CN102773635A

CN102773635A - 一种钛钙型的核电镍基焊条药皮及其制备方法

Info

Publication number: CN102773635A
Application number: CN2012102824632A
Authority: CN
Inventors: 杨光磊; 仇陆弟; 张敏娟; 何国; 秦仁耀
Original assignee: SHANGHAI POWER EQUIPMENT MANUFACTURE CO Ltd
Current assignee: China Electric Power Construction Group Equipment Institute Co Ltd; PowerChina SPEM Co Ltd
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2032-08-09
Also published as: CN102773635B

Abstract

本发明涉及焊接技术领域中的钛钙型焊条药皮，特别涉及一种用于核电设备上Inconel 690镍基材料的焊条药皮。该焊条药皮固体组份由以下质量百分数原料混合而成：大理石：12～20%、萤石：6～10%、人造金红石：35～42%、钛白粉：2～4%、长石：2～5%、金属锰：8～15%、钛铁：3～6%、纯碱：0～1%、CMC：0～1%、镍粉：1～3%、金属铬：5～8%和铌铁：5～8%。将上述组分的材料粉末混合均匀制成焊条药皮。由于采用了上述的技术解决方案，完全解决了该核电镍基材料熔点低、金属黏度大等产生的焊条焊接工艺性能不佳的问题，且焊条的熔敷金属具有良好的机械性能。

Description

一种钛钙型的核电镍基焊条药皮及其制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种焊接材料领域的焊条药皮，特别涉及一种用于核电Inconel 690镍基材料的焊条药皮及其制备方法。

背景技术

核电设备由于要长期受到高温、核辐射，其材料要求具有良好的抗辐射和耐高温性能等，因而，具有优异的耐核辐射和耐高温特性的Inconel690镍基合金被广泛应用在核电设备的关键零部件中，与之对应的焊条同时也要能承受高温强度和冲击韧性，并经核辐射后的焊条熔敷金属的各项性能可以保持基本不变。

由于镍基合金的熔点比普通的碳钢和不锈钢的熔点都要低100～150℃，且同种规格的镍基焊芯的电阻率是碳钢焊芯的近10倍，这使得目前市场上的镍基焊条的焊接工艺性能都存在一些问题，如：焊条焊接后期会出现发红、焊缝脱渣性不佳等问题或是多次高温烘干后药皮出现裂纹等，这些问题会导致焊条在焊接过程中工艺性能恶化，严重时会造成焊缝中产生缺陷，进而影响到焊条熔敷金属的机械性能。为此，必须量身定做解决镍基材料的焊接问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于为了解决上述核电Inconel 690镍基材料的焊接问题，而提供一种成分较为简单、具有优异的焊接工艺性能，且焊缝能同时有良好的高温强度和冲击韧性，并能承受核辐射的核电镍基材料焊接的焊条药皮。

为了实现上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

一种钛钙型的核电镍基焊条药皮，该药皮由固体组份和液体组份混合而成，所述液体组份的加入质量为固体组份质量的20～25%；

所述固体组分包括以下质量百分数的原料：大理石：12～20%、萤石：6～10%、人造金红石：35～42%、钛白粉：2～4%、长石：2～5%、金属锰：8～15%、钛铁：3～6%、纯碱：0～1%、羧甲基纤维素钠(CMC)：0～1%、镍粉：1～3%、金属铬：5～8%、铌铁：5～8%；

所述液体组份为钾钠水玻璃。

在本发明的一个优选实施例中，所述固体组分还包括质量百分数为0.5～2%的Cr₂O₃粉末。

在本发明的一个优选实施例中，所述固体组分还包括质量百分数为2～5%的冰晶粉或氟化稀土。

在本发明的一个优选实施例中，所述钛铁中含Ti质量百分数为27%~28%。

在本发明的一个优选实施例中，所述铌铁中含Nb质量百分数为52～55%。

所述钾钠水玻璃为20℃下40～42Beˊ的钾钠水玻璃。

所述钾钠水玻璃的钾钠比为3:1的钾钠水玻璃。

上述钛钙型的核电镍基焊条药皮的制备方法是将固体组份各原料按比例混合均匀后制成固体组份，按照固体组份质量的20～25%加入20℃下40～42Beˊ的钾钠比为3:1的钾钠水玻璃，搅拌均匀后制成所述核电镍基焊条的药皮。

本发明的技术方案原理在于：加入适量的Cr₂O₃粉末以增大药皮的高温塑性，可以提高焊条药皮的抗裂性能；加入适量的冰晶粉或氟化稀土可以改善熔渣的物理性能，降低熔渣的熔点和黏度，改善熔渣的流动性和脱渣性能，同时还可以提高熔渣的去氢能力，降低焊缝中的氢含量，提高焊缝的抗裂性能。

