CN102922169B - 一种镍铬铁合金钢焊接用镍基焊条 - Google Patents

Abstract

该发明属于镍铬铁合金钢焊接用镍基焊条，包括重量百分比含量为：2.5≤Mn≤4.0、15.0≤Cr≤18.0、2.0≤Fe≤5.0、0.4≤Ti≤1.0、1.5≤Nb≤2.5、Co≤0.05、Cu≤0.30、C≤0.04、S≤0.010、P≤0.025、Si≤0.20、余量为Ni的焊芯；药皮中各成分的重量百分比含量分别为：金红石粉22～37％、冰晶石粉15～30％、大理石粉20～35％、钛铁矿粉2～5％、碳酸钡3～8％、海藻酸钠0.5～1％、纯碱0.2～0.6％、电解锰4～8％、铌铁粉7～10％；以及粘结剂。该发明具有焊接工艺性好、焊缝光亮、成型美观，焊道高度及焊缝浸润角适中；熔敷金属在常温、特别是在超低温、高温条件下的力学综合性能尤为突出；其焊接体可在从-196℃超低温至980℃工作温度范围内安全、可靠地使用等特点。

Description

一种镍铬铁合金钢焊接用镍基焊条

技术领域

本发明涉及一种焊接加工用电焊条，特别是一种满足GB/T13814-2008中ENi6062要求的专用于焊接耐热、耐高温腐蚀、高温持久强度要求较高的镍铬铁合金(UNS N06600、UNSN06601)焊条，采用该焊条加工的焊接体可在从-196℃超低温至980℃工作温度范围内安全、可靠地使用；尤其适用于对航天、石油化工、食品加工设备、热处理设备等领域使用的Inconel600对接及其与不锈钢类异种材料的焊接。

背景技术

镍基合金是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。镍基合金以镍为基础，并含有其他合金元素，且在一些介质中具有很好的耐腐蚀性。主要有镍、镍钼(镍钼铁)合金、镍铬(镍铁)合金、镍铬钼、镍铬铁等几类。按照主要性能又细分为镍基高温合金，镍基耐蚀合金，镍基耐磨合金，镍基精密合金与镍基形状记忆合金。

随着工业的不断发展，镍基合金的应用越来越广泛，耐酸、耐氧化腐蚀以及INCONEL(镍铬铁合金)制作的各种大型化工设备的热交换器、核反应堆、LNG液化氮贮槽、原子炉压力容器、真空装置的制造以及异种钢的堆焊，将越来越多地应用镍基焊条；因而镍基合金焊接材料的需求量越来越大。

国内能够生产镍基合金配套焊条的厂家不多，绝大部分产品均自成体系，药皮类型有偏酸性和碱性。其中碱性药皮类型焊条，以大理石和萤石为主，配合其他一些稳弧剂和改善压涂性物质，该药皮类型焊条渣壳松脆，扩散氢含量低，但电弧稳定性差，熔池流动性差，熔渣覆盖均匀性不好，脱渣不干净、残渣不易清理，焊缝成型不平整；而偏酸性药皮类型焊条公告号为CN 101745759B、发明名称为《一种镍基焊条》即属于此类偏酸性药皮焊条，该焊条的药皮采用金红石-萤石-冰晶石偏酸性渣系、焊芯采用常规SNi6062焊丝；此类焊条虽然具有电弧稳定、熔渣覆盖性和焊缝成型较好，但却存在渣壳硬度大，脱渣不干净、焊缝表面容易留下残渣，不易清理，且其焊接后的熔敷金属在常温下的抗拉强度(Rm)、屈服强度(Rp0.2)、延伸率(A)较低，-196℃超低温下的冲击功(AKV)及600℃高温下的力学性能均难以满足要求等弊病。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研究开发一种镍铬铁合金钢焊接用镍基焊条，以达到在有效提高焊缝熔敷金属在常温、600℃高温及-196℃超低温下的力学性能的基础上，实现焊接时熔渣流动性好、电弧稳定、熔渣覆盖均匀、飞溅小、脱渣性优良，焊缝光亮、成型美观，焊道高度和焊缝浸润角适中，以及全方位操作性能好等目的。

