CN104741815A - 一种用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，包括焊芯和药皮，其中焊芯包括：C≤0.03％、Mn为2.00-5.00％、Si≤0.30％、Ni为63.0％-70.0％、Fe≤1.0％、Co≤0.015％、S≤0.010％、P≤0.015％、Ti为0.010％-0.50％、Al为0.001％-0.30％、Cu；药皮包括：金红石粉2％～5％、大理石粉30％～45％、萤石粉25％～35％、钛铁粉4％～8％、硅微粉4％～8％、钛白粉1.5％～3％、纯碱0.3％～0.6％、电解锰3％～5％、钛酸钾2％～6％、硅铁1％～3％、硅锆合金0.5％～2％；该发明具有焊接工艺性好、电弧稳定、良好耐腐蚀性能。

Description

一种用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条
技术领域
本发明涉及一种焊接材料领域技术，特别是一种用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条。
背景技术
蒙乃尔合金是一种以金属镍为主，以金属铜为辅，并添加铁、锰等其它元素的镍基合金，其主要合金成分为(wt％)：C≤0.03％、Mn≤2.0％、Si≤0.50％、Ni≤63.0％、Fe≤2.5％、S≤0.020％、P≤0.025％、Cu为28.0％-34.0％及其它杂质。蒙乃尔400钢板抗拉强度为482-655MPa，屈服强度为193-517MPa，延伸率为50％-30％，密度为8.80g/cm3，弹性模量为26000ksi，加热能量为0.427J/g-℃，热导为21.8W/m-K，熔点为1300℃-1350℃，磁性为200H(At70F)。
蒙乃尔合金组织为高强度的单相固溶体，它是一种用量最大、用途最广、综合性能极佳的耐蚀合金。此合金在氢氟酸和氟气介质中具有优异的耐蚀性，是可耐氢氟酸中为数极少的重要材料之一，对热浓碱液也有优良的耐蚀性，多数水腐蚀情况下，不仅耐蚀性极佳，而且孔蚀、应力腐蚀等也很少发现，腐蚀速度小于0.025mm/a。同时还耐中性溶液、水、海水、大气、有机化合物等的腐蚀。蒙乃尔400在高温蒸汽中，腐蚀速度小于0.026mm/a。由于蒙乃尔400合金镍含量高，故可耐585℃以下无水氨和氨化条件下的腐蚀。蒙乃尔400合金同时具有良好的机械性能，从低温到高温广泛的使用温度，具有良好的冲击韧性性能和中、高强度。蒙乃尔400合金在蒙乃尔合金400在空气中连续工作的最高温度一般在600℃左右。该合金的一个重要特征是一般不产生应力腐蚀裂纹，切削性能良好，主要应用于化学和石油化工以及海洋开发等领域，可用来制造各种换热设备、锅炉给水加热器、石油和化工管线、容器、塔、槽、阀门、泵、反应釜、轴等。因此蒙乃尔合金焊条的需求量越来越大。
国内能够生产镍基合金配套焊条的厂家不多，生产蒙乃尔合金镍基焊条的厂家更少，药皮类型有偏酸性和碱性。其中而偏酸性药皮类型焊条药皮采用金红石-萤石-冰晶石偏酸性渣系；此类焊条渣壳硬度大，抗裂性差，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)的力学性能均较低的弊病。而碱性药皮类型焊条，以大理石和萤石为主，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。
发明内容
为了克服上述技术问题，本方案提出了一种用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于：焊芯包括：C≤0.03％、Mn为2.00％-5.00％、Si≤0.30％、Ni为63.0％-70.0％、Fe≤1.0％、Co≤0.015％、S≤0.010％、P≤0.015％、Ti为0.010％-0.50％、Al为0.001％-0.30％；其中，药皮包括：金红石粉2％～5％、大理石粉30％～45％、萤石粉25％～35％、钛铁粉4％～8％、硅微粉4％～8％、钛白粉1.5％～3％、纯碱0.3％～0.6％、电解锰3％～5％、钛酸钾2％～6％、硅铁1％～3％、硅锆合金0.5％～2％。
所述的用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，其中，用于在-196℃时焊缝金属。
所述的用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，其中，也可用于在600℃时焊缝金属。
所述的用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，其中，焊芯更包括Cu。
