CN102528309B - 带状电极电渣堆焊用焊剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带状电极电渣堆焊用焊剂及其制备方法，其成分的重量百分比为，CaF₂为60至62％，Al₂O₃为20至30％，SiO₂为8至10％，CaO为6至11％，金属Mn为0.6％、其余为Cr；该焊剂成分设计合理，可以保证焊接过程中的低稀释率、低合金烧损，能够获得性能优异的堆焊层，实现保证焊接工艺性能，降低焊剂消耗率，节约资源的功效。

Description

带状电极电渣堆焊用焊剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及焊接材料，尤其涉及一种适用于核电反应堆、石油加氢反应器、化肥合成塔等压力容器的大面积内衬堆焊的带状电极电渣堆焊用焊剂及其制备方法。

背景技术

随着核工业、石油和化工行业的发展，对厚壁压力容器的需求大增。诸如核反应堆、石油加氢反应器、化肥合成塔等压力容器都是在高温高压环境下运行，并且多数受到介质的腐蚀，因此要求其具有足够的耐腐蚀性。这类厚壁容器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钢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，又具有优良的耐腐蚀性能。

现有的带状电极(以下简称带极)堆焊工艺主要包括带极埋弧堆焊和带极电渣堆焊。电渣堆焊与埋弧堆焊两种焊接工艺的主要差别是熔化方式，埋弧堆焊工艺中，熔化母材和焊材所需要的热量是从电弧中得到，而电渣堆焊工艺中，热量是从电流通过熔融态渣池所产生的电阻热中得到。电渣堆焊的电流密度比埋弧堆焊的几乎大两倍，在相同的热输入条件下，电渣堆焊的稀释率仅为埋弧堆焊的一半，而熔敷率则可达到埋弧堆焊的两倍，焊道金属内的碳、氧等杂质含量也相对较低，因此目前不锈钢堆焊工艺中，普遍采用过渡层+不锈耐蚀层的双层不锈钢(带极)电渣堆焊。

但是不论采用哪种堆焊方法，作为基体的低合金钢都会对堆焊不锈钢层有一定程度的稀释。带极电渣堆焊焊剂发展至今，焊剂已经普遍能保证较高且适宜的导电性，现在技术发展的关键是在保证焊剂工艺性和冶金性能的前提下，兼顾降低母材对堆焊金属的稀释。因此带极电渣堆焊工艺中，为带极电渣堆焊选择或配备焊剂至关重要，首先要在良好工艺性下保证获得优良的不锈钢内衬，其次焊剂品质的优劣也决定着要匹配的焊带，而与焊剂匹配的不锈钢钢带、焊剂的消耗都会影响着压力容器的制造成本。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种带状电极电渣堆焊用焊剂及其制备方法，该焊剂成分设计合理，制备方法简便，可以保证焊接过程中的低稀释率、低合金烧损，能够获得性能优异的堆焊层，实现保证焊接工艺性能，降低焊剂消耗率，节约资源的功效。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。

本发明带状电极电渣堆焊用焊剂，其特征在于，其成分的重量百分比为，CaF₂为60至62％，Al₂O₃为20至30％，SiO₂为8至10％，CaO为6至11％，金属Mn为0.6％、其余为Cr。

本发明的带状电极电渣堆焊用焊剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照重量百分比称取60至62％的CaF₂、20至30％的Al₂O₃、8至10％的SiO₂、6至11％的CaO、0.6％的金属Mn以及余量的Cr，进行配料并干混料；

(2)将干混合均匀的物料过筛，去除物料中的夹杂物；

(3)过筛的物料进行复称后加入粘合剂，将物料调湿均匀；

(4)加入粘合剂调湿均匀的物料进行烘焙，并高温烧结成型；

(5)高温烧结成型的物料过筛，过筛后的颗粒包装为成品。

前述的带状电极电渣堆焊用焊剂的制备方法，其中干混料在常温下进行。

前述的带状电极电渣堆焊用焊剂的制备方法，其中干混合均匀的物料采用30目筛进行过筛。

前述的带状电极电渣堆焊用焊剂的制备方法，其中粘合剂采用水玻璃，该水玻璃的加入量为干混合物料重量的20％，加入水玻璃将该干混合物料调湿在常温下进行。

前述的带状电极电渣堆焊用焊剂的制备方法，其中加入粘合剂调湿均匀的物料进行烘焙的温度为100至150℃，高温烧结成型的温度为650～800℃。

前述的带状电极电渣堆焊用焊剂的制备方法，其中高温烧结成型物料过筛是选择大于30目而小于80目的颗粒作为成品进行包装。

本发明带状电极电渣堆焊用焊剂及其制备方法的有益效果，该焊剂成分设计合理，制备方法简便；该焊剂稀释率低；焊道成形好，无咬边，扁平焊道两侧与母材良好润湿；脱渣良好，渣壳为碎短渣，可在较高温度下自动脱渣；焊缝金属含氧量低，非金属夹杂物少；保证焊接工艺性良好的前提下，焊剂熔化量少，形成渣壳薄，仅为3至6mm，极大地降低了焊剂的消耗率。

