CN101585123A - 一种不锈钢用烧结焊剂 - Google Patents

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张红卫
王根士
郑彦红
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Abstract

本发明提供一种不锈钢烧结焊剂，焊剂渣系为：CaF2－Al2O3，特点是氧化性和气孔敏感性小，配合相应焊丝可焊接不锈钢钢结构及不锈钢堆焊。其特征在于组分重量百分比为：氟化钙(CaF2)＞40％，且氟化钙+氧化铝(CaF2+Al2O3)≥70％；其他组分为CaCO3≤5％，CrO3为1～3％，Na3AlF6＜4％，氟化稀土为1～3％，SiO2为3～10％，MnO为3～10％，TiO2为1－3％，MgO为5～10％，铁合金为1－3％；粘结剂为钾钠水玻璃。

Description

一种不锈钢用烧结焊剂
技术领域
本发明为一种不锈钢埋弧焊用烧结焊剂，配合相应焊丝，适用于各种不锈钢的焊接及堆焊。
背景技术
目前不锈钢的焊接通常采用熔炼焊剂，如HJ150、HJ151、HJ172、HJ260等。HJ150和HJ151属于中硅弱氧化焊剂，由于不锈钢中合金元素含量高，仍然具有较大的氧化作用，容易引起抗晶间腐蚀和抗热裂性能下降。HJ260属于高硅焊剂，氧化性较前两种更强。HJ172属于低硅低锰的中性焊剂，氧化性很小，但抗气孔能力低，极易在焊缝中产生气孔。烧结焊剂比熔炼焊剂的烧结温度低，其中某些组分可以保留下来，在焊接时发挥作用，因此明显提高抗气孔能力。
不锈钢埋弧焊用烧结焊剂尚未见相关的专利报道。
发明内容
本发明是针对以上背景，本发明通过添加少量氟化稀土元素，调整焊剂配方，解决了不锈钢埋弧焊焊缝中间结晶线纹、横向粘渣及焊缝压痕及抗气孔性等问题，该焊剂脱渣性优良，电弧稳定，焊缝成型美观，过渡平滑，配合相应不锈钢焊丝，适用于各种不锈钢的埋弧焊焊接。
技术要求为：①配合不锈钢焊丝，焊剂具有良好的焊接工艺性能，脱渣容易，气孔敏感性小，焊缝成型美观，电弧稳定；②焊缝金属具有良好的抗裂性能；③焊剂应具有较高的颗粒强度以及适宜的颗粒度。
针对不锈钢中合金元素含量高，易氧化损耗、焊缝易出现气孔、热裂倾向大的特点，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：选用CaF2-Al2O3中性(偏碱性)渣系，对不锈钢中的合金元素无氧化作用；低氧化性渣系抑制CO气孔，焊缝易出现的气孔主要为氢气孔，焊剂中除含有CaF2降氢组分外，还加入少量的CaCO3和Na3AlF6等盐类物质；添加少量氟化稀土，具有脱氧、脱硫作用，同时对焊缝中夹杂物的形态具有控制作用，并净化焊缝，从而改善韧性。
本发明不锈钢埋弧焊焊剂的组成和配比按重量份为：氟化钙(CaF2)＞40％，且氟化钙+氧化铝(CaF2+Al2O3)≥70％；其他组分为CaCO3≤5％，CrO3为1～3％，Na3AlF6＜4％，氟化稀土为1～3％，SiO2为3～10％，MnO为3～10％，TiO2为1-3％，MgO为5～10％，铁合金为1～3％，粘结剂为钾钠水玻璃。
本发明焊剂为颗粒状，其粒度为10～40目。
焊剂配方中主要组分的作用如下：
SiO2：是造渣剂同时具有稳定电弧的重要作用。含量较少时，电弧不稳定，易产生断弧的现象；含量较高时，熔敷金属增Si，同时熔渣的粘度过大，流动性变差。此外，SiO2具有降低熔渣表面张力的作用，有利用改善脱渣性能和焊缝成形作用。主要通过焦宝石、硅灰石加入。
MnO：调整熔敷金属中的含Mn量，降低熔渣的熔点，改善熔渣的流动性，有利于焊缝的成形，有利于改善熔敷金属的韧性。但是含量过高时由于它的还原作用，使得熔敷金属的氧含量增加，韧性反而降低。本发明中主要以锰矿石方式加入。
