CN102554514A - 不锈钢埋弧带极堆焊用烧结焊剂及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种不锈钢埋弧带极堆焊用烧结焊剂，其中，该焊剂渣系主要由MgO-CaF₂-Al₂O₃-SiO₂组成，按重量计其配比如下：MgO：20～35％，CaF₂：15～25％，Al₂O₃：20～35％，SiO₂：15～35％，Na₃AlF₆：0～6％，合金剂：0～0.5％，其余为含Fe30％、Cr70％的Fe-Cr合金及不可避免的杂质。该焊剂可以在较宽的焊接规范(电压、电流)范围内获得润湿角良好、平整的焊道成形，具有极佳的脱渣性。

Description

不锈钢埋弧带极堆焊用烧结焊剂及其制造方法

技术领域

本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种不锈钢埋弧带极堆焊用烧结焊剂及其制造方法。

背景技术

石化，核电等行业中应用的压力容器通常需要在高温、高压及腐蚀性的介质中工作，普通材料无法承受。如果整体采用不锈钢来制造，会大大增加成本，并且由于不锈钢本身强度并不高，需要加大壁厚，增大加工制造的难度。目前通常的做法是以较高强度低合金钢锻件为基体，经卷制成筒体后，在内壁堆焊不锈钢耐蚀层，满足强度和耐腐蚀性的双重要求。

目前，常用的不锈钢堆焊方法主要有电渣堆焊和埋弧堆焊。电渣堆焊靠熔渣产生的电阻热熔化焊带，通常焊道表面成形较好。但焊接过程中焊接机头需要加装磁控装置和水冷装置，操作比较复杂，且熔深较浅，稀释率低，在加氢反应器内壁堆焊时由于氢剥离的问题使用受到限制。因此，其使用范围不如埋弧堆焊广泛。

通常，埋弧堆焊用焊剂又分为熔炼型和烧结型。熔炼型焊剂通常使用的是HJ107和HJ107Nb。熔炼型焊剂由于碱度低，焊接过程中合金元素烧损多，且焊剂中不能加入合金进行补充。另外，堆焊含Nb焊带时，存在Nb烧损严重和难脱渣等问题，需要专门配制焊剂，不能实现多带一剂。

并且，堆焊用烧结焊剂普遍存在一个最佳焊接规范，在此规范下焊接，一般能得到比较好的成型，但是当电流电压偏离这个最佳规范后，成型恶化明显，一般表现在焊道不平，易出现中间凹两边高，润湿角差。但在实际使用过程中由于设备及人员的原因，最佳规范很难得到保证。另外，在堆焊含Nb不锈钢时，烧结焊剂一般脱渣比较困难，此时如果工件壁比较薄，冷却速度慢，且曲率比较小的话，很容易粘渣，焊后的敲渣过程增大了劳动强度。

公开号为CN101518860A的中国专利“一种带极埋弧堆焊烧结焊剂”所公开的渣系中，氟化物是以CaF₂及NaF加入，且含量较低。氟化物在高温下有稀渣作用，可以降低熔渣粘度，因此，当加入量过少时，使得熔渣粘度过高，而过高的熔渣粘度会造成焊道不摊开，从而易造成咬边，夹渣等缺陷。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种不锈钢带极埋弧堆焊焊剂及其制造方法，通过合理的成分设计，该焊剂可以在较宽的焊接规范(电压、电流)范围内获得润湿角良好、平整的焊道成形，具有极佳的脱渣性。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种不锈钢埋弧带极堆焊用烧结焊剂，其中，该焊剂渣系主要由MgO-CaF₂-Al₂O₃-SiO₂组成，按重量计其配比如下：MgO：20～35％，CaF₂：15～25％，Al₂O₃：20～35％，SiO₂：15～35％，Na₃AlF₆：0～6％，合金剂：0～0.5％，其余为含Fe30％、Cr70％的Fe-Cr合金及不可避免的杂质。

所述焊剂按重量计其配比如下：MgO：30％，CaF₂：18％，Al₂O₃：28％，SiO₂：24％，Na₃AlF₆：3％，合金剂：0.2％，其余为含Fe30％、Cr70％的Fe-Cr合金及不可避免的杂质。

一种不锈钢埋弧带极堆焊用烧结焊剂的制造方法，其中，制造所述焊剂的原料按重量计配比如下：MgO：20～35％，CaF₂：15～25％，Al₂O₃：20～35％，SiO₂：15～35％，Na₃AlF₆：0～6％，合金剂：0～0.5％，其余为含Fe30％、Cr70％的Fe-Cr合金及不可避免的杂质；

将上述配比的原料依次经过如下步骤，干混→湿混→造粒→低温烘干→高温烧结，其中，最终烧结温度为700～850℃。

在本发明的不锈钢带极埋弧堆焊焊剂中，各组分的作用如下：

MgO：可提高焊剂碱度，减少焊带合金元素的烧损，并且也是主要的造渣元素。在组分中可以起到增加渣壳硬度，促进脱渣的作用。加入量过少时，一般渣壳易碎，影响清渣和脱渣。过高时，由于本身熔点较高，使熔渣熔化点升高，与铁水熔点接近，易在焊道上产生压痕。