附图说明：

图1为本发明焊接试板结构示意图。

具体实施方式

本发明带状电极电渣堆焊用焊剂，其成分的重量百分比为，CaF₂为60至62％，Al₂O₃为20至30％，SiO₂为8至10％，CaO为6至11％，金属Mn为0.6％、其余为Cr。

本发明带状电极电渣堆焊用焊剂的制备方法，其包括以下步骤：

(1)按照重量百分比称取60至62％的CaF₂、20至30％的Al₂O₃、8至10％的SiO₂、6至11％的CaO、0.6％的金属Mn以及余量的Cr，进行配料并干混料；

(2)将干混合均匀的物料过筛，去除物料中的夹杂物；

(3)过筛的物料进行复称后加入粘合剂，将物料调湿均匀；

(4)加入粘合剂调湿均匀的物料进行烘焙，并高温烧结成型；

(5)高温烧结成型的物料过筛，过筛后的颗粒包装为成品。

本发明带状电极电渣堆焊用焊剂的制备方法，其中：干混料在常温下进行；干混合均匀的物料采用30目筛进行过筛；粘合剂采用水玻璃，该水玻璃的加入量为干混合物料重量的20％，加入水玻璃将该干混合物料调湿在常温下进行：加入粘合剂调湿均匀的物料进行烘焙的温度为100至150℃，高温烧结成型的温度为650～800℃；高温烧结成型物料过筛是选择大于30目而小于80目的颗粒作为成品进行包装。

实施例一：

本发明带状电极电渣堆焊用焊剂的制备。

(1)称取重量百分比为60％的CaF₂、25％的Al₂O₃、8％的SiO₂、6％的CaO、0.6％的金属Mn以及0.4％的Cr，进行配料，并在常温下进行干混料；

(2)将干混合均匀的物料用30目筛过筛，去除物料中的夹杂物；

(3)过筛的物料进行复称，复称的重量为：每单份干混合物料的重量为50±0.5Kg，然后加入10kg水玻璃，将物料在常温下调湿均匀；

(4)加入水玻璃调湿均匀的物料在130±5℃的温度下进行烘焙，并在700±10℃的高温烧结成型；

(5)将高温烧结成型的物料进行过筛，选择大于30目而小于80目的颗粒作为成品进行包装。

成品焊剂检验，按重量每400kg焊剂抽样50g，用Axios X射线荧光分析仪对抽取样品进行成分检测，并与焊剂设计成分对比，误差在±2％内，即为合格品。

实施例二：

本发明带状电极电渣堆焊用焊剂的使用。

使用上述本发明实施例一所配制生产的一组焊剂，与表1中焊带匹配，在试板1上进行双层堆焊，改试板1的厚度为80mm，材质为2.25Cr-1Mo，焊接试板如图1所示，该母材试板1的首层堆焊过渡层(309L)2，该过渡层2的厚度为3mm，在过渡层2上堆焊第二层不锈耐蚀层(347L)3，堆焊的第二层不锈耐蚀层的厚度为3.5mm。焊接规范见表2，焊后进行690℃±14℃×26h的最大热处理。对焊接试板进行了化学和性能检测：根据堆焊层的厚度，在堆焊层表面加工平整，见金属光泽后，按每层厚度为0.5mm进行分层取样，并进行化学分析；化学分析见表3，并对焊接试板进行了侧弯试验、晶间腐蚀试验、金相试验、硬度和氢剥离试验，试验标准及试验结果见表4。

