CN102233494A - 不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂，过渡层焊带中不添加Mo元素，依旧保证表面层堆焊金属具有足量的Mo元素，焊带配合焊剂可用于容器内壁或外壁大面积堆焊，满足耐腐蚀及耐高温的要求。焊带配合焊剂堆焊具有5-12％的超低稀释率且生产效率高；脱渣容易，焊道成型美观，无焊接缺陷；有极佳的抗晶间腐蚀能力，堆焊弯曲完全无裂纹。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属焊接，尤其涉及一种不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂。
背景技术
近年来，伴随着石化行业向大型化、规模化发展，对加氢设备、原流合成塔、煤液化反应器等压力容器的质量要求越来越高，另外包括核电站的厚壁压力容器及尿素设备中，内壁都要求堆焊奥氏体不锈钢做内衬，以实现抗腐蚀、耐高温等的质量要求。对于大面积堆焊而言，手工电弧焊和丝极堆焊效率低且堆焊层内部和表面质量差，堆焊层与基层母材结合处极易产生缺陷。
要满足大型容器表面堆焊，需满足以下几点质量要求：
①焊接作业性优良：焊接过程稳定、飞溅少、烟雾少、良好的脱渣性；
②美观的焊道外观：焊道表面光滑、平整、波纹均匀，无气孔、夹渣、咬边、未融合等焊接缺陷；
③堆焊层金属具有优良的抗热裂能力和抗晶间腐蚀能力，弯曲无裂纹；
④高的焊接效率。
带极自动堆焊技术由20世纪70年代引入中国，由于其效率高、堆焊质量均匀、稀释率较低、堆焊层金属性能优良等特点广泛应用于容器内壁大面积堆焊之中。
采用一定厚度(0.4mm或0.5mm)和宽度(30-300mm)的不锈钢焊带作为电极是带极堆焊实现高效焊接和满足抗腐蚀、耐高温等质量要求的关键因素；若以同一焊带作堆焊电极会因焊剂的不同而实现不同的焊接过程，根据焊接原理的不同，可分为埋弧自动堆焊和电渣堆焊两种。相较于埋弧堆焊，电渣堆焊焊接效率更高，可以是埋弧堆焊的1.5-2倍；焊接质量更加稳定，可达到5-12％的低稀释率；焊道美观、平整，可避免对堆焊层的再加工；搭接处平滑，可避免各类焊接缺陷，因此采用带极电渣堆焊技术是实现大面积高效堆焊的首选。
实际生产中，某些场合需要堆焊金属中含有一定量的Mo元素，以提高耐热及耐腐蚀性能，为保证表面层具有适量的Mo，往往不仅要求表面层堆焊焊带中含有Mo，且过渡层焊带中也需要含有一定量的Mo，这样不仅提高了焊带冶炼、轧制的困难，且大大提高了成本。
在焊剂方面，国内厂家生产的电渣型焊剂，质量参差不齐，在实际生产中往往难以保证焊剂成分的均匀性及稳定性，且所得焊道存在以下几点问题：
①表面波纹大，不平整；
②焊道与母材融合处不平滑，在多道焊时搭接处极易产生咬边、夹渣等缺陷；
③焊接速度一般只能达到16cm/min，无法达到更高的焊接效率。
加之现在市场上在焊带的加工生产中，为提高钢材的成材率而限制了不锈钢钢带中Cr、Ni的含量，难以保证堆焊层金属实现优良的抗腐蚀能力，保证弯曲后无裂纹产生，这些情况已越来越难以满足石化等行业的发展要求。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂，在过渡层焊带中不添加Mo元素，依旧保证表面层堆焊金属具有足量的Mo元素，且使焊带配合焊剂：焊接稳定，脱渣良好，焊道成型平整、美观，避免各种焊接缺陷产生，堆焊层能满足抗腐蚀、耐高温等的质量要求且能实现高的焊接效率。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂，所述焊带包括过渡层焊带和表面层焊带，所述过渡层焊带中不含Mo元素，且各成分相对于该过渡层焊带的重量百分比分别为，
C：0～0.030％；
Si：0.10～0.35％；
Mn：1.0～2.5％；
P：0～0.030％；
S：0～0.030％；
Ni：12.0～14.0％；
Cr：23.0～25.0％；
Cu：0～0.075％；
N：0～0.040％；
余量为铁及其他不可避免杂质；
所述表面层焊带中各成分相对于该表面层焊带的重量百分比分别为，
C：0～0.030％；
Si：0.10～0.35％；
Mn：1.0～2.5％；
P：0～0.030％；
S：0～0.030％；
Ni：11.0～14.0％；
