钢管直缝埋弧焊焊缝冷却液及其使用方法

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。

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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

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。

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：

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。

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。

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：

(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，使焊缝在竖直方向上与水平面的夹角为90°；

(2)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。

进一步地，在步骤(2)中，所述冷却液输出管与焊枪之间间隔为1.5m。

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。

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。

附图说明

图1为冷却液使用方法的示意图；

图2为冷却液使用方法的部分示意图；

图3为实施例1中的X80钢管焊缝的金相形貌；

图4为对比例中的X80钢管焊缝的金相形貌；

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

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。

实施例1

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。

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：

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℃ 搅拌至完全溶解，得本发明的冷却液。

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。

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：

(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在竖直方向 上与水平面的夹角为90°；

(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1m；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。

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。

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。

实施例2

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：

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℃ 搅拌至完全溶解，得本发明的冷却液。

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。

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：

(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在竖直方向 上与水平面的夹角为90°；

(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。

实施例3

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：

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℃ 搅拌至完全溶解，得本发明的冷却液。

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。

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：

(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在竖直方向 上与水平面的夹角为90°；

(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。

对比例

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：

(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在竖直方向 上与水平面的夹角为90°；

(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。

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。

(1)金相形貌

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，

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。

(2)抗拉强度

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：

表1

(3)夏比冲击功

按GB/T229-2007对两钢管进行取样，JBS-500型摆锤冲击试验机进行夏比冲击试验，测 试结果如表2所示

表2

上述表1和表2中实施例1与对比例在分别从金相形貌、抗拉强度、夏比冲击功三个方 面进行了比较。金相形貌中晶粒越细小，焊缝组织的强度越高，韧性越好。从图2和图3中 可以得知，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。如表1所示，抗拉强度按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，使用本发明冷却液后钢管焊缝的抗拉 强度得到提高。如表2所示，夏比冲击功按GB/T229-2007对两钢管进行取样，JBS-500型摆 锤冲击试验机进行夏比冲击试验，测试结果可知，使用本发明实施例1的焊缝的冲击功大于 对比例，因此可知使用本发明冷却液可以提高焊缝的韧性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应 该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原 理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护 范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。