表1匹配焊带化学

表2焊接规范

表3分层化学分析成分表

表4堆焊熔敷金属性能试验分析表

本发明实施例采用烧结法进行生产，烧结温度为650℃-850℃。

本发明带状电极电渣堆焊用焊剂，可以与带宽为19至90mm的不锈钢焊带(300系列不锈钢，如309L、347L等)匹配，可获得耐蚀性优异的超低碳不锈钢层。

本发明带状电极电渣堆焊用焊剂具有如下优点：

1、稀释率低，在双层堆焊中，第一层可放弃一般Cr24％、Ni13％型不锈钢钢带，即采用Cr22％、Ni11％型不锈钢钢带就可获得耐蚀性优良的堆焊层，从而降低制造成本。因为，电渣堆焊主要是通过熔渣的电阻热熔化带极，在本发明中CaF₂是主要的导电成分，其熔化后电离成Ca²⁺和F^-，使熔渣具有高的导电性，在其含量太低时，容易产生电弧，但若含量过高，导电性太好，电阻热降低，就不利于熔合，因此本焊剂CaF₂含量控制在60％至62％之间，并通过添加一定量Al₂O₃，其化学性能稳定，具有较高的电阻，增加电阻热，调节熔渣导电性能，使焊接过程中熔渣产生的电阻热足够熔化带极，而母材的熔化较少，所以降低对堆焊层化学成分影响，即得到稀释率低的堆焊层。

2、焊道成形好，无咬边，扁平焊道两侧与母材良好润湿；脱渣良好，可较高温度下自动脱渣，从而避免焊接过程中出现夹渣、未熔合等焊接缺陷、降低了焊工的操作难度，提高焊接效率。在本发明申请的焊剂中CaF₂、Al₂O₃、SiO₂联合作为造渣剂，大量的CaF₂存在，使熔渣高温流动性大，而SiO₂能与Al₂O₃、CaO等发生反应，生成低熔点复合物，增加熔渣的的高温粘度，改善熔渣的流动性，在冷却过程中，渣的粘度迅速降低，约束焊道成形，并调节润湿角；并且本发明焊剂碱度高氧化性低，熔渣与金属间膨胀系数的相差大，焊道容易脱渣，可较高温度下自动脱渣。

3、焊缝金属含氧量低，非金属夹杂物少，从而获得优良的耐腐蚀堆焊层。在本发明申请的焊剂中，首先采用高品位的原材料制造焊剂，严格控制原材料中的S、P等杂质含量；第二就是本焊剂碱度高，并通过添加金属Mn、CaO等进行脱氧、脱S、脱P等，从而提高了焊缝金属的纯净度。

4、在焊接过程中，保证焊接工艺性良好的前提下，焊剂熔化量少，形成渣壳薄，仅为3至6mm，极大地降低了焊剂的消耗率。在本发明申请的焊剂中CaF₂、Al₂O₃、SiO₂、CaO联合作为造渣剂，这些氧化物互相反应时，能生成低熔点的化合物和共熔体，这些共熔体互相溶解，在按照本发明设计成分比例烧结所成焊剂，其熔化温度比所匹配焊带的熔点低200～250℃，因此焊接过程中渣容量足够起到保护作用，而不过多熔解焊剂，极大地降低了焊剂的消耗率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种带状电极电渣堆焊用焊剂，其特征在于，其成分的重量百分比为，CaF₂为60至62％，Al₂O₃为20至30％，SiO₂为8至10％，CaO为6至11％，金属Mn为0.6％、其余为Cr；各组分含量重量百分数之和等于100％。

2.一种如权利要求1所述的带状电极电渣堆焊用焊剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照重量百分比称取60至62％的CaF₂、20至30％的Al₂O₃、8至10％的SiO₂、6至11％的CaO、0.6％的金属Mn以及余量的Cr，进行配料并干混料；

(2)将干混合均匀的物料过筛，去除物料中的夹杂物；

(3)过筛的物料进行复称后加入粘合剂，将物料调湿均匀；

(4)加入粘合剂调湿均匀的物料进行烘焙，并高温烧结成型；

(5)高温烧结成型的物料过筛，过筛后的颗粒包装为成品。

3.根据权利要求2所述的带状电极电渣堆焊用焊剂的制备方法，其特征在于，所述干混料在常温下进行。

4.根据权利要求2所述的带状电极电渣堆焊用焊剂的制备方法，其特征在于，所述干混合均匀的物料采用30目筛进行过筛。

5.根据权利要求2所述的带状电极电渣堆焊用焊剂的制备方法，其特征在于，所述粘合剂采用水玻璃，该水玻璃的加入量为干混合物料重量的20％，加入水玻璃将该干混合物料调湿在常温下进行。

6.根据权利要求2所述的带状电极电渣堆焊用焊剂的制备方法，其特征在于，所述加入粘合剂调湿均匀的物料进行烘焙的温度为100至150℃，高温烧结成型的温度为650～800℃。

7.根据权利要求2所述的带状电极电渣堆焊用焊剂的制备方法，其特征在于，所述高温烧结成型物料过筛是选择大于30目而小于80目的颗粒作为成品进行包装。