Cr：18.0～20.0％；
Mo：2.0～3.0％；
Cu：0～0.75％；
N：0～0.040％；
余量为Fe及其它不可避免杂质；
所述焊剂由以下原料经高温烧结而成，并且各原料相对于该焊剂原料总量的重量百分比分别为，
CaF2：60～75％；
AL2O3：5～10％；
SiO2：5～15％；
MgO：1～10％；
CaO：5～15％。
作为本发明的优选方式：
所述过渡层焊带中C相对于该过渡层焊带的重量百分含量和表面层焊带中C相对于该表面层焊带的重量百分含量至少之一为0～0.02％。
所述表面层焊带中Mo相对于该表面层焊带的重量百分含量为2.5～3.0％。
所述过渡层焊带中S相对于该过渡层焊带的重量百分含量和表面层焊带中S相对于该表面层焊带的重量百分含量至少之一为0～0.02％，进一步优选为0～0.01％。
所述过渡层焊带中P相对于该过渡层焊带的重量百分含量和表面层焊带中P相对于该表面层焊带的重量百分含量至 少之一为0～0.02％，进一步优选为0～0.01％。
作为本发明的进一步改进：
该焊剂是经650～850℃高温烧结而成，粒度为15～60目。
所述过渡层焊带配合焊剂所得过渡层金属中各成分相对于该过渡层金属的重量百分比分别为，
C：0～0.030％；
Si：0.30～0.65％；
Mn：1.0～2.0％；
P：0～0.030％；
S：0～0.020％；
Ni：11.0～14.0％；
Cr：20.0～24.0％；
Mo：0％；
Cu：0～0.75％；
N：0～0.070％；
余量为Fe及其它不可避免杂质。
所述表面层焊带配合焊剂所得表面层金属中各成分相对于该表面层金属的重量百分比分别为，
C：0～0.030％；
Si：0.30～0.65％；
Mn：1.0～2.0％；
P：0～0.030％；
S：0～0.030％；
Ni：11.0～14.0％；
Cr：18.0～20.0％；
Mo：2.0～3.0％；
Cu：0～0.75％；
N：0～0.060％；
余量为Fe及其它不可避免杂质。
如何获得良好的抗腐蚀能力，是容器内壁耐蚀层堆焊首要考虑的问题，堆焊层金属成分是实现良好抗腐蚀能力的主要原因，下面通过合金元素在堆焊金属中的作用对本发明所提供焊带的特点加以说明：
C：C是奥氏体形成元素，但在奥氏体不锈钢中，C含量往往是限定在一个较低的范围，因为在合金中若C是以单独成分存在会和铬结合从而减少了固溶体中能够确保抗腐蚀的铬的含量，易引发局部腐蚀，造成所谓的“晶间腐蚀”。本焊带中的C含量设定在0-0.03％，优选0-0.02％。
Cr：含有15％质量百分比以上的Cr是确保不锈钢耐氧化、耐高温腐蚀的重要因素，理论上Cr含量越高耐蚀性越优异，但为了更经济的材料利用又能避免“贫铬”而造成的晶间腐蚀，在过渡层焊带中将Cr含量在设为Cr：23.0-25.0％，表面层焊带的Cr含量设定在18.0-20.0％。
Ni：在奥氏体不锈钢中Ni是确保稳定的奥氏体组织的必须元素，若含量不足，难以形成稳定的奥氏体组织，且在高温下长时间使用会导致σ相等的脆化相析出，使高温强度、韧性明显变差，但若Ni含量过高，不仅成本增加，造成资源浪费且会使不锈钢形成单一的奥氏体组织，使裂纹敏感性增加。本发明将过度层焊带Ni含量设为12.0-14.0％，表面层焊带Ni含量设定为11.0-14.0％。
Mo：Mo可以有效提高不锈钢的高温强度和蠕变强度，不锈钢中含有一定量的Mo还可使不锈钢耐硫酸、磷酸以及甲
酸、醋酸、尿素等的腐蚀，本发明将表面层焊带Mo含量设为2-3％，优选2.5-3.0％，过渡层焊带不含Mo。
Mn：Mn是良好的脱氧元素且能抑制作为杂质的S在奥氏体不锈钢中造成的加工脆性，但Mn含量大于3％时会导致不锈钢在高温时延展性、韧性下降。本发明将焊带中的Mn含量设为1.0-2.5％。
Si：Si有一定的脱氧作用，含量0.1％以上Si的奥氏体不锈钢能有效提高耐氧化性，但Si含量在0.8％以上焊接凝固裂纹敏感性就增强，所以堆焊层金属的Si含量不宜大于0.8％，考虑到焊剂的增Si作用，将焊带中的Si设为0.10-0.35％。
S：S在奥氏体不锈钢中一般作为杂质元素存在，S含量增加会导致不锈钢耐蚀性下降，且使热加工性能和焊接性变差，特别当S大于0.03％时会明显变差，因此将S设为0-0.030％，优选0-0.020％，进一步优选0-0.010％。
