CN102350598B - 一种铬镍奥氏体不锈钢埋弧焊烧结焊剂 - Google Patents

一种铬镍奥氏体不锈钢埋弧焊烧结焊剂 Download PDF

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Abstract

本发明介绍了一种铬镍奥氏体不锈钢埋弧焊烧结焊剂，为矿物原料干粉组分和水玻璃混合后的烘焙烧结物，干粉组分及其重量百分比为：CaF2：38～55％、Al2O3：30～40％、CaSiO3：4.5～19％、氟铝酸钾：0.5～3％；水玻璃为占矿物原料干粉组分质量20~30%的钾钠水玻璃。本发明的烧结焊剂匹配ER308/L和ER316/L等奥氏体不锈钢焊丝，焊接规范平稳，脱渣性能优良，焊道宽窄均匀、堆高适中、过渡平滑，焊缝表面无气体压坑、结晶线纹、裂纹和粘渣等缺陷，熔敷金属铁素体可在3～8％，具有良好的力学性能和耐腐蚀性能；焊剂组分简单，有利于质量控制，产品质量稳定性好。

Description

一种铬镍奥氏体不锈钢埋弧焊烧结焊剂
技术领域
本发明涉及一种焊接材料技术，特别是一种铬镍奥氏体不锈钢埋弧焊烧结焊剂。
背景技术
铬镍奥氏体不锈钢具有良好的力学性能和耐腐蚀性能，广泛应用于石油化工等重要领域。铬镍奥氏体不锈钢的埋弧焊接主要用于压力容器的耐蚀层堆焊和结构焊接。关于铬镍奥氏体不锈钢埋弧焊接配套焊剂，目前国内也有一些品种，其所走的技术路线也各不相同，但是选择多家试用之后才发现其中焊接工艺性能好、焊缝综合性能佳、供货质量稳定的产品却是少之又少。例如，有含有MgO和Cr2O3等高熔点物质较多的焊剂，会导致焊道发鼓，铺展较窄，严重时出现横向粘渣；有含SiO2较多的焊剂，会导致合金成分烧损量大和焊道边缘粘渣，且使焊缝金属增Si严重；也有的选用原材料种类较多，使焊剂组分过于复杂，容易导致产品性能波动。公开号为CN 101585123A的发明专利提供的不锈钢烧结焊剂，Cr2O3和MgO的用量明显过高，容易造成焊道发鼓，铺展较窄。公开号为CN 101733587A的发明专利提供的不锈钢烧结焊剂，SiO2含量较高，其实施例中熔敷金属的Si含量均在0.7%以上。Si是强铁素体形成元素，Si的含量过高对奥氏体不锈钢中铁素体含量的控制不利。所以，目前急需一种焊接工艺性好、焊缝综合性能佳、焊剂组分简单（质量容易控制）的铬镍奥氏体不锈钢埋弧焊烧结焊剂。
发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种铬镍奥氏体不锈钢埋弧焊烧结焊剂，可以具有焊接工艺性能好、氧化性低、渗杂质元素少、组分较为简单等特点，
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：
本发明的一种铬镍奥氏体不锈钢埋弧焊烧结焊剂，为矿物原料干粉组分和水玻璃混合后的烘焙烧结物，干粉组分及其重量百分比为： CaF2：38～55％、Al2O3：30～40％、CaSiO3：4.5～19％、氟铝酸钾：0.5～3％；水玻璃为占矿物原料干粉组分质量20~30% 的钾钠水玻璃。
所述的铬镍奥氏体不锈钢埋弧焊烧结焊剂，优选的技术方案可以是：所述的水玻璃为钾钠1:1水玻璃。进一步优选的，所述的水玻璃为20℃时粘度为600~1200MPa·S的钾钠1:1水玻璃。
本发明的一种铬镍奥氏体不锈钢埋弧焊烧结焊剂，其制备方法为：将上述的矿物原料干粉组分混合均匀后，加入规定质量和规格的钾钠水玻璃，经200～250℃低温烘焙40min～60min，800℃～830℃高温烧结30min～50min，然后出炉冷却，过12～60目筛，即为成品烧结焊剂。所配焊丝类型为ER308/L和ER316/L等奥氏体不锈钢焊丝。
