CN101745758A

CN101745758A - 一种交流焊接用镍基焊条

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Publication number: CN101745758A
Application number: CN200910227586A
Authority: CN
Inventors: 黄连涛; 刘鹏飞; 张晓�; 吴伦发
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: Luoyang Shuangrui Special Alloy Material Co., Ltd.
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2029-12-15
Also published as: CN101745758B

Abstract

本发涉及一种焊接材料领域技术，特别是一种交流焊接用镍基焊条，焊条采用符合GB/T13814-2008对ENi1008成分要求的高镍合金焊丝作为焊芯，药皮组分为：大理石：40～50％、钛酸钾：2～5％、萤石：20～28％、氟化钡：2～7％、膨润土：1.5～3％、锆英砂：1～3％、纯碱：1～2％、金属锰：1～3％、含Si43.0～47.0％的硅铁3～7％、含Al47～53％的镁合金：1～3％、碳酸钡：7～10％。本发明焊条焊接时电弧稳定、基本无飞溅，脱渣性良好，焊条操作性能优异；焊缝成型美观，焊缝浸润角适中。

Description

一种交流焊接用镍基焊条

技术领域

本发明涉及一种焊接材料领域技术，特别是一种交流焊接用镍基焊条。

背景技术

随着工业的发展，9％Ni钢的应用越来越广泛。9％Ni钢是低碳马氏体型低温钢，具有良好的低温韧性、良好的焊接性能以及其他特殊性能，如作为无磁钢应用在超导工程、核聚变工程中。目前9％Ni钢主要作为液化天然气或液氮低温容器用钢而被世界各国普遍采用。

随着9％Ni钢的应用范围越来越广泛，9％Ni钢的配套焊接材料的需求量越来越大。9％Ni钢的配套焊接材料主要有三种：

(1)Ni含量约60％以上的Inconel型；

(2)Ni含量约40％以上的Fe-Ni型；

(3)含Ni量约13％、Cr量16％的奥氏体不锈钢型。

其中Fe-Ni基型低温韧性好，线膨胀系数与9％Ni钢相近，但成本高，强度特别是屈服强度偏低；奥氏体不锈钢型成本低，屈服强度高，但低温韧性差，线膨胀系数与9％Ni钢有较大差异；Ni基型低温韧性很好，线膨胀系数与9％Ni钢相近，屈服强度高是理想的选择。国内有几家知名焊接材料企业和研究所有9％Ni钢的配套焊条。这些焊条药皮类型多选用碱性低氢型药皮类型，采用直流反接性，选择合适的大理石和萤石比例，再加入一定量的稳弧剂和改善压涂性物质。该药皮类型焊条脱渣性好、扩散氢含量低，但电弧稳定性和熔渣覆盖性较差，焊缝成型不佳，焊道较高。由于9％Ni钢焊接时易发生电弧的磁偏吹，9％Ni钢焊接优先选择交流焊接，而国内用于9％Ni钢焊接的符合GB/T13814-2008 ENi1008可以交流焊接的焊条还很少。本专利所述的GB/T13814-2008 ENi1008标准的内容相当于AWS A5.11：2005 ENiMo-8标准。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种交流焊接用镍基焊条，其符合GB/T13814-2008 ENi1008，可以交流焊接的9％Ni钢。本发明进一步所要解决的技术问题是提供的交流焊接用镍基焊条交流焊接时电弧稳定、飞溅少、脱渣性好、焊缝成型美观，焊缝表面无裂纹、气孔等焊接缺陷。

为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的一种交流焊接用镍基焊条，采用符合GB/T13814-2008对ENi1008成分要求的高镍合金焊丝作为焊芯，特征在于：焊条药皮的组分及其质量含量为：大理石：40～50％、钛酸钾：2～5％、萤石：20～28％、氟化钡：2～7％、膨润土：1.5～3％、锆英砂：1～3％、纯碱：1～2％、金属锰：1～3％、硅铁：3～7％、铝镁合金：1～3％、碳酸钡：7～10％，所述的硅铁中Si：43.0～47.0％，铝镁合金中Al47～53％。