P：P在奥氏体不锈钢中一般作为杂质元素存在，P含量增加能降低钢的塑性和韧性且对焊接性有不良的影响，作为不锈钢中的有害元素将P设为0-0.030％，优选0-0.020％，进一步优选0-0.010％。
本发明同时提供一种堆焊焊剂，下面具体说明各组成成分及其含量的限制理由等问题。
CaF主要是作为造渣剂和导电成分，通过熔化后电离成Ca2+和F-起到导电作用。若氟化物含量过低，堆焊时会产生电弧，若含量过高电阻热降低，熔合不好。本发明焊剂设定为60-75％；
Al2O3是良好的造渣剂，其熔点高，化学性能稳定，且具有较高的粘度和电阻，可增加熔渣的电阻热来熔化电极。还能
调节熔渣粘度，改善焊道成型；但Al2O3含量太高会容易产生电弧，本发明将其设定为5-10％；
SiO2主要作为造渣剂，它可以与MgO、Al2O3等作用，生成低熔点复合物增加焊渣的高温粘度，调节湿润角，改善焊道成型，但SiO2的化学活性大，会与氟化物反应生成气体，焊接时诱发飞溅，为保证良好的焊接工艺性能及焊道成型，本发明SiO2含量设定为5-15％；
MgO用作造渣剂，它能与SiO2作用稳定焊接过程，还可以提高渣的导电性；含量过高则会影响脱渣性和焊道成型，含量太低堆焊时会产生电弧。本发明MgO含量设定为1-10％；
CaO用作造渣剂且可以稳定焊接过程，有良好的脱硫作用，本发明CaO含量设定为5-15％。
该焊剂经650-850℃高温烧结而成，粒度为15-60目。
本发明的有益效果是：本发明所提供的焊带配合焊剂，焊接过程稳定、效率高、母材稀释率低(5-12％)、脱渣良好、焊道成型美观、可完全避免各种焊接缺陷，并且所得堆焊层与其他同类产品相比具有以下显著效果，
①较低的C含量，较低的Si含量及较低的P、S含量；
②较高的Cr含量，较高的Ni含量及较高的Mo含量；
③高效的堆焊效率：堆焊速度可达到30cm/min，可实现焊带堆焊25Kg/小时，堆焊面积可达到每小时堆焊1.1m2；
④有效避免热裂纹的出现；
⑤有极佳的抗晶间腐蚀能力，堆焊弯曲完全无裂纹。
具体实施方式
接下来，通过实例详细说明本发明。
实例：按照本发明所提供焊带的化学成分选原料，经冶炼→浇注→锻打→热轧→酸洗→冷轧→分条、分卷制成钢带，规格为0.5mm厚、60mm宽，过渡层焊带记为H①、H②、H③、H④(成分见表一)，表面层焊带记为D①、D②、D③、D④(成分见表一)；按照本发明设计的焊剂成分，配制十六种焊剂，记为焊剂①～焊剂 
(成分见表二)。分别用它们在50mm厚的Q345B钢板上实施以下焊接(堆焊参数见表三)：
①过渡层堆焊：选用H②，接电流900A，电压29V，焊接速度22cm/min；
②表面层堆焊：在过渡层上堆焊D②，焊接电流900A，焊接电压29V，焊接速度20cm/min；
③记录堆焊工艺性能(表四)，选择有代表性的焊剂①、焊剂⑥、焊剂 
配合表面层焊带②检测堆焊金属物理性能(表五)和化学成分(表六)。
表一焊带成分(重量％)
表二焊剂成分(重量％)
表三堆焊工艺参数
表四堆焊工艺性能
注：A：优 B：良 C：一般 D：不合格
表五焊剂①、焊剂⑥、焊剂 
配合H②、D②堆焊层物理性能
表六焊剂①、焊剂 
配合H②、D②堆焊层化学成分(重量％)
通过以上焊接测试，比对各项焊接性能，我们可以看到：
①本发明中过渡层焊带中不添加Mo元素，表面层成分完全能满足生产中Mo元素的成分需求，避免因烧损、稀释等造成的堆焊层成分不足问题；
②本发明中的焊剂有着很强的焊接适应性，在基本成分不变的情况下在实际生产焊接中可多次回收利用；
③由于该焊剂成分设计简单且焊接适应性强，在焊剂生产中可完全避免由于生产原因造成的焊剂成分不均匀性引起的焊接缺陷；
④本发明焊带配合焊剂所得堆焊焊道，可避免焊道成型不平整及焊道搭接处容易产生缺陷等问题，避免焊后修补的麻烦。
总之，本发明所提供之焊带及焊剂，有着优良的焊接性，其物理、化学性能均能满足各种类型容器内壁大面积堆焊的使用。
Claims (10)
1.一种不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂，所述焊带包括过渡层焊带和表面层焊带，其特征在于：所述过渡层焊带中不含Mo元素，且各成分相对于该过渡层焊带的重量百分比分别为，
C：0～0.030％；
Si：0.10～0.35％；
Mn：1.0～2.5％；
P：0～0.030％；