本发明焊条药皮中各组分的主要作用简述如下：

大理石：主要作用是造渣和造气，在焊接过程中，隔绝空气防止熔滴和焊条熔敷金属被空气中的O₂和N₂氧化和氮化。同时还能够调节熔渣的碱度、黏度、表面张力和界面张力。当药皮中大理石含量过低时，焊缝容易出现发蓝或应保护气氛不够而出现黏渣，当大理石含量过高时，使得熔渣黏度升高，致使熔渣流动性和覆盖不佳。故将药皮中大理石含量宜控制在12～20%。

萤石：主要作用是造渣和除氢，也可以降低液态金属的表面张力，使得焊缝成型美观。当药皮中无萤石或含量过低时，使得焊缝成型差，焊缝中容易出现气孔；当药皮中萤石含量过高时，熔渣的流动性过于活泼，药皮熔化速度快，出现焊接工艺性恶化。故药皮中的萤石含量应控制在6～10%。

人造金红石：主要作用是稳弧、造渣，能够调节熔渣的熔点、黏度、表面张力和流动性，改善焊缝成型和脱渣性，减少飞溅。当人造金红石含量过高时，会出现大量细且多的飞溅，且熔渣变得过于活泼，容易导致熔渣覆盖不佳；当人造金红石含量过低时，熔渣流动性也会变差，使得焊缝成型变差，且容易黏渣。故药皮中人造金红石的含量应控制在35～42%

钛白粉：其是很好的增塑剂，可以提高焊条的压涂性，加入过多会增加药皮的成本，故药皮中的钛白粉含量宜控制在2～4%。

长石：主要是用于稳弧和造渣的。适量的长石有利于脱渣，当含量过高时，会增加渣的黏度，导致熔渣的流动性变差，故药皮中的长石含量宜控制在2～5%。

钛铁：主要是起脱氧的作用，其次适量的TiFe可以提高焊接电弧的稳定性。当其含量过高时，脱氧反应过于剧烈，容易产生飞溅和覆盖变差等现象。因此，钛铁含量应控制在3～6%。

金属锰：主要是用于脱氧、造渣和渗Mn元素，提高焊缝的强度。根据熔敷金属的要求和焊芯中Mn的含量，药皮中的金属锰含量只能控制在6～12%。

镍粉：主要作用是向焊缝过渡Ni元素。考虑到焊芯中肯定含有大量的Ni，且药皮的过渡系数较大，故药皮中的Ni应控制在1～3%。

金属铬：主要作用是向焊缝过渡Cr元素。由于Cr与O的亲和力较大，焊芯中的Cr会有一定的损耗，故通过药皮来过渡一部分Cr来补足损耗，从而令焊缝中Cr含量满足焊缝熔敷金属的要求；故药皮中的Cr含量应控制在5～8%。

铌铁：主要作用是向焊缝过渡Nb元素。由于Nb具有固C的作用，降低焊缝中含C量高而对焊缝抗裂性能的影响。故药皮中铌铁含量宜控制在5～8%。

CMC和Na₂CO₃：这两种粉末材料在药皮中起增塑作用的，但容易吸潮，故在药皮中都只能稍加或者不加，故CMC和Na₂CO₃含量都应控制在0～1%。

Cr₂O₃：主要作用是造渣和改善药皮的高温塑性，并略有利于提高药皮中Cr的过渡系数，同时也可改善焊缝的脱渣性。故药皮中Cr₂O₃含量都应控制在0.5～2%。

冰晶粉/氟化稀土：主要作用是造渣和脱氢的。由于Inconel 690镍基合金的熔点相对较低，故加入适量的冰晶粉/氟化稀土可以改善熔渣的物理性能，提高熔渣的流动性。但含量过高容易致使熔渣熔点、黏度下降过度，令熔渣流动性太活泼而出现覆盖不均。故药皮中的冰晶粉/氟化稀土含量宜控制在2～5%。

通过采用上述技术方案，本发明的钛钙型的核级镍基焊条药皮的焊接工艺性能优异，焊接过程中电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性优异，熔渣覆盖和焊缝成型美观白亮、焊波细密，焊条操作性能优异。

附图说明

图1为使用本发明焊条药皮制成的焊条焊接后的焊缝的外观示意图。

其中(a)是焊条平焊时焊缝熔渣的覆盖情况，(b)是平焊焊缝的外观情况，(c)V-型坡口对接焊焊缝熔渣的覆盖情况，(d)V-型坡口对接焊焊缝的外观情况。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的作进一步的详细说明。

实施例1

该实施例的钛钙型的核电镍基焊条药皮，由固体组份和液体组份混合而成，液体组份的加入质量为固体组份质量的20～25%；其中

固体组份由以下重量百分数的原料混合而成：大理石：20%、萤石：9%、人造金红石：35%、钛白粉：2%、长石：3%、金属锰：10%、钛铁：5%、纯碱：0.5%、CMC：0.5%、镍粉：1%、金属铬：6%、铌铁：5%、冰晶粉：2%和Cr₂O₃粉末：1.0%。其中钛铁中含Ti量为27%~28%，铌铁中含Nb量为52～55%。