本发明的一种交流焊接用镍基焊条，其优选的技术方案可以为：所述的药皮组分及其质量含量为：大理石：40～50％、钛酸钾：3～4％、萤石：23～25％、氟化钡：4～5％、膨润土：2.2～2.5％、锆英砂：2～2.5％、纯碱：1～2％、金属锰：1～3％、硅铁：3～7％、铝镁合金：2.2-2.5％、碳酸钡：8-10％。

本发明的一种交流焊接用镍基焊条，其进一步优选的技术方案为：所述的药皮组分的技术要求为：锆英砂：ZrO₂≥60.0％，SiO₂≤32.0％，S≤0.050％，P≤0.22％，100％过目数颗粒度为80；硅铁：Si：43.0～47.0％，C≤0.20％，S≤0.02％，P≤0.04％，100％过目数颗粒度为40；纯碱：Na₂CO₃≥98.0％，100％过目数颗粒度为200；膨润土：属于锂基膨润土，SiO₂≥60.0％，Al₂O₃≥10.0％，S≤0.03％，P≤0.03％，100％过目数颗粒度为60；大理石：CaCO₃≥95％，S≤0.03％，P≤0.03％，100％过目数颗粒度为40；萤石：CaF₂≥95％，S≤0.03％，P≤0.03％，100％过目数颗粒度为60；金属锰：Mn≥98％，C≤0.08％，S≤0.10％，P≤0.010％，100％过目数颗粒度为50；铝镁合金：Al47～53％，Mg≥47％，Al+Mg≥97.5％，100％过目数颗粒度为40；碳酸钡：BaCO₃≥99％，S≤0.03％，P≤0.03％，100％过目数颗粒度为80；氟化钡：BaF≥94％，S≤0.03％，P≤0.03％，100％过目数颗粒度为80；钛酸钾：TiO₂≥60.0％，K₂O≥28.0％，S≤0.05％，P≤0.05％，100％过目数颗粒度为40。

本发明的一种交流焊接用镍基焊条，其优选的技术方案还可以为：所述的焊芯为70Ni-18Mo-Cr-W系的哈斯特洛依合金。

本发明的一种交流焊接用镍基焊条，其制造方法为将上述药皮原材料混合均匀后，加入占固体组分质量23-28％的20℃条件下43～48Be的钾钠水玻璃进行湿混，采用常规工艺在油压式焊条生产设备上进行焊条制备。所述的水玻璃组分含量为：SiO₂≥29％，KO₂≥10.5，NaO₂≥2.5，模数为：2.8～3.0M。

镍基合金的熔点较铁基合金的熔点高，采用普通渣系药皮配方试制的焊条往往出现熔渣覆盖不完全、粘渣严重、电弧稳定性差等缺点。本焊条药皮中各成分的主要作用简述如下：

大理石：大理石的主要作用是造渣、造气，能够调节熔渣的熔点、粘度、表面张力和界面张力。因而将药皮中大理石含量控制在40～50％。

萤石：适量的萤石可以降低液态金属的表面张力，提高其流动性，使得焊缝成型美观，降低焊缝气孔敏感性，并能够降低熔敷金属的扩散氢含量。大理石和萤石的适当比例是本发明的关键，研究表明以大理石为主的碳酸盐和以萤石为主的氟化物比例控制在1.8～2.1之间电弧稳定性及熔渣的覆盖较好。比例小于1.8或大于2.1均使得电弧稳定性及熔渣的覆盖变差。

钛酸钾：主要作用为改善焊条的交流焊接工艺性能，还对改善焊条的压涂性能和稳定焊接电弧有益。钛酸钾含量超过5％时，焊接飞溅增大、药皮吸潮性增加，钛酸钾含量低于2％时，改善焊条的交流焊接工艺性能作用不明显，因而限制药皮中钛酸钾含量为2～5％。

