專利名稱：一種鎳鉻鐵合金鋼焊接用鎳基電焊條的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接加工用電焊條，特別是一種可滿足GB/T13814-2008中 ENi6182要求的專用于焊接耐熱、耐蝕要求較高的鎳鐵鉻合金鋼用電焊條，采用該焊條加工的焊接體可在從_196°C超低溫至980°C工作溫度范圍內(nèi)安全、可靠地使用。該焊條可用于因康鎳600與601的同材及異材的焊接，堆焊層適用于有高輻射(照)的工作環(huán)境；還可用于蒙鎳爾400與碳鋼的焊接，鎳200與不銹鋼的焊接；HaStell0y N與347SS、因康鎳600、 鎳200等的焊接；尤其適合用于原子爐壓力容器及化學(xué)槽的焊接。
背景技術(shù)：
鎳基合金是指在650 1000°C高溫下有較高的強(qiáng)度與一定的抗氧化腐蝕能力等綜合性能的一類合金。鎳基合金以鎳為基礎(chǔ)，并含有其他合金元素，且在一些介質(zhì)中具有很好的耐腐蝕性。主要有鎳、鎳鑰(鎳鑰鐵)合金、鎳鉻(鎳鐵)合金、鎳鉻鑰、鎳鉻鐵等幾類。 按照主要性能又細(xì)分為鎳基高溫合金，鎳基耐蝕合金，鎳基耐磨合金，鎳基精密合金與鎳基形狀記憶合金。
隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，鎳基合金的應(yīng)用越來越廣泛，耐酸、耐氧化腐蝕以及 INC0NEL(鎳鉻鐵合金)制作的各種大型化工設(shè)備的熱交換器、核反應(yīng)堆、LNG液化氮貯槽、 原子爐壓力容器、真空裝置的制造以及異種鋼的堆焊，將越來越多地應(yīng)用鎳基焊條；因而鎳基合金焊接材料的需求量越來越大。
國內(nèi)能夠生產(chǎn)鎳基合金配套焊條的廠家不多，絕大部分產(chǎn)品均自成體系，藥皮類型有偏酸性和堿性。其中堿性藥皮類型焊條，以大理石和螢石為主，配合其他一些穩(wěn)弧劑和改善壓涂性物質(zhì)，該藥皮類型焊條渣殼松脆，擴(kuò)散氫含量低，但電弧穩(wěn)定性差，熔池流動性差，熔渣覆蓋均勻性不好，脫渣不干凈、殘?jiān)灰浊謇?，焊縫成型不平整；而偏酸性藥皮類型焊條公告號為CN101745759B、發(fā)明名稱為《一種鎳基焊條》即屬于此類偏酸性藥皮焊條， 該焊條的藥皮采用金紅石_螢石-冰晶石偏酸性渣系；此類焊條雖然具有電弧穩(wěn)定、熔渣覆蓋性和焊縫成型較好，但卻存在渣殼硬度大，脫渣不干凈、焊縫表面容易留下殘?jiān)?，不易清理，且其焊接后的熔敷金屬在常溫下的抗拉?qiáng)度(Rm)、屈服強(qiáng)度(RpO. 2)、延伸率(A)較低，-196°C超低溫下的沖擊功(AKV)及820°C高溫下的力學(xué)性能均難以滿足要求，也不適合用于在高輻射(照)環(huán)境下工作的容器、裝置的焊接等弊病。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)存在的缺陷，研究開發(fā)一種鎳鉻鐵合金鋼焊接用鎳基電焊條，以達(dá)到在有效提高焊縫熔敷金屬在常溫、820°C高溫及_196°C超低溫下的力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)焊接時熔渣流動性好、電弧穩(wěn)定、熔渣覆蓋均勻、飛濺小、脫渣性優(yōu)良，焊縫光亮、成型美觀，焊道高度和焊縫浸潤角適中，全方位操作性能好，以及適合用于原子爐壓力容器及化學(xué)槽的焊接等目的。