所述的用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，其中，药皮更包括粘结剂。
所述的用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，其中，粘结剂为含量22％-28％的钾钠水玻璃，浓度为41°～43°。
所述的用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，其中，粘结剂为含量22％-28％的也可以是钠水玻璃，其浓度为41°～43°。
所述的用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，其中，粘结剂为含量22％-28％的也可以是钾水玻璃，其浓度为41°～43°。
所述的用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，其中，药皮的重量为焊芯重量的30％-45％
具体实施方式
下面结合对具体实施方式加以说明：
本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，本发明的焊芯的各化学成分的重量百分比分别为(wt％)：C≤0.03％、Mn为2.00％-5.00％、Si≤0.30％、Ni为63.0-70.0％、Fe≤1.0％、Co≤0.015％、S≤0.010％、P≤0.015％、Ti为0.010％-0.50％、Al为0.001％-0.30％、其余为Cu；本发明的药皮中各成分的重量百分比含量分别为：金红石粉2％～5％、大理石粉30％～45％、萤石粉25％～35％、钛铁粉4％～8％、硅微粉4％～8％、钛白粉1.5％～3％、纯碱0.3％～0.6％、电解锰3％～5％、钛酸钾2％～6％、硅铁1％～3％、硅锆合金0.5％～2％及粘结剂，各成分的总量为100％；将药皮中各成分的粉料按比例混合均匀后、加入总成分重22％-28％的钾钠水玻璃粘结剂，浓度为41°～43°，搅拌混合均匀；送入压条机内按常规方法将其裹覆于焊芯上，再经低温和高温烘焙即成；焊条中药皮的重量为焊芯重量的30％-45％。
上述金红石粉中TiO2≤91％，大理石粉CaCO3含量≤96％，钛铁粉中Ti为25％～35％、TiO2≤46％，硅微粉中Si≤95％、钛白粉中TiO2≤99％、纯碱中Na2CO3≤98.5％、电解锰中Mn≤99.5％、钛酸钾粉中TiO2≤65％、硅铁粉中Si为43％～47％、硅锆合金S≤45％、Zr≤40％，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℃。
本发明所述药皮中，本方案采用金红石在药皮中的含量为2％～5％，金红石稳定电弧、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；但是太多的金红石易恶化熔敷金属机械性能及抗裂性。
本案中采用含量0.5％～2％的硅锆合金，细化焊缝晶粒，改善焊缝金属机械性能，太多容易增硅，恶化焊缝金属机械性能。
本案中大理石在药皮中的含量为30％～45％，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。
本发明的钛铁采用含量为4％～8％，因为该含量下的钛铁是脱氧剂，其脱氧效果要强于硅铁，两者配合保证焊接过程的氧化还原反应充分进行。
本发明的钛白粉采用含量为1.5％～3.0％，该含量下的钛白粉可作为增塑剂，改善焊条的涂压性，保证焊条的外观质量。
本发明的萤石含量是25％～35％，可以降低液态金属的表面张力，提高其流动性，降低焊缝气孔敏感性，并能够降低熔敷金属的扩散氢含量。
本方案中的纯碱在所述药皮中的含量为0.3％～0.6％，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。
本方案中的电解锰在药皮中的含量为3％～5％，向焊缝中添加锰元素，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。
本方案中硅铁在药皮中的含量为1％～3％，可以起到脱氧的作用。
本案的硅微粉为4％～8％，作用是稳弧剂和造渣剂，以及改善焊条涂压性能。本案药皮中钛酸钾含量为2％～6％，该含量的钛酸钾可改善焊条焊接工艺性能，提高焊条的压涂性能和稳定焊接电弧有益。
本发明具有多个相当突出的优点：
(I)较为合理的配方比例，具有良好的焊接工艺性能：电弧稳定性，熔池流动性好，熔渣渣壳覆盖均匀；脱渣容易；焊缝成型平整，并具有良好的焊缝抗裂性。
