CN109530966B - 含Ti奥氏体不锈钢埋弧烧结焊剂及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含Ti奥氏体不锈钢埋弧烧结焊剂，由以下成分制成：CaF2 2‑8％、SiO2 20‑28％、Al2O3 25‑30％、CaO 10‑15％、ZrO2 1‑5％、NaF 5‑10％、Na3AlF6 10‑15％、Na2O 0.5‑2％、K2O 0.5‑2％、0<Fe2O3≤3.0％、0<S≤0.060％和0<P≤0.040％。与现有的相比，本发明焊接时焊接过程稳定，焊道于母材之间、焊道与焊道之间熔合良好，脱渣容易，焊道表面成型美观，焊缝边缘整齐，无咬边、气孔、裂纹等焊接缺陷。

Description

含Ti奥氏体不锈钢埋弧烧结焊剂及制备方法
技术领域
本发明属于金属材料焊接生产过程中与焊丝配套用焊剂。采用该焊剂与相应的焊丝配套可以用于含Ti奥氏体不锈钢的焊接，焊接工艺良好，脱渣容易，成型美观、焊道与焊道之间以及焊道与母材之间熔合良好。焊缝具有好的工艺性能、特别是脱渣性能优良。
背景技术
含Ti奥氏体不锈钢是在304不锈钢基础上加入Ti元素，除了有铬碳化物以外，还可以形成钛碳化物，具有更佳的抗蠕变应力和抗应力破裂能力。其原理是Ti形成稳定的MC型化合物TiC，以碳化物形成自由焓变化来衡量，TiC 远较碳化铬稳定，减少了碳化铬的形成。
CN108723638A(一种用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂及制备方法与应用) 和CN106392379A(一种奥氏体含Nb/Ti不锈钢埋弧焊剂)均各公开了一种焊剂，但该两焊剂用于焊接含Ti奥氏体不锈钢，存在脱渣性能差、焊道表面成型丑陋、焊缝边缘不平整、咬边、气孔、裂纹等焊接缺陷。
发明内容
本发明的目的之一就在于提供一种含Ti奥氏体不锈钢埋弧烧结焊剂，该焊剂焊接含Ti奥氏体不锈钢时焊接过程稳定，焊道于母材之间、焊道与焊道之间熔合良好，脱渣容易，焊道表面成型美观，焊缝边缘整齐，无咬边、气孔、裂纹等焊接缺陷。
技术方案是：一种含Ti奥氏体不锈钢埋弧烧结焊剂，由以下成分制成：
CaF2 2-8％、SiO2 20-28％、Al2O3 25-30％、CaO 10-15％、ZrO2 1-5％、NaF 5-10％、Na3AlF6 10-15％、Na2O 0.5-2％、K2 O 0.5-2％、0<Fe2O3≤3.0％、 0<S≤0.060％和0<P≤0.040％。
作为优选，所述CaF2 5-8％、SiO2 22-25％、Al2O3 28-29％、CaO 12％-15％、 ZrO23-5％、Na3AlF6 13-14％、NaF 8-10％、0<Fe2O3≤0.5％、0<S≤0.06％和0<P ≤0.04％。
本发明的目的之二在于提供一种含Ti奥氏体不锈钢埋弧烧结焊剂的制备方法。
技术方案是：一种含Ti奥氏体不锈钢埋弧烧结焊剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将上述的焊剂各组分放入混合器内，搅拌混合均匀成混合物后，加入以混合物量计为15-20％的粘结剂混合造粒；
步骤二、造粒后的粒子经100-200℃低温烘焙、600-850℃高温烧结、筛分，即制得焊剂产品。
作为优选，所述粘结剂为钠水玻璃、钾水玻璃或钾钠水玻璃，20℃时粘度为41-43Be’，模数为3.1M。
本发明的目的之三在于提供一种焊接含Ti奥氏体不锈钢的埋弧焊方法。
技术方案是：一种焊接含Ti奥氏体不锈钢的埋弧焊方法，该方法采用上述的焊剂。
发明原理：
含Ti奥氏体不锈钢由于Ti元素的加入引起脱渣性能变差，如果熔渣中存在Al2O3、Fe2O3、V2O3、Cr2O3以及Mn2O3等三价氧化物，可与渣中二价氧化物FeO、MnO、CaO以及MgO等结合形成尖晶石复合化合物，它们的晶格常数与FeO相差不大，可以与FeO形成共晶排列，导致熔渣从焊缝表面分离困难。而Ti元素的存在，更容易形成尖晶石复合化合物，使得脱渣更为困难。
Ti元素在焊接过程中极易烧损，使得熔敷金属中Ti元素的含量跟焊丝相比会大幅降低。为了确保熔敷金属中Ti元素含量满足9×C％～1，就需要焊剂具有弱的氧化性，避免Ti元素因过渡烧损而含量偏低。
CaF2是一种碱性氟化物，在埋弧焊剂中是一种造渣剂、稀释剂并能起到去氢作用，CaF2在焊接电弧作用下电离出F-，与SiO2等反应生成SiF4气体，有助于排出电弧区的氢气，减小产生气孔的机会。CaF2熔点较低，能有效降低熔渣高温粘度，改善熔渣流动性，并提高导电性，改善焊缝成形，对改善焊接工艺，提高熔敷金属机械性能有很大的作用，合理的CaF2含量能起到稳定电弧的作用，如果CaF2过高则电弧稳定性变差。
CaO是碱性氧化物，在焊剂中起造渣和提高焊剂碱度作用，它能有效提高焊剂抗大电流能力，改善焊缝力学性能。本次发明中，CaO含量控制在10-15％时有较好效果。
Al2O3作为主要的造渣剂具有良好的化学稳定性，熔点较高，当其和CaF2共存时，能提高焊剂的脱硫能力。Al2O3含量过高会使脱渣困难。
SiO2是一种酸性物质，降低焊剂碱度，焊剂中与CaF2合理搭配，能影响焊剂的抗气孔能力。SiO2参与造渣，调整渣的凝固点、表面张力及熔渣高温粘度，对焊缝成形的控制非常重要。
