4．2．3 金相组织观察与分析

4．2．4 冲击断口形貌分析

4．2．5 焊接接头的力学性能

4．3 小结

第5章 结论

参考文献

致谢