针对铬镍奥氏体不锈钢合金元素含量高、流动性差的特点，本发明选择氧化性较低、熔点也较低的CaF2-Al2O3渣系，配以适量的CaSiO3脱硫和改善焊缝成形，添加少许氟铝酸钾调节熔渣粘度，用钾钠1:1水玻璃作粘结剂，通过各组分的调整，焊剂碱度BIIW范围为1.7～2.0。
本发明涉及的铬镍奥氏体不锈钢烧结焊剂各干粉组分的作用详述如下：
CaF2：偏碱性的盐，熔点较低，能够降低熔渣表面张力和提高熔渣流动性；其在高温下比较活泼，分解产生的氟气能够降低电弧中氢的分压，从而有效降低焊缝金属扩散氢含量。含量过低时，会使焊剂碱度不够和去氢效果不佳；含量过高时，会导致电弧不稳和焊缝波纹粗大。主要通过萤石来加入，粒度要求全部通过60目。
Al2O3：调节熔渣熔点和粘度的有效成分，能使熔渣具有良好的流动性，焊缝金属与母材过渡平滑，焊缝成形美观。含量过低时上述效果不明显，含量过高时导致熔渣流动性变差，焊缝容易产生咬边、气体压坑和夹渣等缺陷。主要通过α-Al2O3来加入，粒度要求全部通过200目。
CaSiO3：兼有CaO和SiO2的作用，有脱硫和平衡焊剂酸碱度及改善焊缝成形的作用，含量过高时，其中的SiO2对熔渣的稀释作用明显，导致焊缝波纹粗大，中间结晶线纹明显；含量过低时，焊缝宽窄不均匀，严重时无法施焊。主要通过硅灰石来加入，粒度要求全部通过60目。
氟铝酸钾：可改善熔渣流动性，调整焊缝与母材之间的润湿角，同时其中的钾离子还有稳弧的作用。含量过高时，焊缝波纹粗大，成形不佳；含量过低时，焊缝与母材之间的润湿角过大，焊道发鼓。成分要求为F＞50%，Al＞18%，K＞26%，粒度要求为全部通过100目。
本发明涉及的铬镍奥氏体不锈钢烧结焊剂，匹配ER308/L和ER316/L等奥氏体不锈钢焊丝，适用于石油化工压力容器的耐蚀层埋弧堆焊和结构焊接，用以解决筒体、管板、法兰等难焊位置的堆焊和焊接问题，生产效率和焊接质量明显高于传统手工电弧焊。
通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
本发明涉及的铬镍奥氏体不锈钢埋弧焊烧结焊剂匹配ER308/L和ER316/L等奥氏体不锈钢焊丝，焊接规范平稳，脱渣性能优良，焊道宽窄均匀、堆高适中、过渡平滑，焊缝表面无气体压坑、结晶线纹、裂纹和粘渣等缺陷，采用适当的焊接规范，熔敷金属铁素体含量可控制在3～8％范围内，因此具有良好的力学性能和耐腐蚀性能。且本发明涉及的铬镍奥氏体不锈钢埋弧焊烧结焊剂组分简单，特别有利于简化生产过程中的质量控制，从而使产品质量的稳定性更容易得到保障。
本焊剂匹配ER308L和ER316L等奥氏体不锈钢焊丝，适用于石油化工压力容器的耐蚀层埋弧堆焊和结构焊接，用以解决筒体、管板、法兰等难焊位置的堆焊和焊接问题，生产效率和焊接质量明显高于传统手工电弧焊。本烧结焊剂组分简单，特别有利于简化生产过程中的质量控制，从而使产品质量的稳定性更容易得到保障。
具体实施方式
（1）焊剂配方
下面的表1列出了4个焊剂配方的干粉质量配比，这4个配方焊剂匹配ER308L和ER316L焊丝，采用适当的焊接规范，焊接工艺性能良好。
表 1  焊剂配方干粉质量配比
编号 CaF2 Al2O3 CaSiO3 氟铝酸钾
F1 38 40 19 3
F2 55 39 4.5 1.5
F3 55 30 14 1
F4 46 35 18.5 0.5
（2）焊剂制备
