[0015] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0016] 本发明提供一种X100管线钢埋弧焊用高焊速烧结焊剂，按重量百分比该材料由以下组分组成：19%~25%的CaF2，25%~29%的MgO，5%~8%的CaO，21%~25%的Al2O3，4%~8%的MnO，1%~2.5%的SiFe，0.8%~1.2%的Re，余量为SiO2，以上各组份的质量百分比总和为100%。
[0017] 本发明还提供上述焊剂的制备方法，按照以下步骤实施：
[0018] 1）称取如下矿物粉料：萤石、电熔镁、硅灰石、铝矾土、锰矿、SiFe及轻稀土氧化物；
[0019] 2）将称取的各物质置于同一容器中，进行混合，使得按照质量百分比各物质含量为：19%~25%的CaF2，25%~29%的MgO，5%~8%的CaO，21%~25%的Al2O3，4%~8%的MnO，1%~2.5%的，0.8%~1.2%的Re，余量为SiO2，以上各组份的质量百分比总和为100%；
[0020] 其中SiO2是通过矿物粉携带加入，且焊剂成品中SiO2含量应不大于20%。
[0021] 3）混合均匀后，按全部组分质量的22%~25%加入粘结剂，进行湿搅拌均匀，使之成为半固态，然后在容器盆中来回搓动成粒，并通过8目的筛子，之后在室温通风条件下放置4~6小时，然后进行烘干，烘干温度为250℃，烘干后，再放入烧结炉中在750℃~900℃的温度下进行烧结，烧结时间不小于2小时，烧结好后通过8~40目的筛子过筛，便得到焊剂。
[0022] 在本发明焊剂的组分中：
[0023] CaF2的熔点较低，具有稀释熔渣的作用，会降低熔渣的熔点，从而提高熔渣的导电性和流动性，CaF2在焊接中发生分解反应，生成的[F]捕捉熔渣中还原反应而产生的[O]，抑制[O]向熔敷金属中过渡，从而降低熔敷金属中的[O]氧含量，并且降低了电弧气氛中的[H]分压，改善焊缝的塑性和韧性以及焊接工艺性能，在本发明中CaF2的含量应控制在19%~25%之间。
[0024] MgO是碱性氧化物，作为调整熔渣的碱度而加入的，具有提高熔敷金属冲击韧性、降低扩散氢含量的作用。MgO的熔点较高，提高熔渣的粘度，抑制了熔渣的流动性，但当加入量超过30%时，会使焊缝成型能力变差。MgO也是稳定的氧化物，不易分解，具有增大熔渣表面张力的作用，本发明中MgO含量控制在25%~29%。
[0025] Al2O3是一种稳定的中性氧化物，是焊剂成分常用的玻璃体造渣材料，其熔点为2050℃，具有提高电弧集中性的作用，对Mn和Si的氧化作用很小，可以有效抑制CO气孔。
随着A12O3的增加，脱渣越来越好，但焊缝表面呈蓝色，渣上气孔也越来越多，焊缝表面易出现麻点。同时Al2O3是熔渣粘度的调整剂，能调整熔渣的流动性，Al2O3具有增大熔渣表面张力的作用，所以加入量过多时，不利于改善脱渣，所以，将其含量控制在21%~25%之间。
[0026] CaO是高碱度烧结焊剂的主要造渣剂，对S、P的结合能力较强，可以排除焊缝金属中S、P的含量。在本发明中CaO以硅灰石的形式加入，代替加入CaCO3焊接时分解析出CO2带来的弊病，其加入量控制在5%~8%之间较好。
[0027] MnO是以调整熔敷金属中的含Mn量为目的而添加的，其降低熔渣熔点，改善熔渣的流动性，有利于焊缝成形，降低表面张力，对于脱渣和熔敷金属的韧性有着重要的影响，但MnO常以以锰矿、富锰渣、以及硅酸锰的形式加入，这些原料一般含有较高S、P含量，因此，本发明中其加入量控制在4%~8%。
[0028] Si是作为脱氧元素加入焊缝金属的，它缩小γ相区，是稳定α铁素体的元素，对Ms点几乎没有影响。尤其当Mn、Si同时存在时，对焊缝金属组织和性能都有重大的影响；随着Mn-Si含量的增加，可使连续冷却的相变温度逐渐降低、组织细化。但Si显著提高珠光体相变温度，是奥氏体转变移向较高的温度，促使了先共析铁素体的析出对韧性不利，但硅含量的降低，减少了马氏体和奥氏体的数量，有效地提高了焊缝的韧性，因此焊缝中应控制Si的含量。参阅相关资料及试验得出其含量应控制在1~2.5%，并以SiFe的形式加入。
[0029] Re在焊缝金属中起到净化杂质、变质夹杂和微合金化作用，更多的是有利于改善韧塑性，可综合发挥Mo、Ti、B的强化效果和Re改善韧塑性的作用。轻稀土元素加入焊缝之后，会富集在硅酸盐夹杂物中，使夹杂物球化，并以弥散状态分布，从而有利于AF的形核，抑制了PF，使焊缝组织得到细化。稀土是很强的脱氧剂，在焊接中除使用稀土脱氧外，还使稀土起脱氮、吸氢、合金化及孕育剂等作用，降低熔敷金属的扩散氢含量，从而提高了焊缝金属的抗裂性能，提高熔敷金属低温冲击韧性。但当焊缝中稀土元素加入量过多时,会污染焊缝晶界，使之失去抑制晶界先共析铁素体的作用，从而降低了焊缝金属的低温冲击韧性。因此，稀土的加入量应控制在0.8~1.2%之间。
