CN101518860A - 一种带极埋弧堆焊烧结焊剂 - Google Patents

一种带极埋弧堆焊烧结焊剂 Download PDF

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Abstract

一种带极埋弧堆焊烧结焊剂，属于焊接材料技术领域：其化学成分按重量百分比：CaF2：3.0～12.0％，SiO2：20.0～40.0％，MnO：0～2.0％，Al2O3：9.0～30.0％，MgO：15.0～35.0％，CaO：1.0～15.0％，NaF：0～1.5％，ZrO2：0～5.0％，合金剂：1.0～5.0％，余量为不可避免的杂质；本发明的带极埋弧堆焊烧结焊剂成分设计合理，既保证堆焊层优异的耐腐蚀性能，又具有较宽焊接参数，特别适用于不锈钢带的耐腐蚀层堆焊。

Description

一种带极埋弧堆焊烧结焊剂
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种可用于核反应堆、石油加氢反应器、化肥合成塔等压力容器内衬大面积堆焊的带极埋弧堆焊烧结焊剂。
背景技术
随着石油、化工和核工业的发展，对厚壁压力容器的需求大增。这类容器在高温高压环境下运行，多数受到介质的腐蚀，因此要求焊剂具有足够的耐蚀性。由于容器壁厚较大，如果整体采用不锈钢制造，既不经济且难度又大，所以目前普遍采用的制造方法是在低合金锻造或厚板卷制的容器内壁进行不锈钢堆焊，使容器既具有满足要求的耐压性能，又具备优良的耐腐蚀性能。
现有带极堆焊工艺主要有两种，分别是带极埋弧堆焊和带极电渣堆焊。对于带极埋弧堆焊而言，由于堆焊过程为电弧过程，钢带熔化靠焊接电弧产生的热量来完成，焊接参数范围较宽，所以该工艺对焊接设备等要求较为简单，堆焊焊缝具有一定的熔深，堆焊层与基材层结合较为紧密，不易出现氢剥离现象。对于带极电渣堆焊来说，由于焊接过程为电渣过程，钢带熔化靠电流通过先期熔融焊渣产生的电阻热来完成，该工艺要求焊接参数稳定，不能有太大波动，所以对焊接设备要求较高，同时由于电渣过程焊缝熔深较浅，易出现未熔合、夹渣等缺陷，对于堆焊层来说，后续使用过程中易出现氢剥离现象。所以在一般场合应用带极堆焊时，普遍采用带极埋弧堆焊。
带极埋弧堆焊用焊剂目前有两种类型，即烧结型和熔炼型。烧结型焊剂由于具有较小的松装比，且焊剂中可以添加适当的合金剂，所以焊接过程中消耗焊剂量较少，堆焊层化学成分易于满足要求，同时通过适当控制原材料可以减小堆焊层的增碳、硫、磷作用；熔炼型焊剂由于其氧化性较大，易造成堆焊层有效化学成分不足、增碳，特别是进行含铌钢带堆焊时由于铌的氧化而造成脱渣困难。现有产品有HJ260、HJ107等，均存在上述情况。
发明内容
鉴于目前极埋弧堆焊用焊剂存在的上述缺陷，本发明的目的是提出一种带极埋弧堆焊烧结焊剂，该带极埋弧堆焊烧结焊剂成分设计合理，既保证堆焊层优异的耐腐蚀性能，又具有较宽焊接参数的带极埋弧堆焊烧结焊剂。
本发明的构成包括下述部分组成：
焊剂化学成分按重量百分比：CaF2：3.0～12.0％，SiO2：20.0～40.0％，MnO：0～2.0％，Al2O3：9.0～30.0％，MgO：15.0～35.0％，CaO：1.0～15.0％，NaF：0～1.5％，ZrO2：0～5.0％，合金剂：1.0～5.0％，余量为不可避免的杂质。
在本发明的焊剂化学成分中，我们对各种组分的限定理由分别叙述如下：
CaF2：主要作用为造渣剂、脱硫和去氢成分。熔化后能与SiO2等反应生成SiF4气体，有助于排除电弧区中的氢气，减小产生气孔的机会；由于熔点低，对熔渣起到稀释作用。当焊剂中CaF2含量过高时，熔渣过稀，导致焊缝成形不良，含量过低时熔渣粘度增大，且易于产生气孔等缺陷。在本发明中将CaF2含量限定在3.0～12.0％之间。
SiO2：主要作为造渣剂。它能与其它氧化物形成低熔点复合物，使熔渣粘度增加，并改善脱渣性能。过高的SiO2含量加大堆焊层中合金元素的烧损，过低的SiO2含量影响焊缝成形效果。在本发明中将SiO2含量限定在20.0～40.0％之间。
MnO：作为造渣剂。它能降低熔渣粘度，增加熔渣流动性，并对电弧稳定性有较好的改善作用，适当的MnO含量还可减少焊缝中锰元素的烧损。当MnO过高时，焊剂氧化性强烈，增加合金元素的烧损。在本发明中将MnO含量限定在0～2.0％之间。
Al2O3：作为造渣剂。它具有良好的化学稳定性，熔点较高，当其和CaF2、CaO共存时，能提高焊剂的脱硫能力，在焊剂中随着Al2O3含量的提高，脱渣愈容易，Al2O3的加入可以替代部分SiO2，降低焊剂的氧化性，过多的Al2O3将影响焊剂的成粒效果。在本发明中将Al2O3含量限定在9.0～30.0％。
MgO：作为造渣剂。在熔化状态能与焊剂中的SiO2复合，降低其活度，稳定堆焊过程，同时MgO能增强熔池的脱硫能力。过高的MgO含量将增加熔渣的熔点，影响脱渣性和焊缝成形，含量过低，则降低焊剂碱度，使得焊缝金属纯净度降低。本发明中将MgO含量限定在15.0～35.0％。
CaO：作为造渣剂。有稳定电弧的作用，CaO熔点较高，稳定，不易分解，只有配合其它成分形成共熔体才能作为造渣成分，具有较强的脱硫作用。含量过低时易降低焊缝金属纯净度，含量过高时增大熔渣粘度，影响焊缝成形效果。本发明中将CaO含量限定在1.0～15.0％之间。
NaF：作为稀渣组分加入焊剂中。由于NaF具有较低熔点，用于调节熔渣熔点和粘度。含量过高则影响焊缝成形性。本发明中将NaF含量限定在1.5％以下。
ZrO2：作为造渣剂。用于替代部分SiO2，降低焊剂的化学活性，适当增加熔渣粘度，改善脱渣性。过高的ZrO2增加焊渣熔点。本发明中将ZrO2含量限定在5.0％以下。
合金剂：有脱氧和补充有效合金元素烧损作用。本发明中将合金剂含量限定在1.0～5.0％之间。
本发明采用烧结法进行生产，在烧结前需采用水玻璃将焊剂原材料进行粘结并制粒，烧结温度为600～850℃。
由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明的带极埋弧堆焊烧结焊剂，可与30～90mm宽不锈钢带配合进行耐腐蚀层堆焊，焊缝金属增碳作用小，堆焊耐腐蚀层具有优异的抗晶间腐蚀能力，非常适用于双层堆焊。焊缝成形良好，脱渣容易，焊接过程中电弧稳定，焊缝可避免气孔、夹渣、裂纹等缺陷的出现。
具体实施方式
参考下面的实施例，可以更详细地解释本发明；但是，本发明并不局限于这些实施例。
根据本发明的设计组分含量，配制了5种焊剂粉料，采用水玻璃作为粘结剂，焊剂经高温烧结后作为试验焊剂，分别记为F1～F5。
5种焊剂成分列于下表1，他们分别与60mm宽、0.5mm厚的309L、347L钢带配合，进行堆焊试验，试验钢板采用40mm 16MnR钢板；
其中钢带与母材化学成分列于表2；
其中堆焊工艺参数见表3；
其中焊剂堆焊工艺性能列于表4；
为进行焊缝化学成分分析和耐腐蚀层晶间腐蚀试验，选择了具有代表性的焊剂F3，分别配合0.5mm厚、60mm宽的309L、347L钢带在16MnR钢板上进行双层堆焊试验。为分析309L钢带焊缝化学成分和耐晶间腐蚀性能，对309L钢带进行了双层堆焊；对于347L焊缝化学成分和耐晶间腐蚀性能试验，采用309L钢带作过渡层、347L钢带作耐腐蚀层工艺；
其中具体焊接工艺参数见表3；
按相关标准从堆焊层上取化学分析样和晶间腐蚀试验试样，其中晶间腐蚀试样经650℃×3h敏化处理；
其中化学分析结果见表5；
其中晶间腐蚀试验结果见表6。
在表1中是：
本发明五种实施例焊剂的具体成分
(按重量百分比余量为不可避免的杂质)
 