液体组份为20℃下40～42Beˊ钾钠比为3:1的钾钠水玻璃。

将固体组份的原材料按比例混合均匀后，用40目的筛子过筛到40目以下得固体组份干粉，固体组份干粉搅拌均匀后加入占固体组份质量含量20～25%的40～42Beˊ左右的钾钠比为3:1的钾钠水玻璃，再次搅拌均匀后制备出焊条药皮。

实施例2

固体组份由以下重量百分数的原料混合而成：大理石：16%、萤石：6%、人造金红石：39%、钛白粉：3%、长石：4%、金属锰：8%、钛铁：5%、纯碱：0.5%、CMC：0.5%、镍粉：1%、金属铬：6%、铌铁：5%、冰晶粉：5%和Cr₂O₃粉末：1.0%。

液体组份为20℃下40～42Beˊ钾钠比为3:1的钾钠水玻璃。

该实施例的焊条药皮制备方法与实施例1相同。

实施例3

固体组份由以下重量百分数的原料混合而成：大理石：12%、萤石：8%、人造金红石：42%、钛白粉：3%、长石：3%、金属锰：12%、钛铁：3%、纯碱：0.5%、CMC：0.5%、镍粉：2%、金属铬：6%、铌铁：5%、冰晶粉：4%和Cr₂O₃粉末：1.0%。

液体组份为20℃下40～42Beˊ钾钠比为3:1的钾钠水玻璃。

该实施例的焊条药皮制备方法与实施例1相同。

实施例4

固体组份由以下重量百分数的原料混合而成：大理石：18%、萤石：8%、人造金红石：38%、钛白粉：2%、长石：3%、金属锰：11%、钛铁：3%、纯碱：0.5%、CMC：0.5%、镍粉：1%、金属铬：6%、铌铁：5%、氟化稀土：3%和Cr₂O₃粉末：1.0%。

液体组份为20℃下40～42Beˊ钾钠比为3:1的钾钠水玻璃。

该实施例的焊条药皮制备方法与实施例1相同。

实施例5

固体组份由以下重量百分数的原料混合而成：大理石：15%、萤石：9%、人造金红石：36%、钛白粉：2%、长石：4%、金属锰：13%、钛铁：2%、纯碱：0.5%、CMC：0.5%、镍粉：2%、金属铬：6%、铌铁：5%、氟化稀土：4%和Cr₂O₃粉末：1.0%。

液体组份为20℃下40～42Beˊ钾钠比为3:1的钾钠水玻璃。

该实施例的焊条药皮制备方法与实施例1相同。

实施例1-5的焊条药皮压涂在镍基焊芯上，该焊条的电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性优异、焊波细密，操作性能优异，熔渣覆盖和焊缝成型美观，焊道高度适中，其焊缝的外观如图1所示；同时，该焊条的熔敷金属的力学性能测试结果如下表1所示。

表1焊条熔敷金属力学性能

Claims

1.一种钛钙型的核电镍基焊条药皮，该药皮由固体组份和液体组份混合而成，所述液体组份的加入质量为固体组份质量的20～25%；

所述液体组份为钾钠水玻璃。

2.如权利要求1所述的钛钙型的核电镍基焊条药皮，其特征在于，所述固体组分还包括质量百分数为0.5～2%的Cr₂O₃粉末。

3.如权利要求2所述的钛钙型的核电镍基焊条药皮，其特征在于，所述固体组分还包括质量百分数为2～5%的冰晶粉或氟化稀土。

4.如权利要求1至3任一项权利要求所述的钛钙型的核电镍基焊条药皮，其特征在于，所述钛铁中含Ti质量百分数为27%~28%。

5.如权利要求1至3任一项权利要求所述的钛钙型的核电镍基焊条药皮，其特征在于，所述铌铁中含Nb质量百分数为52～55%。

6.如权利要求1至3任一项权利要求所述的钛钙型的核电镍基焊条药皮，其特征在于，所述钾钠水玻璃为20℃下40～42Beˊ的钾钠水玻璃。

7.如权利要求6所述的钛钙型的核电镍基焊条药皮，其特征在于，所述钾钠水玻璃的钾钠比为3:1的钾钠水玻璃。

8.权利要求1至7任一项权利要求所述的钛钙型的核电镍基焊条药皮的制备方法，其特征在于，是将固体组份各原料按比例混合均匀后制成固体组份，按照固体组份质量的20～25%加入20℃下40～42Beˊ的钾钠比为3:1的钾钠水玻璃，搅拌均匀后制成所述核电镍基焊条的药皮。