CN105215576A - 一种镍基带极埋弧堆焊烧结焊剂及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种镍基带极埋弧堆焊烧结焊剂及制造方法。重量比组成为CaF2：25-50％、SiO2:5-20％、Al2O3:10-40％、CaO:8-20％、MgO：4-15％和Cr2O3:0-5％。将焊剂矿物粉过100目进行筛分，金属粉过40目进行筛分，放入容器中进行充分干混，加入10-30％水玻璃进行湿混，然后放入造粒机中进行造粒，造粒后在电炉中进行高温烧结，消除焊剂的水分和结晶水，烧结温度780±30℃，出炉冷却，筛分为10-60目的烧结焊剂。本发明涉及的镍基埋弧堆焊焊剂，匹配镍基高Mn高Nb焊带，适合于反应堆压力容器、蒸汽发生器管板堆焊等重要结构件的堆焊。脱渣性能优良，焊道摊开性较好，无咬边现象。

Description

一种镍基带极埋弧堆焊烧结焊剂及制造方法
技术领域
本发明涉及的是一种焊接材料，本发明也涉及的是一种焊接材料的制备方法。具体地说是一种用于压力容器内壁堆焊焊接的专用于镍基高Mn高Nb带极埋弧堆焊焊剂及其制备方法。
背景技术
随着核工业的发展，压水堆核电站蒸汽发生器管板一侧表面需要大面积堆焊镍基合金，其中带极堆焊材料为最常用的方法，堆焊效率较高，焊接方式包括：带极电渣堆焊和带极埋弧焊堆焊，但埋弧型焊剂应用较广。根据核电技术和腐蚀介质要求，其材料从INCONEL600逐渐发展到INCONEL690材料，目前三代核电技术蒸汽发生器管板堆焊材料均采用INCONEL690材料，INCONEL690经历了从EQNiCrFe-7到EQNiCrFe-7A，其中EQNiCrFe-7A使用较多，但还存在DDC裂纹等一些问题，目前焊带已经发展到EQNiCrFe-14，目的是要解决裂纹敏感性问题，针对这种焊带还没有开发相应埋弧型焊剂或不成熟，为此新型焊剂的开发变得尤为重要，其中埋弧焊焊剂较电渣型焊剂常用。本发明焊剂为埋弧型焊剂，由于INCONEL690材料有其特殊性，对堆焊层的要求较高，重点要关注堆焊层的裂纹敏感性、润湿性、DDC裂纹，为此对焊剂的要求较高，包括焊剂的工艺性能，焊剂的洁净度，工艺参数适应性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既能保证堆焊层的腐蚀性能，又具有较宽的焊接工艺参数，降低堆焊层的裂纹敏感性，解决多层焊工艺性能易出现粘渣、咬边问题的镍基带极埋弧堆焊烧结焊剂。本发明的目的还在于提供一种镍基带极埋弧堆焊烧结焊剂的制造方法。
本发明的镍基带极埋弧堆焊烧结焊剂的重量比组成为CaF2：25-50％、SiO2:5-20％、Al2O3:10-40％、CaO:8-20％、MgO：4-15％和Cr2O3:0-5％。
本发明的镍基带极埋弧堆焊烧结焊剂还可以包括：
1、还可以包括NaF：0-5％或/和铁合金：0-8％。
2、重量比组成为CaF2：38-45％、SiO2:7-14％、Al2O3:12-35％、CaO:11-18％、MgO：4-12％和Cr2O3:1-4％。
本发明的镍基带极埋弧堆焊烧结焊剂的制造方法为：
(1)配料：按重量比组成为CaF2：25-50％、SiO2:5-20％、Al2O3:10-40％、CaO:8-20％、MgO：4-15％和Cr2O3:0-5％的组分配料，并置于同一容器中；
(2)干混：搅动使粉末混合均匀；
(3)湿混：加入模数为2.6的钾钠水玻璃、K:Na＝1:1水玻璃均匀混合；
(4)造粒：将湿料进行转动造粒，达到10-60目得颗粒；
(5)烧结：在电炉中进行高温烧结，消除焊剂的水分和结晶水，烧结温度780±30℃；
(6)筛分：进行筛分形成成品焊剂。
本发明的镍基带极埋弧堆焊烧结焊剂的制造方法还可以包括：在烧结先进形低温烘干，低温烘干的温度为200±20℃。
本发明提供了一种新型焊带匹配的埋弧型烧结焊剂，该焊剂的成分设计合理，既能保证堆焊层的腐蚀性能，又具有较宽的焊接工艺参数。有效的杂质元素控制，降低堆焊层的裂纹敏感性，合理的碱度设计，解决多层焊工艺性能易出现粘渣、咬边现象。