本發(fā)明的解決方案是針對鎳基合金的熔點(diǎn)較鐵基合金的熔點(diǎn)高，采用普通偏酸性或堿性渣系藥皮配方試制的焊條往往出現(xiàn)電弧穩(wěn)定性不好，熔渣粘性大、熔池流動性不好， 熔渣渣殼覆蓋不均勻；渣殼堅(jiān)硬，脫渣難，殘?jiān)謇聿桓蓛簦缓缚p成型不平整、表面光亮度不好，以及不適合用于原子爐壓力容器及化學(xué)槽的焊接等缺陷。本發(fā)明采用鎳鉻鐵合金作為焊芯，而采用酸堿復(fù)合型渣系藥皮。因而本發(fā)明鎳鉻鐵合金鋼焊接用鎳基電焊條中焊芯各化學(xué)成分的重量百分比分別為2· 5 ^ Mn ^ 4. 0,15. O彡Cr彡18. 0,2. O彡Fe彡5. O、 O. 4 彡 Ti 彡 I. 0、1· 5 彡 Nb 彡 2. 5,Co ( O. 05,Cu ( O. 30,C ( O. 04,S ( O. 010,P ( O. 025、 Si ( O. 20、余量為Ni ;藥皮中各成分的重量百分比分別為金紅石粉18 35%、冰晶石粉 15 30%、大理石粉20 35%、鈦鐵礦粉6 10%、碳酸鋇3 6%、海藻酸鈉O. 5 1%、 純堿O. 2 O. 6%、電解錳12 20%、鈮鐵粉3 5%，各成分的總量為100%;將藥皮各成分的粉料按比例混合均勻后、加入總成分重22-28%的粘結(jié)劑攪拌混合均勻，然后送入壓條機(jī)內(nèi)按常規(guī)方法將其裹覆于焊芯上、再經(jīng)低溫及高溫烘焙，即成；焊條中藥皮的重量為焊芯重量的40-50%。
上述金紅石粉中TiO2彡91%，冰晶石粉中F彡54%、Al彡15%、Na彡29%， 大理石粉中CaCO3含量彡96 %，鈦鐵礦粉中FeCHFe2O3 ^ 45 %, TiO2彡46 %，碳酸鋇中BaCO3彡98. 5 %，海藻酸鈉中灰份為20 30 %、Na2O為9. 5 13. O %，純堿中 Na2CO3 彡 98. 5%，電解錳中 Mn 彡 99. 5%，鈮鐵粉中 Nb 彡 50%, Si ( 2. 5%, Al ( 2. 0%, FeO為20-30%。而所述加入總成份重22-28%的粘結(jié)劑為鈉水玻璃或鉀水玻璃、或鉀鈉水玻璃，其波美濃度為41° 43°。所述低溫烘焙的溫度為80-120°C，高溫烘焙的溫度為 350-400。。。
所述鎳鉻鐵合金鋼焊接用鎳基焊條焊條焊接后熔敷金屬化學(xué)成分的重量百分比含量分別為c 彡 O. 04%,Mn :5.0 7.0%、Si 0. 35 O. 45%,S < O. 010%,P < O. 010%, Cr 15. 5 16. 5%,Fe 6. 5 7· 5%,Cu 0. 015 O. 018%,Ti 0. 11 O. 18%,Nb 1. 5 2.0%,余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明藥皮原料中各成分的主要作用如下
金紅石粉金紅石的主要作用是穩(wěn)定電弧、造渣，調(diào)整熔渣的表面張力、粘度、流動性等物理性能，改善提高脫渣性能，改善焊縫成型，減少飛濺等作用；金紅石在藥皮中的含量為18 35%。
冰晶石粉主要作用是造渣，調(diào)整熔渣的物理性能，除氫和改善焊條的工藝性能； 冰晶石在藥皮中的含量為15 30%。
大理石粉主要作用是造渣、造氣，穩(wěn)定電弧，提高熔渣堿度，改善脫渣性能，并有較好的脫硫能力和間接脫磷效果，分解CO2保護(hù)焊縫不被氧、氮化，減少焊縫金屬中的氫含量；大理石在藥皮中的含量為20 35%。
鈦鐵礦粉主要作用是造渣，促使熔滴呈霧狀過渡，提高焊接速度，有利于焊縫脫渣和改善焊縫成型，可以部分代替金紅石，降低焊條成本；鈦鐵礦在藥皮中的含量為6 10%。