CaF₂：熔点较低，在焊剂熔化后可起到稀渣作用。加入量少时，熔渣粘，影响焊道铺展。由于对电弧有反电离作用，加入量过大时，影响焊接稳定性，且与SiO₂反应生成SiF₄气体，造成渣壳不致密。

Al₂O₃：主要起造渣作用。加入适量时，可改善焊道表面质量，使焊波细腻。加入量过大时，会恶化脱渣。可以以氧化铝或复合铝硅酸盐的形式加入。

SiO₂：焊剂中主要的酸性氧化物，过少时焊剂碱度高，焊道成形不好。适量时，可以与MgO、Al₂O₃形成复合物，降低熔渣熔点及高温粘度，改善润湿角。过量时，由于其氧化作用，造成Cr、Nb烧损量大，且恶化脱渣。可以以石英砂或复合铝硅酸盐的形式加入。

Na₃AlF₆：与CaF₂作用相似，但稀渣作用更明显，加入适量可增强熔渣流动性，改善润湿角，过量时易造成淌渣。

合金剂：加入量在0.5％以下，可明显改善焊剂脱渣性。过量时由于脱渣过早会使焊道表面氧化严重，且恶化焊道成形。

Fe-Cr合金：该Fe-Cr合金含Fe30％、Cr70％，可通过调整加入量来补充合金，调整熔敷金属成分。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)采用本发明所述焊剂，配合60×0.5mm钢带，其焊剂在电压26～30V，电流750～1000A范围内，均可获得良好焊道成形，且具有优秀的脱渣性能，即使对于薄壁(壁厚≤30mm)小内径(内径≤2000mm)的工件也具有良好的脱渣性；

(2)采用本发明的焊剂对于含Nb的焊带，可配合奥氏体不锈钢焊带，用于换热器、反应器、蒸发器等容器的内壁堆焊，形成耐蚀层，脱渣性优良，可适用于309、308、347、316多种不锈钢的堆焊。

具体实施方式

下面，参照实施例进一步详细说明本发明。

根据本发明所述配比，配制了A、B、C、D四组不同含量的焊剂，分别采用上述A、B、C、D四组焊剂配合309L和347，在不同的堆焊规范下进行堆焊，堆焊所用试板材质为16MnR，其厚度为30mm。

其中，表1为焊剂组成；表2为焊带及母材成分；表3为堆焊规范；表4为焊剂工艺性能。

表1焊剂组成

编号	MgO	CaF2	Al2O3	SiO2	Na3AlF6	合金剂
							A	25	20	20	35	1	0
B	35	25	20	20	0	0.1
							C	30	18	28	24	3	0.2
D	20	19	35	15	6	0.5

表1为A、B、C、D四组焊剂按重量百分比的化学组成，余量为含Fe30％、Cr70％的Fe-Cr合金及不可避免的杂质。

表2焊带及母材成分

	C	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Nb
									16MnR	0.14	0.32	0.82	0.007	0.011	-	-	-
309L	0.021	0.33	2.01	0.006	0.016	23.27	13.04	-
									347	0.022	0.34	1.96	0.008	0.021	20.01	10.27	0.62

表2为焊带及母材成分按重量百分比的化学组成，余量为Fe。

表3焊接规范

规范编号	电压V	电流A	焊接速度cm/min	预热温度℃
					1	26	750	17	100～150
2	28	880	20	100～150
					3	30	1000	22	100～150

表4焊剂工艺性能

注：○：良好

较好 ◎：一般 ●较差

以309L为过渡层，以347为耐蚀层，选用C焊剂和规范2进行双层堆焊试验，对耐蚀层进行成分分析，结果如下：

C	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Nb
								0.025	0.65	1.1	0.008	0.022	19.88	10.10	0.36

由以上实施例可见，C组份焊剂在各种规范下都可以得到满意的焊接效果，且堆焊后对合金元素的烧损和杂质元素的控制都在合理范围内。

Claims (3)

1.一种不锈钢埋弧带极堆焊用烧结焊剂，其特征在于：该焊剂渣系主要由MgO-CaF2-Al₂O₃-SiO₂组成，按重量计其配比如下：MgO：20～35％，CaF₂：15～25％，Al₂O₃：20～35％，SiO₂：15～35％，Na₃AlF₆：0～6％，合金剂：0～0.5％，其余为含Fe30％、Cr70％的Fe-Cr合金及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的不锈钢埋弧带极堆焊用烧结焊剂，其特征在于：所述焊剂按重量计其配比如下：MgO：30％，CaF₂：18％，Al₂O₃：28％，SiO₂：24％，Na₃AlF₆：3％，合金剂：0.2％，其余为含Fe30％、Cr70％的Fe-Cr合金及不可避免的杂质。

3.一种如权利要求1所述的不锈钢埋弧带极堆焊用烧结焊剂的制造方法，其特征在于：制造所述焊剂的原料按重量计配比如下：MgO：20～35％，CaF₂：15～25％，Al₂O₃：20～35％，SiO₂：15～35％，Na₃AlF₆：0～6％，合金剂：0～0.5％，其余为含Fe30％、Cr70％的Fe-Cr合金及不可避免的杂质；

将上述配比的原料依次经过如下步骤，干混→湿混→造粒→低温烘干→高温烧结，其中，最终烧结温度为700～850℃。