编号 CaF2 SiO2 MnO Al2O3 MgO CaO NaF ZrO2 合金剂
F1 12 40 1 9 30 1 0 3 4
F2 3 20 2 30 35 2.5 1.5 5 1
F3 7 35 0 25 15 12 1 0 5
F4 10 40 1 9 20 10 1 4 5
F5 5 29 0 15 30 15 0 2 4
在表2中：
用钢带、钢板的化学成分
(按重量百分比余量为Fe)
 
材料 C Si Mn S P Cr Ni Nb Fe
16MnR 0.15 0.30 0.89 0.008 0.010 — — — 余
309L 0.013 0.39 1.93 0.010 0.028 23.3 12.5 — 余
347L 0.018 0.35 1.89 0.010 0.026 20.4 10.1 0.61 余
在表3中：
堆焊工艺参数
 
电压V    电流A    焊接速度mm/min   干伸长mm     预热温度℃       单层厚度mm      
28 900 200 35 115 3
在表4中：
焊剂的堆焊工艺性能
Figure A200810007846D00071
注：○：良好 ⊙：较好  
Figure A200810007846D00072
一般  
Figure A200810007846D00073
不好
在表5中
堆焊层化学成分
(按重量百分比余量为Fe)
 
钢带+焊剂 C Si Mn S P Cr Ni Nb Fe
309L+F3 0.016 0.78 1.04 0.003 0.030 22.67 12.01 — 余
347L+F3 0.030 0.85 1.09 0.004 0.024 18.80 9.54 0.45 余
在表6中
堆焊层耐晶间腐蚀试验结果
 
钢带+焊剂 晶间腐蚀结果 敏化处理制度
309L+F3 合格 650℃×3h
347L+F3 合格 650℃×3h
为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (1)

1、一种带极埋弧堆焊烧结焊剂，其特征在于：焊剂化学成分按重量百分比：CaF2：3.0～12.0％，SiO2：20.0～40.0％，MnO：0～2.0％，Al2O3：9.0～30.0％，MgO：15.0～35.0％，CaO：1.0～15.0％，NaF：0～1.5％，ZrO2：0～5.0％，合金剂：1.0～5.0％，余量为不可避免的杂质。
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