CaF2：主要作用是起到造渣、脱硫、去氢作用。由于镍基合金的粘度较大，一般需要增加堆焊金属的摊开性，减少咬边等倾向，CaF2过低，焊剂脱渣性能下降，熔渣粘度增大，成型不良，搭接过程中出现咬边现象，为此希望尽量高些，但是过高降低堆焊金属成型，电弧形式不明显，同时带入过多的杂质元素，增加镍基裂纹敏感性。
SiO2：主要作用是脱渣，改善工艺性能，但是含量过多的时候，使氧化性增强，加大堆焊层合金元素的烧损，降低堆焊金属的力学性能和腐蚀性能，同时过多的SiO2也将会导致焊缝金属增硅，增加堆焊金属的裂纹敏感性，为此SiO2优选含量控制在5-15％。
Al2O3:主要作用是脱渣，属于中性氧化物，可以改善焊缝成型，当含量过低时，熔渣的熔点和粘度较低，覆盖性较差，焊道波纹较粗，当含量过高时，熔渣的熔点增加，焊道的高温停留时间较短，导致摊开性较差，焊道易出现咬边现象，同时波纹变粗。
CaO：主要作用是造渣，调整碱度的作用，稳定电弧的作用，防止飞溅有一定好处，同时CaO具有脱S的作用，可以改善镍基堆焊金属的纯净度，但含量过高会影响焊缝成型，脱渣困难。
MgO：主要是造渣，提高熔渣的碱度，但是MgO熔点较高，加入过高，多提高熔渣凝固温度，抑制渣的流动性，加入量超过15％时候，会使焊道成型变差，脱渣困难。
Cr2O3:改善焊缝成形，对脱渣有一定的好处。
NaF：增加堆焊金属的润湿性，防止咬边。
合金剂(铁合金)：主要作用是脱氧和补充合金烧损，同时加入一定量的合金为了降低镍基裂纹敏感性，改善金属的力学性能。
本发明在总结目前成熟的镍基合金焊接材料的基础上，综合考虑各合金元素对镍基合金焊接材料力学性能、耐蚀性能及抗裂性能的影响，优化合金成分，从而保证研制镍基合金焊接材料性能达标，在焊接过程中镍基合金具有较高的焊接热裂纹敏感性，在弧坑易产生裂纹，晶间液膜是引发镍基合金单相组织凝固裂纹的最主要冶金因素，内部成分不均匀或熔池不洁净，有C、S、P、Si等元素在熔池中形成低熔点共晶，结晶过程中杂质偏析现象比较严重，为防止焊接热裂纹的产生，必须控制S、P等杂质的含量，以提高熔敷金属的纯净度。首先，严格控制焊剂杂质元素C、SiO2、S、P含量。选用含S、P等杂质元素低的粉料和合金作为焊剂制备原材料，调整合金化元素Nb、Ti、Mn和Mo等的含量，以降低熔敷金属结晶裂纹和DDC的敏感性。既要保证堆焊金属各项力学性能和腐蚀性能要求，又要具有良好的焊接工艺性能，特别是多层焊接工艺性能，镍基材料的粘度较大，焊接多层焊过程中易出现粘渣现象，为此要求开发的焊剂，具有合理的成分设计，焊剂碱度适中，工艺适应性较强。
本发明涉及的镍基埋弧堆焊焊剂，匹配镍基高Mn高Nb焊带，适合于反应堆压力容器、蒸汽发生器管板堆焊等重要结构件的堆焊，发明的埋弧型焊剂，脱渣性能优良，焊道摊开性较好，无咬边现象，多层焊接不粘渣，脱渣容易，达到电渣型焊剂的工艺性能，同时采用杂质含量较低的原材料，配套解决了镍基材料结晶裂纹，DDC等关键指标，因此具有良好的力学性能和耐蚀性能。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述，但是本发明的保护范围不局限于这些实例。
将焊剂矿物粉过100目进行筛分，金属粉过40目进行筛分，放入容器中进行充分干混，加入10-30％水玻璃进行湿混，然后放入造粒机中进行造粒，造粒后在电炉中进行高温烧结，消除焊剂的水分和结晶水，烧结温度780±30℃，出炉冷却，筛分为10-60目的烧结焊剂，进行包装。
分别配制3中粉料，配方编号为FM1-FM3，具体成分列入表1中。三种材料均配合镍基EQNiCrFe-14焊带。采用埋弧焊工艺在40mm厚的SA508-III钢上进行焊接。
表1焊剂配方具体成分(按重量百分比)
编号 CaF2 Al2O3 MgO SiO2 CaO 铁合金 Cr2O3
FM1 38 12 4 9 11 2 1
FM2 42 31 6 7 15 4 2
FM3 45 35 12 14 18 6 4
表2堆焊工艺参数
表3焊剂堆焊工艺性能
注：○：良好△：较好▽：一般