MgO：为调整熔渣的碱度而加入。具有提高熔敷金属冲击韧性，降低扩散氢含量的作用。由于它的熔点较高，提高熔渣的粘度，抑制了熔渣的流动性，所以加入过量时脱渣性不好，尤其是坡口中施焊易出现咬边和夹渣等缺陷。主要通过镁砂来加入。
Al2O3：熔渣粘度的调整剂，能调整熔渣的流动性。但含量过高时熔渣的粘度过高，焊道易产生咬边和凹坑，使焊道成形变坏。主要通过铝矾土的形式加入。
CaF2：分解产生的氟气降低电弧气氛中氢的分压，从而降低扩散氢含量，此外，还降低熔敷金属中的氧含量。主要通过萤石的方式加入。
TiO2：稳定电弧、改善脱渣，同时还有利于抗气孔性能，但是价格昂贵。主要通过金红石加入。
铁合金：改善焊缝金属的流动性，同时具有脱氧作用。
本发明适用于各种不锈钢的埋弧焊焊接。
具体实施方式
(1)焊剂制造工艺
将所需的粉状原料经过准确复检后，过筛后按照配方进行配比称重，其中矿物粉过80目筛，合金粉过60目筛，然后放进干搅拌器中搅拌，搅拌均匀后放入湿搅拌器，同时加入25％左右的水玻璃进行湿搅拌，充分搅拌均匀后放入造粒机进行造粒，造成的焊剂颗粒送入200℃的烘干炉进行烘干，脱去水分后过筛，将粒度范围在10～40目的焊剂送入烧结炉进行烧结，烧结温度800～900℃，烧结时间60～80分钟，出炉后经检验、过筛、包装、入库，焊剂生产的所有工序完成。
(2)实施例
实施例一：
焊剂配方1成分如表1所示。
表1配方1的焊剂组分
  编号 SiO2 MnO MgO Al2O3 CaF2 TiO2   铁合金 CaCO3 Na3AlF6   氟化稀土
  配方1 3 5 5 35 39 3 2 4 2 2
熔敷金属的机械性能检测按GB17854-1999之规定进行。母材为1Cr18Ni9Ti不锈钢结构钢，规格为650mm×150mm×8mm，焊丝为H0Cr21Ni10焊丝，规格3.2mm，电流380～400A，电弧电压32～34V，焊接速度0.8m/min.检测结果如表2所示。
表2配方1的力学性能检测结果
Figure A20091006508600051
实施例二：
焊剂配方2成分如表3所示。
表3配方2的焊剂组分
编号 SiO2 MnO MgO Al2O3 CaF2 TiO2   铁合金 CaCO3 Na3AlF6   氟化稀土
  配方2 5 3 4.5 30 45 2 1.5 2 4 3
热壁加氢反应器是石油加氢装置的核心设备，制造母材为2.25Cr1Mo钢，内壁堆焊层为00Cr20Ni10Nb不锈钢。在高温高压条件下材质的力学性能必会恶化，这就需要堆焊修复。本发明模拟该工况进行不锈钢堆焊，熔敷金属的机械性能检测按GB/T17854-1999之规定进行。母材为热壁加氢器用2.25Cr1Mo钢，规格为650mm×150mm×8mm，焊丝为00Cr20Ni10Nb不锈钢焊丝，规格4.0mm，电流500～550A，电弧电压32～34V，焊接速度0.75m/min。预热温度150℃，多层多道焊时层温低于100℃，金相组织为奥氏体+6.8％铁素体。检测结果如表4所示。
表4配方2的力学性能检测结果
(3)本发明焊剂匹配相应不锈钢焊丝，可用来焊接各种不锈钢结构钢和堆焊。

Claims (1)

  1. 本发明提供一种不锈钢烧结焊剂，焊剂渣系为：CaF2-Al2O3，其特征在于组分重量百分比为：氟化钙(CaF2)＞40％，且氟化钙+氧化铝(CaF2+Al2O3)≥70％；其他组分为CaCO3≤5％，CrO3为1～3％，Na3AlF6＜4％，氟化稀土为1～3％，SiO2为3～10％，MnO为3～10％，TiO2为1-3％，MgO为5～10％，铁合金为1-3％；粘结剂为钾钠水玻璃。
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