碳酸鋇主要作用是造渣、造氣、穩(wěn)定電弧，調(diào)整熔渣物理性能，改善脫渣性和壓涂性能；碳酸鋇在藥皮中的含量為3 6%。
海藻酸鈉加入海藻酸鈉是為了增加焊條的壓涂性；海藻酸鈉在藥皮中含量為 O. 5 1%。
純堿純堿作為潤滑劑，在焊條中加入純堿可以增加焊條的壓涂性，同時也有穩(wěn)弧作用；純堿在藥皮中的含量為O. 2 O. 6%，加入量過多則導(dǎo)致藥皮容易吸潮。電解錳錳在鎳基合金中主要起固溶強(qiáng)化的作用，錳可以細(xì)化鋼的晶粒，提高焊縫金屬的強(qiáng)度和塑性，同時可以起到脫氧脫硫、加快焊接反應(yīng)速度的作用；電解錳的加入主要是向焊縫中過度錳元素，使其溶入金屬材料基體中起固溶強(qiáng)化的作用，電解錳在藥皮中的含量為12 20%。鈮鐵粉鈮可以提高焊縫金屬的強(qiáng)度、塑性及耐熱耐腐蝕的能力，鈮鐵的加入主要是向焊縫中過渡鈮元素，滿足對鈮的含量的要求，鈮鐵的加入還可以改善焊接工藝性能；鈮鐵在藥皮中的含量為3 5%。本發(fā)明即通過上述成分的有機(jī)組配成藥皮并與鎳鉻鐵合金焊芯配合從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。本發(fā)明由于采用酸堿復(fù)合型渣系藥皮與鎳鉻鐵合金焊芯配合既克服了采用普通偏酸性或堿性渣系藥皮生產(chǎn)的焊條存在的電弧穩(wěn)定性不好，熔渣粘性大；渣殼堅(jiān)硬，脫渣難，表面光亮度差等缺陷，又有效提高了焊條熔敷金屬在常溫下、特別是在超低溫、高溫條件下使用時的力學(xué)性能。本發(fā)明在焊接時熔渣流動性好、電弧穩(wěn)定、熔渣覆蓋均勻、飛濺小、脫渣性優(yōu)良；焊縫光亮、成型美觀，焊道高度及焊縫浸潤角適中，可進(jìn)行直流反極性、全位置焊接且焊接性能優(yōu)良；焊條熔敷金屬在常溫下的抗拉強(qiáng)度(Rm)達(dá)為625 635MPa、屈服強(qiáng)度RpO. 2為395 425MPa、延伸率A達(dá)43 43. 5% ;_196°C超低溫沖擊功AKV平均達(dá)107J ;而820°C高溫力學(xué)性能Rm :185MPa、屈服強(qiáng)度RpO. 2 :160MPa、延伸率A達(dá)48% (美國N182-125-10TS02 中 ENiCrFe-3 的 82(TC高溫Rm = 160Mpa、Rp0.2 = 150Mpa、A = 55% ) 因而本發(fā)明鎳基焊條具有焊接工藝性好、焊縫光亮、成型美觀，焊道高度及焊縫浸潤角適中；熔敷金屬各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均優(yōu)良，尤其是在超低溫、高溫條件下使用其良好的綜合性能及堆焊層可用于有高輻射(照)的工作環(huán)境是背景技術(shù)無法比擬的，本發(fā)明焊條加工的焊接體可在從-196°C超低溫至980°C工作溫度范圍內(nèi)安全、可靠地使用，可充分滿足GB/T13814-2008中對ΕΝ 6182和AffS A5. 11 (美國標(biāo)準(zhǔn))中對ENiCrFe-3的要求等特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :本實(shí)施例中鎳鉻鐵焊芯的化學(xué)成分(重量百分比)分別為C 0. 014, S O. 003、P 0. 005，Si :0. 08，Mn :3. 09，Cr :16. 41，F(xiàn)e :2. 92，Cu :0. 016，Ti :0. 47，Co :0. 022，Nb :1. 