表4焊带化学成分(重量％)
C Si Mn S P Cr Nb
0.024 0.18 3.96 0.002 0.001 29.57 2.37
Al Ti Mo Cu Co Fe 残余物质
0.18 0.55 0.003 0.05 0.002 9.00 Ni及不可避免杂质
表5堆焊金属未稀释化学成分
编号 C Si Mn S P Cr Nb
FM1 0.018 0.41 3.76 0.005 0.006 29.02 2.12
FM2 0.023 0.26 3.84 0.004 0.004 29.13 2.01
FM3 0.024 0.33 3.98 0.004 0.006 29.00 2.23
编号 Al Ti Mo Cu Co Fe 残余物质
FM1 0.012 0.024 0.003 0.03 0.002 9.45 -
FM2 0.013 0.020 0.002 0.02 0.002 9.35 -
FM3 0.020 0.032 0.003 0.03 0.002 9.58 -
表6堆焊金属性能
实施例中的三种焊剂FM1-FM3，依据国家标准GB/T17854和NB/T47018-2011中规定的焊剂成分，S≤0.035％，P≤0.040％，实际成分FM1：S＝0.020，P＝0.024，FM2：S＝0.022，P＝0.025，FM3：S＝0.024，P＝0.028，均满足标准要求。
由上述实施例中所测试的各类指标和性能上，可以看出：
(1)本发明中的焊剂杂质含量低，尽量减少原材料中带来的有害杂质，降低焊剂中的氧含量，保证焊缝金属的纯净度。加入了CaO和铁合金进一步增加堆焊金属的脱S、P效果，尽量减少硅酸盐的加入，抗裂纹开裂能力强，攻克了同类产品裂纹敏感性高的问题。
(2)通过调整焊剂的熔点和表面张力，重点解决了镍基材料埋弧焊方法脱渣困难，咬边等严重问题，搭接良好。
(3)本发明中生产制造镍基埋弧焊焊剂工艺简单，易操作，可实现稳定化生产。

Claims (8)

1.一种镍基带极埋弧堆焊烧结焊剂，其特征是重量比组成为CaF2：25-50％、SiO2:5-20％、Al2O3:10-40％、CaO:8-20％、MgO：4-15％和Cr2O3:0-5％。
2.根据权利要求1所述的镍基带极埋弧堆焊烧结焊剂，其特征是重量比组成为CaF2：38-45％、SiO2:7-14％、Al2O3:12-35％、CaO:11-18％、MgO：4-12％和Cr2O3:1-4％。
3.根据权利要求1或2所述的镍基带极埋弧堆焊烧结焊剂，其特征是还包括NaF：0-5％或/和铁合金：0-8％。
4.一种镍基带极埋弧堆焊烧结焊剂的制造方法，其特征是：
(1)配料：按重量比组成为CaF2：25-50％、SiO2:5-20％、Al2O3:10-40％、CaO:8-20％、MgO：4-15％和Cr2O3:0-5％的组分配料，并置于同一容器中；
(2)干混：搅动使粉末混合均匀；
(3)湿混：加入模数为2.6的钾钠水玻璃、K:Na＝1:1水玻璃均匀混合；
(4)造粒：将湿料进行转动造粒，达到10-60目得颗粒；
(5)烧结：在电炉中进行高温烧结，消除焊剂的水分和结晶水，烧结温度780±30℃；
(6)筛分：进行筛分形成成品焊剂。
5.根据权利要求4所述的镍基带极埋弧堆焊烧结焊剂的制造方法，其特征是：在烧结先进形低温烘干，低温烘干的温度为200±20℃。
6.根据权利要求4或5所述的镍基带极埋弧堆焊烧结焊剂的制造方法，其特征是：重量比组成为CaF2：38-45％、SiO2:7-14％、Al2O3:12-35％、CaO:11-18％、MgO：4-12％和Cr2O3:1-4％。
7.根据权利要求4或5所述的镍基带极埋弧堆焊烧结焊剂的制造方法，其特征是：重量比组成还包括NaF：0-5％或/和铁合金：0-8％。
8.根据权利要求6所述的镍基带极埋弧堆焊烧结焊剂的制造方法，其特征是：重量比组成还包括NaF：0-5％或/和铁合金：0-8％。
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