S：0～0.030％；
Ni：12.0～14.0％；
Cr：23.0～25.0％；
Cu：0～0.75％；
N：0～0.040％；
余量为铁及其他不可避免杂质；
所述表面层焊带中各成分相对于该表面层焊带的重量百分比分别为，
C：0～0.030％；
Si：0.10～0.35％；
Mn：1.0～2.5％；
P：0～0.030％；
S：0～0.030％；
Ni：11.0～14.0％；
Cr：18.0～20.0％；
Mo：2.0～3.0％；
Cu：0～0.75％；
N：0～0.040％；
余量为Fe及其它不可避免杂质；
所述焊剂由以下原料经高温烧结而成，并且各原料相对于该焊剂原料总量的重量百分比分别为，
CaF2：60～75％；
AL2O3：5～10％；
SiO2：5～15％；
MgO：1～10％；
CaO：5～15％。
2.根据权利要求1所述的不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂，其特征在于：所述过渡层焊带中C相对于该过渡层焊带的重量百分含量和表面层焊带中C相对于该表面层焊带的重量百分含量至少之一为0～0.02％。
3.根据权利要求1所述的不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂，其特征在于：所述表面层焊带中Mo相对于该表面层焊带的重量百分含量为2.5～3.0％。
4.根据权利要求1所述的不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂，其特征在于：所述过渡层焊带中S相对于该过渡层焊带的重量百分含量和表面层焊带中S相对于该表面层焊带的重量百分含量至少之一为0～0.02％。
5.根据权利要求4所述的不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂，其特征在于：所述过渡层焊带中S相对于该过渡层焊带的重量百分含量和表面层焊带中S相对于该表面层焊带的重量百分含量至少之一为0～0.01％。
6.根据权利要求1所述的不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂，其特征在于：所述过渡层焊带中P相对于该过渡层焊带的重量百分含量和表面层焊带中P相对于该表面层焊带的重量百分含量至少之一为0～0.02％。
7.根据权利要求6所述的不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂，其特征在于：所述过渡层焊带中P相对于该过渡层焊带的重量百分含量和表面层焊带中P相对于该表面层焊带的重量百分含量至少之一为0～0.01％。
8.根据权利要求1所述的不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂，其特征在于：所述焊剂是经650～850℃高温烧结而成，粒度为15～60目。
9.根据权利要求1所述的不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂，其特征在于：所述过渡层焊带配合焊剂所得过渡层金属中各成分相对于该过渡层金属的重量百分比分别为，
C：0～0.030％；
Si：0.30～0.65％；
Mn：1.0～2.0％；
P：0～0.030％；
S：0～0.020％；
Ni：11.0～14.0％；
Cr：20.0～24.0％；
Mo：0％；
Cu：0～0.75％；
N：0～0.070％；
余量为Fe及其它不可避免杂质。
10.根据权利要求1所述的不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂，其特征在于：所述表面层焊带配合焊剂所得表面层金属中各成分相对于该表面层金属的重量百分比分别为，
C：0～0.030％；
Si：0.30～0.65％；
Mn：1.0～2.0％；
P：0～0.030％；
S：0～0.030％；
Ni：11.0～14.0％；
Cr：18.0～20.0％；
Mo：2.0～3.0％；
Cu：0～0.75％；
N：0～0.060％；
余量为Fe及其它不可避免杂质。
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