氟化钡：主要作用是替代部分的萤石，在实现氟化物在焊条药皮中的作用；同时比萤石对电弧稳定性的不良影响要小得多。当氟化钡含量低于2％时，作用不明显，氟化钡含量高于7％时，增加焊条成本较多。

膨润土：主要是造渣剂，并与其它粉料配合可改善脱渣性，当含量低于1.5％时作用不明显，而高于3％时会导致渣变稀。

锆英砂：主要是造渣剂，并与其它粉料配合可改善脱渣性。提高熔渣熔点，改善熔渣覆盖性和脱渣性。当锆英砂含量低于1％时，熔渣的脱渣性不好。锆英砂含量过高时，增加焊条成本。

碳酸钡：本发明的关键之一是用碳酸钡部分取代大理石，不但可以实现大理石在焊条药皮中的作用还可以进一步改善焊接电弧的稳定性以及熔渣的覆盖性。含量低于7％作用不明显，高于10％会导致工艺性能恶化。

金属锰的加入可以起到脱硫脱氧的作用，还可以向焊缝中过渡Mn元素，提高焊缝的强度。根据熔敷金属成分要求，限制药皮中金属锰在1～3％。

硅铁加入主要起到脱氧的作用。其脱氧产物也参与造渣，加入量低于3％时，脱氧不充分，加入量高于7％时，可能增加焊缝中Si含量。因而控制硅铁加入量为3～7％。

铝镁合金的加入主要起到脱氧的作用，同时会改善焊条的交流焊接性能，其脱氧产物也参与造渣。大量试验确定铝镁合金的含量在1～3％较为合适。

加入纯碱为了改善焊条的压涂性，纯碱加入量1～2％。

这些技术方案，包括改进的技术方案以及进一步改进的技术方案也可以互相组合或者结合，从而达到更好的技术效果。

本专利的一种交流焊接用镍基焊条，其药皮符合GB/T13814-2008ENi1008中可以交流焊接的9％Ni钢用镍基焊条药皮要求，焊条交流焊接时电弧稳定、飞溅极少、脱渣性好、焊缝成型美观，焊缝表面无裂纹、气孔等焊接缺陷；其熔敷金属成分为70Ni-18Mo-Cr-W系的哈斯特洛依合金，在高镍焊条中，该合金的抗裂性能特别好，具有和自动焊的焊缝金属相类似的成分，可用于自动焊中的点固焊和补焊等场合。所述的哈斯特洛依合金即为Hastelloy合金。

通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：本发明焊条生产工艺性能优良，焊条表面光滑、成品率高、偏心稳定；交流焊接时电弧稳定、基本无飞溅，脱渣性良好，焊条操作性能优异；焊缝成型美观，焊道高度适中，焊缝浸润角适中；熔敷金属强度、塑性适中，抗热裂纹性能优良。

具体实施方式

实施例1

本发明焊条采用的药皮以碳酸盐、氟化物与合金为主，同时添加少量的硅酸盐与改善压途物质。各组分及其质量份数如下：大理石：40、钛酸钾：5、萤石：28、氟化钡2、膨润土：3、锆英砂：1、纯碱2、金属锰：1、硅铁：7、铝镁合金：1、碳酸钡10。

熔敷金属成分为：C：0.034％，S：0.004％，P：0.01％，Si：0.03％，Mn：1％，Fe：7.8％，W：2.7％，Mo：18.8％，余量为Ni。

将上述药皮原材料混合均匀后，加入占固体组分质量含量23-28％的20℃条件下43～48Be的钾钠水玻璃进行湿混，采用符合GB/T13814-2008对ENi1008成分要求的高镍合金焊丝作为焊芯，采用常规工艺在油压式焊条生产设备上进行焊条制备。