所有粉料放入搅拌机中充分干混，再加入20～30％20℃时粘度为800MPa·S的钾钠1：1水玻璃充分湿混，然后将湿料放入造粒机中造粒，造好的焊剂颗粒送入200～250℃转动烘干炉进行40～60min低温烘干，烘干后将其送入转动烧结炉进行高温烧结，烧结温度为800～830℃，烧结时间为30～50min，出炉后冷却，筛分出12～60目的焊剂颗粒，包装，检验合格后入库，焊剂制备完成。
（3）焊接规范
表2列出了所采用的焊接规范。
表 2  焊接规范
焊接电流/A 焊接电压/V 预热及道间温度/℃ 焊接速度/cm/min 极性
400～500 30±2 150以下 45～60 直流反接
（4）焊接工艺性能
本发明焊剂匹配ER308L不锈钢焊丝焊接材质为304L奥氏体不锈钢的石油化工压力容器的筒体、管板、法兰，匹配ER316L不锈钢焊丝焊接材质为316L奥氏体不锈钢的石油化工压力容器的筒体、管板、法兰，脱渣性能优良，焊道宽窄均匀、堆高适中、过渡平滑，焊缝表面无气体压坑、结晶线纹、裂纹和粘渣等缺陷。
（5）焊接效率
本发明焊剂匹配ER308L不锈钢焊丝焊接材质为304L奥氏体不锈钢的石油化工压力容器的筒体、管板、法兰，匹配ER316L不锈钢焊丝焊接材质为316L奥氏体不锈钢的石油化工压力容器的筒体、管板、法兰，焊接质量稳定，没有手工电弧焊容易产生的气孔、夹渣、裂纹等缺陷，且在匹配相同焊丝和采用相同焊接规范条的件下，本发明焊剂所得焊道与市场上用量较大的含镁砂的不锈钢焊剂SJ601对比焊道高度相当，而焊缝宽度则是其的1.2~1.3倍，本发明焊剂有利于不锈钢焊丝的熔敷，其熔敷效率明显高于市场上用量较大的含镁砂的不锈钢焊剂。
（6）力学性能
表3列出了配方F2匹配规格为Φ4.0的ER308L和ER316L三种焊丝所得熔敷金属的力学性能。
表 3  熔敷金属力学性能
Figure 2011102834038100002DEST_PATH_IMAGE001
（7）化学成分
表4列出了ER308L和ER316L两种焊丝及其与F2焊剂匹配所得熔敷金属的化学成分。从表4可见，Cr的烧损率小于3.6%，说明焊剂的氧化性很小；焊剂并不向熔敷金属增C和增S，P的增加量也仅为0.003~0.004%，增Si量适中，在可以接受的范围，说明本焊剂向焊缝渗杂质元素很少。
表 4  焊丝及熔敷金属化学成分
Figure 2011102834038100002DEST_PATH_IMAGE002
（8）腐蚀性能
经试验验证，ER308L+ F2、ER316L+ F2两种熔敷金属试样在微沸的硫酸-硫酸铜溶液中煮沸16小时后弯曲180°，弯曲外表面均没有产生裂纹，说明两种熔敷金属具有良好的耐晶间腐蚀性能。
（9）铁素体计算
熔敷金属ER308L+ F2的铁素体计算为8%，熔敷金属ER316L+ F2的铁素体计算为6%，均在3～8％的范围，为材料获得良好的力学性能和耐蚀性能提供了保障。

Claims (3)

1.一种铬镍奥氏体不锈钢埋弧焊烧结焊剂，其特征是：烧结焊剂为矿物原料干粉组分和水玻璃混合后的烘焙烧结物，干粉组分及其重量百分比为： CaF2：38～55％、Al2O3：30～40％、CaSiO3：4.5～19％、氟铝酸钾：0.5～3％；水玻璃为占矿物原料干粉组分质量20~30% 的钾钠水玻璃。
2.根据权利要求1所述铬镍奥氏体不锈钢埋弧焊烧结焊剂，其特征是：所述的水玻璃为钾钠1:1水玻璃。
3.根据权利要求2所述铬镍奥氏体不锈钢埋弧焊烧结焊剂，其特征是：所述的水玻璃为20℃时粘度为600~1200MPa·S的钾钠1:1水玻璃。
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