本发明的解决方案是针对镍基合金的熔点较铁基合金的熔点高，采用普通偏酸性或碱性渣系药皮配方试制的焊条往往出现电弧稳定性不好，熔渣粘性大、熔池流动性不好，熔渣渣壳覆盖不均匀；渣壳坚硬，脱渣难，残渣清理不干净；焊缝成型不平整、表面光亮度不好等缺点。本发明采用镍铬铁合金作为焊芯，而采用酸碱复合型渣系药皮。因而本发明镍铬铁合金钢焊接用镍基焊条中焊芯的各化学成分的重量百分比含量分别为：2.5≤Mn≤4.0、15.0≤Cr≤18.0、2.0≤Fe≤5.0、0.4≤Ti≤1.0、1.5≤Nb≤2.5、Co≤0.05、Cu≤0.30、C≤0.04、S≤0.010、P≤0.025、Si≤0.20、余量为Ni；药皮中各成分的重量百分比含量分别为：金红石粉22～37％、冰晶石粉15～30％、大理石粉20～35％、钛铁矿粉2～5％、碳酸钡3～8％、海藻酸钠0.5～1％、纯碱0.2～0.6％、电解锰4～8％、铌铁粉7～10％，各成分的总量为100％；将药皮各成分的粉料按比例混合均匀后、加入总成分重22-28％的粘结剂搅拌混合均匀；然后送入压条机内按常规方法将其裹覆于焊芯上、再经低温及高温烘焙，即成；焊条中药皮的重量为焊芯重量的40-50％。

上述金红石粉中TiO₂≥91％，冰晶石粉中F≥54％、Al≥15％、Na≤29％，大理石粉中CaCO₃含量≥96％，钛铁矿粉中FeO+Fe₂O₃≥45％、TiO₂≥46％，碳酸钡中BaCO₃≥98.5％，海藻酸钠中灰份为20～30％、Na₂O为9.5～13.0％，纯碱中Na₂CO₃≥98.5％，电解锰中Mn≥99.5％，铌铁粉中Nb≥50％、Si≤2.5％、Al≤2.0％、FeO.20-30％。而所述加入总成份重22-28％的粘结剂为钠水玻璃或钾水玻璃、或钾钠水玻璃，其波美浓度为41°～43°。所述低温烘焙的温度为80-120℃，高温烘焙的温度为350-400℃。

所述镍铬铁合金钢焊接用镍基焊条焊接后熔敷金属中各化学成分的重量百分比含量分别为：C≤0.03％、Mn：2.3～3.0％、Si：0.3～0.4％、S≤0.010％、P≤0.010％、Cr：14.5～16.5％、Fe：6.0～8.3％、、Cu：0.02～0.05％、Ti：0.07～0.10％、Nb：1.6～1.8％，余量为Ni及不可避免的杂质。

本发明药皮原料中各成分的主要作用如下：

金红石：金红石的主要作用是稳定电弧、造渣，调整熔渣的表面张力、粘度、流动性等物理性能，改善提高脱渣性能，改善焊缝成型，减少飞溅等作用；金红石在药皮中的含量为22～37％。

冰晶石：主要作用是造渣，调整熔渣的物理性能，除氢和改善焊条的工艺性能；冰晶石在药皮中的含量为15～30％。

大理石：主要作用是造渣、造气，稳定电弧，提高熔渣碱度，改善脱渣性能，并有较好的脱硫能力和间接脱磷效果，分解CO₂保护焊缝不被氧、氮化，减少焊缝金属中的氢含量；大理石在药皮中的含量为20～35％。

钛铁矿：主要作用是造渣，促使熔滴呈雾状过渡，提高焊接速度，有利于焊缝脱渣和改善焊缝成型，可以部分代替金红石，降低焊条成本；钛铁矿在药皮中的含量为2～5％。

碳酸钡：主要作用是造渣、造气、稳定电弧，调整熔渣物理性能，改善脱渣性和压涂性能；碳酸钡在药皮中的含量为5～12％。

海藻酸钠：加入海藻酸钠是为了增加焊条的压涂性；海藻酸钠在药皮中含量为0.5～1％。

纯碱：纯碱可以作为润滑剂，在焊条中加入纯碱可以增加焊条的压涂性，同时也有稳弧作用；纯碱在药皮中的含量为0.2～0.6％，加入量过多则导致药皮容易吸潮。

电解锰：电解锰的加入主要是向焊缝中过度锰元素，提高焊缝金属的强度和塑性，同时可以起到脱氧脱硫、加快焊接反应速度的作用；电解锰在药皮中的含量为4～8％。

铌铁：铌可以提高焊缝金属的强度、塑性及耐热耐腐蚀的能力，铌铁的加入主要是向焊缝中过渡铌元素，满足对铌的含量的要求，铌铁的加入还可以改善焊接工艺性能；铌铁在药皮中的含量为7～10％。