[0030] 本发明焊剂与H03MnNi3MoTiB焊丝匹配使用，进行平板对接Y型坡口双丝双面焊接，前丝Φ4.0，后丝Φ3.2，焊速为1.75m/min，焊接工艺性能优异，且所得熔敷金属强度高，低温韧性好，焊缝强度和韧性完全能与高强度管线钢的母材匹配。
[0031] 本发明具有以下特点：
[0032] 1）本发明的原料大都易于获得，原料来源渠道多，所需原料都是国内储备较丰富的原料；
[0033] 2）本发明与H03MnNi3MoTiB焊丝匹配，用于国产X100级管线钢焊接得到的焊缝性能如下：
[0034] a．焊缝的抗拉强度σb≥720Mpa，冲击韧性（-10℃）平均值≥185J，剪切面积（-10℃）平均值≥88%；
[0035] b．焊缝的组织为块状铁素体（QF）复合粒状贝氏和弥散分布的黑色点状析出物，其中大量为铁素体；
[0036] 3）本发明与H03MnNi3MoTiB焊丝匹配，具有良好的工艺性能。在X100高钢级，15mm以上大壁厚钢管焊接中，焊速可达1.6~1.8m/min，内、外焊道亮度较好，铺展、脱渣均较好；
[0037] 4）采用本发明焊剂施焊能适应高级别管线钢双丝、双面及大线能量下焊接的工艺特点。
[0038] 实施例1
[0039] 按照质量百分比用天平分别称取25%的CaF2，29%的MgO，5%的CaO，25%的Al2O3，8%的MnO，2.5%的SiFe，0.8%的Re，余量为SiO2，以上各组份的质量百分比总和为100%。
[0040] 按配方用天平分别称出所需原材料置于同一容器中，各粉剂混合均匀后，加入25%的粘结剂（K-Na混合型水玻璃），进行湿搅拌均匀成为半固态，将搅拌均匀的湿料在容器盆中来回搓动成粒，并通过8目的筛子，将造好粒的焊剂，在室温通风条件下放置5小时，进行晾干。然后放入烘干炉中进行烘干，温度控制在250℃，烘干后，将焊剂放入烧结炉中加热到900℃，烧结时间不小于2小时，烧结好的焊剂通过30目的筛子过筛便得到成品焊剂。
[0041] 该实施例制成的焊剂材料与H03MnNi3MoTiB焊丝匹配，焊接15.3mm的X100级管线钢，采用美国林肯焊机，双丝、双面焊接，正面焊完后反面清理焊接，Y型坡口，内坡口60±3°；外坡口90±3°，其中前丝Φ4.0，后丝Φ3.2，焊速为1.75m/min，所得焊缝组织参见图1。
[0042] 具体焊接工艺参数如下表所示：
[0043]
[0044] 焊接接头力学性能如下表所示：
[0045]
[0046] 熔敷金属力学性能如下表所示：
[0047]
[0048] 实施例2
[0049] 按照质量百分比用天平分别称取23%的CaF2，26%的MgO，6%的CaO，23%的Al2O3，6%的MnO，2%的SiFe，1%的Re，余量为SiO2，以上各组份的质量百分比总和为100%。
[0050] 按配方用天平分别称出所需原材料置于同一容器中，各粉剂混合均匀后，加入23%的粘结剂（K-Na混合型水玻璃），进行湿搅拌均匀成为半固态，将搅拌均匀的湿料在容器盆中来回搓动成粒，并通过8目的筛子，将造好粒的焊剂，在室温通风条件下放置4小时，进行晾干。然后放入烘干炉中进行烘干，温度控制在250℃左右，烘干后，将焊剂放入烧结炉中加热到750℃，烧结时间不小于2小时，烧结好的焊剂通过40目的筛子过筛便得到成品焊剂。
[0051] 该实施例制成的焊剂材料与H03MnNi3MoTiB焊丝匹配，焊接15.3mm的X100级管线钢，采用美国林肯焊机，双丝、双面焊接，正面焊完后反面清理焊接，Y型坡口，内坡口60±3°；外坡口90±3°，其中前丝Φ4.0，后丝Φ3.2，焊速为1.75m/min，所得焊缝组织参见图2，具体焊接工艺参数如下表所示：
[0052]
[0053] 焊接接头力学性能如下表所示：
[0054]
[0055] 熔敷金属力学性能
[0056]
[0057] 实施例3
[0058] 按照质量百分比用天平分别称取19%的CaF2，25%的MgO，8%的CaO，21%的Al2O3，4%的MnO，1%的SiFe，1.2%的Re，余量为SiO2，以上各组份的质量百分比总和为100%。
[0059] 按配方用天平分别称出所需原材料置于同一容器中，各粉剂混合均匀后，加入22%的粘结剂（K-Na混合型水玻璃），进行湿搅拌均匀成为半固态，将搅拌均匀的湿料在容器盆中来回搓动成粒，并通过8目的筛子，将造好粒的焊剂，在室温通风条件下放置6小时，进行晾干。然后放入烘干炉中进行烘干，温度控制在250℃左右，烘干后，将焊剂放入烧结炉中加热到800℃，烧结时间不小于2小时，烧结好的焊剂通过8目的筛子过筛便得到成品焊剂。
[0060] 该实施例制成的焊剂材料与H03MnNi3MoTiB焊丝匹配，焊接15.3mm的X100级管线钢，采用美国林肯焊机，双丝、双面焊接，正面焊完后反面清理焊接，Y型坡口，内坡口60±3°；外坡口90±3°，其中前丝Φ4.0，后丝Φ3.2，焊速为1.70m/min，所得焊缝组织参见图3。
[0061] 具体焊接工艺参数如下表所示：
[0062]
[0063] 焊接接头力学性能如下表所示：
[0064]
[0065] 熔敷金属力学性能如下表所示：
[0066]