实施例2

其他与实施例1相同，但是药皮质量份数组成如下：大理石：46、钛酸钾：3、萤石：23、氟化钡5、膨润土：2、锆英砂：2、纯碱1.5、金属锰：1.5、硅铁：4、铝镁合金：4、碳酸钡8。

实施例3

其他与实施例1相同，但是药皮质量份数组成如下：大理石：50、钛酸钾：2、萤石：20、氟化钡7、膨润土：1.5、锆英砂：3、纯碱1、金属锰：3、硅铁：3、铝镁合金：2.5、碳酸钡7。

实施例1-3的焊条交流焊接时电弧稳定、基本无飞溅，脱渣性良好，焊条操作性能优异；焊缝成型美观，焊道高度适中。熔敷金属力学性能为：R_P0.2：515Mpa，Rm：765Mpa，A：37.5％，Z：41.5％，-196℃下A_KV：102J。国外的ENi1008焊条为交流焊接但其熔渣的覆盖性不佳、价格很高；国外仅日本神钢提供了例值其-196℃冲击值为83J而本实施例-196℃冲击值平均值达到102J高出其22％。

Claims

1.一种交流焊接用镍基焊条，采用符合GB/T13814-2008对ENi1008成分要求的高镍合金焊丝作为焊芯，其特征在于：焊条药皮的组分及其质量含量为：大理石：40～50％、钛酸钾：2～5％、萤石：20～28％、氟化钡：2～7％、膨润土：1.5～3％、锆英砂：1～3％、纯碱：1～2％、金属锰：1～3％、硅铁：3～7％、铝镁合金：1～3％、碳酸钡：7～10％，所述的硅铁中Si：43.0～47.0％，铝镁合金中Al47～53％。

2.根据权利要求1所述一种交流焊接用镍基焊条，其特征在于：所述的药皮的组分及其质量含量为：大理石：40～50％、钛酸钾：3～4％、萤石：23～25％、氟化钡：4～5％、膨润土：2.2～2.5％、锆英砂：2～2.5％、纯碱：1～2％、金属锰：1～3％、硅铁：3～7％、铝镁合金：2.2-2.5％、碳酸钡：8-10％。

3.根据权利要求2所述一种交流焊接用镍基焊条，其特征在于：所述的药皮组分的技术要求为：锆英砂：ZrO₂≥60.0％，SiO₂≤32.0％，S≤0.050％，P≤0.22％，100％过目数颗粒度为80；硅铁：Si：43.0～47.0％，C≤0.20％，S≤0.02％，P≤0.04％，100％过目数颗粒度为40；纯碱：Na₂CO₃≥98.0％，100％过目数颗粒度为200；膨润土：属于锂基膨润土，SiO₂≥60.0％，Al₂O₃≥10.0％，S≤0.03％，P≤0.03％，100％过目数颗粒度为60；大理石：CaCO₃≥95％，S≤0.03％，P≤0.03％，100％过目数颗粒度为40；萤石：CaF₂≥95％，S≤0.03％，P≤0.03％，100％过目数颗粒度为60；金属锰：Mn≥98％，C≤0.08％，S≤0.10％，P≤0.010％，100％过目数颗粒度为50；铝镁合金：Al47～53％，Mg≥47％，Al+Mg≥97.5％，100％过目数颗粒度为40；碳酸钡：BaCO₃≥99％，S≤0.03％，P≤0.03％，100％过目数颗粒度为80；氟化钡：BaF≥94％，S≤0.03％，P≤0.03％，100％过目数颗粒度为80；钛酸钾：TiO₂≥60.0％，K₂O≥28.0％，S≤0.05％，P≤0.05％，100％过目数颗粒度为40。

4.根据权利要求1所述一种交流焊接用镍基焊条，其特征在于：所述的焊芯为70Ni-18Mo-Cr-W系的哈斯特洛依合金。