本发明即通过上述成分的有机组配成药皮并与镍铬铁合金焊芯配合从而实现本发明的目的。

本发明由于采用酸碱复合型渣系药皮与镍铬铁合金焊芯配合既克服了采用普通偏酸性或碱性渣系药皮与常规SNi6062焊芯配合生产的焊条存在的电弧稳定性不好，熔渣粘性大；渣壳坚硬，脱渣难，表面光亮度差等缺陷，又有效提高了焊条熔敷金属在常温下、特别是在超低温、高温条件下使用时的力学性能。本发明在焊接时熔渣流动性好、电弧稳定、熔渣覆盖均匀、飞溅小、脱渣性优良；焊缝光亮、成型美观，焊道高度及焊缝浸润角适中，可进行直流反极性、全位置焊接且焊接性能优良；焊条熔敷金属在常温下的抗拉强度(Rm)达615MPa、屈服强度Rp0.2为380～415MPa、延伸率A达40.5～42.0％；与国外同类焊条水平相当；-196℃超低温冲击功AKV平均达121.8J；而600℃高温力学性能Rm：460～465MPa、屈服强度Rp0.2：285～305MPa、延伸率A：36.0～42.0％。因而本发明镍基焊条具有焊接工艺性好、焊缝光亮、成型美观，焊道高度及焊缝浸润角适中；熔敷金属各项力学性能指标均优良，尤其是在超低温、高温条件下使用其良好的综合性能是背景技术无法比拟的，本发明焊条加工的焊接体可在从-196℃超低温至980℃工作温度范围内安全、可靠地使用，可充分满足GB/T13814-2008中ENi6062和AWS A5.11(美国标准)中对ENiCrFe-1的要求。

具体实施方式

实施例1：

本实施例中镍铬铁焊芯的化学成分(重量百分比)分别为：C：0.026，S：0.002、P：0.006，Si：0.07，Mn：3.08，Cr：16.57，Fe：3.01，Cu；0.021，Ti：0.47，Co：0.017，Nb：1.72，余量为Ni；本实施例以配制250kg焊芯用药皮为例，药皮中各成分重量如下：含TiO₂ 94.6wt％的金红石35kg，含F 55wt％的冰晶石24kg，含CaCO₃ 98.50wt％的大理石20kg、含FeO+Fe₂O₃48.6wt％、TiO₂ 46.78wt％的钛铁矿2kg，含BaCO₃ 99.3wt％的碳酸钡3kg，含Na₂O 12.67wt％的海藻酸钠0.5kg、含Na₂CO₃ 99.1wt％的纯碱0.5kg，含Mn99.94wt％的电解锰6kg，含Nb55.48wt％的铌铁9kg；

将称量后的上述各粉料混合均匀后、加入25kg浓度(Be′)为43°、模数为3.1M的钾钠水玻璃湿拌均匀，打团制备成药皮用膏体，然后送入压条机内将其包裹于焊芯上，再经100℃低温烘焙2小时、380℃高温烘焙1小时，即成。

本实施例所制得的焊条(采用直流反接焊接)进行焊接工艺性能实验，焊接时熔渣流动性好、电弧稳定、熔渣覆盖均匀、飞溅小、脱渣性优良；焊缝光亮、成型美观，焊道高度适中，焊缝浸润角适中，全位置操作性能好；经测试：(焊条)熔敷金属成分为：C：0.026％、Mn：2.37％、Si：0.38％、S：0.008％、P：0.002％、Cr.15.465％、Fe.7.06％、、Cu：0.030％、Ti：0.075％、Nb：1.738％、余量为Ni及不可避免的杂质；熔敷金属在常温下的力学性能：Rm＝615Mpa、Rp_0.2＝415Mpa、A＝42％；-196℃超低温冲击功AKV平均值121.6J；高温600℃力学性能：Rm＝460Mpa、Rp_0.2＝285Mpa、A＝42％。