ZrO2也是一直造渣材料，与SiO2的作用相当。采用部分ZrO2代替SiO2，能有效降低熔敷金属中Si的含量。
Na2O是低电离度氧化物，能提高电弧稳定性，本次发明中，含量在0.5-2％时有较好效果。
NaF是低熔点物质，能分解出F-离子，提高电弧稳定性。当含量过高时，会使熔渣熔点偏低，影响焊缝成型；同时分解出的F-较多，会使得焊接过程中弧光较为严重，不利于保护焊工眼睛。
Na3AlF6是低熔点物质，能调整熔渣熔点。高温分解出F-离子，提高电弧稳定性。一定含量的Na3AlF6能够提高焊剂的脱渣性能。
有益效果：
为改善含Ti不锈钢埋弧焊接的脱渣性能，本发明发明人们设计了一种渣系，设计合理的熔渣成分，以及合适的熔渣表面张力来改善脱渣性能。发明人们研制的含Ti奥氏体不锈钢专用埋弧烧结烧结焊剂，脱渣性能良好，力学性能满足标准要求。
本发明焊剂通过组成焊剂成分的各物质的相互结合，焊接含Ti奥氏体不锈钢时焊接过程稳定，焊道于母材之间、焊道与焊道之间熔合良好，脱渣容易，焊道表面成型美观，焊缝边缘整齐，无咬边、气孔、裂纹等焊接缺陷
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
按CaF2 5kg，SiO2 25kg；Al2O3 28kg；CaO 12kg；ZrO2 3kg；Na3AlF6 13kg； NaF8kg，Na2O 0.5kg；K2O 1.0kg；Fe2O3 0.5kg；S 0.06kg；P 0.04kg的比例将各种粉料混合器内、搅拌混合均匀后，加入20kg钾水玻璃混合造粒，再经180℃低温烘焙、760℃高温烧结、筛分，即制得焊剂产品。
表1为熔敷金属力学性能数据(经1050±10℃×3h+水冷)。
表1熔敷金属力学性能数据
Figure GDA0002980157120000051
实施例2
按CaF2 8kg，SiO2 22kg；Al2O3 29kg；CaO 12kg；ZrO2 3kg；Na3AlF6 13kg； NaF10kg，Na2O 0.5kg；K2O 1.0kg；Fe2O3 0.5kg；S 0.06kg；P 0.04kg的比例将粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入22kg钠水玻璃混合造粒，再经 180℃低温烘焙、760℃高温烧结、筛分，即制得焊剂产品。
表2为熔敷金属力学性能数据(经1050±10℃×3h+水冷)。
表2熔敷金属力学性能数据
Figure GDA0002980157120000052
实施例3
按CaF2 6kg，SiO2 25kg；Al2O3 28kg；CaO 12kg；ZrO2 4kg；Na3AlF6 14kg； NaF8kg，Na2O 0.5kg；K2O 1.0kg；Fe2O3 0.5kg；S 0.06kg；P 0.04kg的比例将粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入18kg钾钠水玻璃混合造粒，再经 180℃低温烘焙、760℃高温烧结、筛分，即制得焊剂产品。
表3为熔敷金属力学性能数据。
表3熔敷金属力学性能数据
Figure GDA0002980157120000061
实施例1-3的焊剂产品配合相应焊丝，焊接工艺性能良好，脱渣容易，力学性能满足技术要求。
实施例1-3中，焊接母材为含Ti奥氏体不锈钢。本发明中，如无特别说明，％指质量百分比。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种含Ti奥氏体不锈钢埋弧烧结焊剂，由以下成分制成：
CaF2 2-8％、SiO2 20-28％、Al2O3 25-30％、CaO 10-15％、ZrO2 1-5％、NaF 5-10％、Na3AlF6 10-15％、Na2O 0.5-2％、K2O 0.5-2％、0<Fe2O3≤3.0％、0<S≤0.060％和0<P≤0.040％。
2.根据权利要求1所述的含Ti奥氏体不锈钢埋弧烧结焊剂，其特征在于：所述CaF2 5-8％、SiO2 22-25％、Al2O3 28-29％、CaO 12％-15％、ZrO2 3-5％、Na3AlF6 13-14％、NaF 8-10％、0<Fe2O3≤0.5％、0<S≤0.06％和0<P≤0.04％。
3.一种含Ti奥氏体不锈钢埋弧烧结焊剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将权利要求1-2任一所述的焊剂各组分放入混合器内，搅拌混合均匀成混合物后，加入以混合物量计为15-20％的粘结剂混合造粒；
步骤二、造粒后的粒子经100-200℃低温烘焙、600-850℃高温烧结、筛分，即制得焊剂产品。
4.根据权利要求3所述的含Ti奥氏体不锈钢埋弧烧结焊剂的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为钠水玻璃、钾水玻璃或钾钠水玻璃，20℃时粘度为41-43Be’，模数为3.1M。
5.一种焊接含Ti奥氏体不锈钢的埋弧焊方法，该方法采用权利要求1-2任一所述的焊剂。
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