(2)该焊条不仅可用于蒙乃尔合金焊接，同样也可用于钢与铜及铜合金、镍铜合金等异种材料焊接，也可以用于一些超低温环境用材料的焊接，具有较广泛的应用及实用价值。
(3)该焊条焊后熔敷金属的化学成分纯度较高，性能优越，完全符合镍及镍合金焊条的GB/T13814-2008国家标准和美国标准AWSA5.11/A5.11M：2005。
另更提供本发明的用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条的制备是在常规的油压型焊条压涂机上压制成电焊条。电焊条经150℃低温烘干和350℃的高温烘干后进行焊接试验。
本发明所述的用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条力学性能入下表所述：
上述数据显示本发明的用于蒙乃尔合金镍基焊条拥有稳定的良好的拉伸强度和延伸率，在超低温-196℃具有优良的冲击韧性，完全可以满足GB/T13814-2008中对ENi4060以及AWS A5.11-2005对ENiCu-7的要求。
该发明具有焊接工艺性好、电弧稳定、成型美观、操作容易、脱渣好、焊道高度及焊缝浸润角适中，全位置焊接效果好；熔敷金属具有良好的机械性能，从超低温(-196℃)到高温(600℃)都具有优良的使用性能；熔敷金属在海水、化学溶剂、氨硫氯、氯化氢、各种酸性介质如硫酸、氢氟酸、盐酸、磷酸、有机酸，碱性介质、盐和熔融盐中具有良好耐腐蚀性能。
本发明的用于蒙乃尔合金钢焊接用镍基焊条，以用于蒙乃尔合金钢的焊接，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，具有良好的抗裂性，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。
本发明提出的用于蒙乃尔合金钢焊接用镍基焊条，克服因为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、表面光亮度不好以及焊缝抗裂性差等缺点。本发明的解决方案为保证焊缝良好的抗裂性，故采用碱性渣系药皮，对药皮中各组分的比例进行合理化调整。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (9)

1.一种用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于：
焊芯包括：C≤0.03％、Mn为2.00％-5.00％、Si≤0.30％、Ni为63.0％-70.0％、Fe≤1.0％、Co≤0.015％、S≤0.010％、P≤0.015％、Ti为0.010％-0.50％、Al为0.001％-0.30％；
药皮包括：金红石粉2％～5％、大理石粉30％～45％、萤石粉25％～35％、钛铁粉4％～8％、硅微粉4％～8％、钛白粉1.5％～3％、纯碱0.3％～0.6％、电解锰3％～5％、钛酸钾2％～6％、硅铁1％～3％、硅锆合金0.5％～2％。
2.根据权利要求1所述的用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，其中，用于在-196℃时焊缝金属。
3.根据权利要求1所述的用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，其中，用于在600℃时焊缝金属。
4.根据权利要求1所述的用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，其中，焊芯更包括Cu。
5.根据权利要求4所述的用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，其中，药皮更包括粘结剂。
6.根据权利要求5所述的用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，其中，粘结剂为含量22％-28％的钾钠水玻璃，浓度为41°～43°。
7.根据权利要求5所述的用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，其中，粘结剂为含量22％-28％的钠水玻璃，其浓度为41°～43°。
8.根据权利要求5所述的用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，其中，粘结剂为含量22％-28％的钾水玻璃，其浓度为41°～43°。
9.根据权利要求1所述的用于焊接蒙乃尔合金的镍基焊条，其中，药皮的重量为焊芯重量的30％-45％。
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