实施例2：

本实施例中焊芯成分与实施例1相同；仍以配制250kg焊芯用药皮为例，药皮中各成分重量如下：金红石22kg、冰晶石16kg、大理石35kg、钛铁矿5kg、碳酸钡6kg、海藻酸钠0.5kg、纯碱0.5kg、电解锰6kg、铌铁9kg；其余亦与实施例1相同。

本实施例所得焊条进行焊接实验，其焊接工艺性与实施例1相同；焊条熔敷金属成分为：C：0.024％、Mn.2.38％、Si：0.35％、S：0.007％、P：0.004％、Cr：14.83％、Fe.8.03％、、Cu.0.036％、Ti：0.077％、Nb：1.75％、余量为Ni及不可避免的杂质；熔敷金属在常温下的力学性能：Rm＝615Mpa、Rp_0.2＝380Mpa、A＝40.5％、-196℃超低温冲击功AKV平均值122J；高温600℃力学性能：Rm＝465Mp、Rp_0.2＝305Mpa、A＝36％。

上述实施例1、2焊接实验，两组熔敷金属常温力学性能、-196℃超低温冲击功(AKV)、600℃高温力学性能等各项力学指标均优良，可充分满足GB/T13814-2008中对ENi6062和AWS A5.11(美国标准)中对ENiCrFe-1的要求。

Claims (4)

1.一种镍铬铁合金钢焊接用镍基焊条，包括焊芯及裹覆于焊芯表面的药皮，其特征在于焊芯中各化学成分的重量百分比含量分别为：2.5≤Mn≤4.0、15.0≤Cr≤18.0、2.0≤Fe≤5.0、0.4≤Ti≤1.0、1.5≤Nb≤2.5、Co≤0.05、Cu≤0.30、C≤0.04、S≤0.010、P≤0.025、Si≤0.20、余量为Ni；药皮中各成分的重量百分比含量分别为：金红石粉22～37％、冰晶石粉15～30％、大理石粉20～35％、钛铁矿粉2～5％、碳酸钡3～8％、海藻酸钠0.5～1％、纯碱0.2～0.6％、电解锰4～8％、铌铁粉7～10％，各成分的总量为100％；将药皮各成分的粉料按比例混合均匀后、加入总成分重22-28％的粘结剂搅拌混合均匀；然后送入压条机内按常规方法将其裹覆于焊芯上、再经低温及高温烘焙，即成；焊条中药皮的重量为焊芯重量的40-50％；

所述镍基焊条焊接后熔敷金属中各化学成分的重量百分比含量分别为：C≤0.03％、Mn：2.3～3.0％、Si：0.3～0.4％、S≤0.010％、P≤0.010％、Cr：14.5～16.5％、Fe：6.0～8.3％、Cu：0.02～0.05％、Ti：0.07～0.10％、Nb：1.6～1.8％，余量为Ni及不可避免的杂质。

2.按权利要求1所述镍铬铁合金钢焊接用镍基焊条，其特征在于所述金红石粉中TiO₂≥91％，冰晶石粉中F≥54％、Al≥15％、Na≤29％，大理石粉中CaCO₃含量≥96％，钛铁矿粉中FeO+Fe₂O₃≥45％、TiO₂≥46％，碳酸钡中BaCO₃≥98.5％，海藻酸钠中灰份为20～30％、Na₂O为9.5～13.0％，纯碱中Na₂CO₃≥98.5％，电解锰中Mn≥99.5％，铌铁粉中Nb≥50％、Si≤2.5％、Al≤2.0％、Fe0.20-30％。

3.按权利要求1所述镍铬铁合金钢焊接用镍基焊条，其特征在于所述加入总成份重22-28％的粘结剂为钠水玻璃或钾水玻璃、或钾钠水玻璃，其波美浓度为41°～43°。

4.按权利要求1所述镍铬铁合金钢焊接用镍基焊条，其特征在于所述低温烘焙的温度为80-120℃，高温烘焙的温度为350-400℃。