64，余量為Ni ;本實(shí)施例以配制250kg焊芯用藥皮為例，藥皮中各成分重量如下含TiO2 94. 6wt%的金紅石粉33kg，含F(xiàn)55wt%的冰晶石粉15kg，含CaOT398 . 50wt%的大理石粉 20kg、含 Fe0+Fe20348. 77wt %, Ti0246. 82wt% 的鈦鐵礦粉 7kg,含 BaCO3 99. 3wt%的碳酸鋇4kg，含Na2O 12. 67wt %的海藻酸鈉O. 5kg，含Na2CO3 99. Iwt %的純堿O. 5kg，含Mn99. 53被％的電解錳16kg，含Nb55. 54被％的鈮鐵粉4kg ;將稱量后的上述各粉料混合均勻后、加入25kg濃度(Be')為43°、模數(shù)為3. IM的鉀鈉水玻璃濕拌均勻，打團(tuán)制備成藥皮用膏體，然后送入壓條機(jī)內(nèi)將其包裹于焊芯上，再經(jīng)100°C低溫烘焙2小時、380°C高溫烘焙I小時，即成。本實(shí)施例所制得的焊條(采用直流反接焊接)進(jìn)行焊接工藝性能實(shí)驗(yàn)，焊接時熔渣流動性好、電弧穩(wěn)定、熔渣覆蓋均勻、飛濺小、脫渣性優(yōu)良；焊縫光亮、成型美觀，焊道高度適中，焊縫浸潤角適中，全位置操作性能好；經(jīng)測試(焊條)熔敷金屬成分為C 0. 035%,Mn 5. 97%, Si :0. 38%, S :0. 008%, P :0. 004%, Cr :15. 67%, Fe :7. 3%, Cu :0. 017%, Ti O. 115%, Nb 1. 69%，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)；熔敷金屬在常溫下的力學(xué)性能Rm =625Mpa、Rp0.2 = 425Mpa、A = 43% ;_196°C超低溫沖擊功 AKV 平均值 107J ;高溫 820°C力學(xué)性能Rm = 185Mpa> Rp0 2 = 160Mpa、A = 48%。實(shí)施例2 :本實(shí)施例中焊芯成分與實(shí)施例I相同；仍以配制250kg焊芯用藥皮為例，藥皮中各成分重量如下金紅石粉18kg、冰晶石粉16kg、大理石粉32kg、鈦鐵礦粉9kg、碳酸鋇4kg、海藻酸鈉O. 5kg、純堿O. 5kg、電解猛16kg、銀鐵粉4kg ;其余亦與實(shí)施例I相同。本實(shí)施例所得焊條進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)，其焊接工藝性與實(shí)施例I相同；焊條熔敷金屬成分為C O. 034%, Mn 5. 89%, Si 0. 42%, S 0. 007%, P 0. 004%, Cr :15. 97%, Fe :7. 06%、Cu :0.016%,Ti 0. 120%,Nb :1. 64%，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)；熔敷金屬在常溫下的力學(xué)性能Rm = 635Mpa、Rp0 2 = 395Mpa、A = 43. 5%、_196°C超低溫沖擊功 AKV 平均值 105J ;高溫 820°C力學(xué)性能Rm = 215Mp、A = 21%。上述實(shí)施例1、2焊接實(shí)驗(yàn)，兩組熔敷金屬常溫力學(xué)性能、-196°C超低溫沖擊功(AKV)、820°C高溫力學(xué)性能等各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)均優(yōu)良，可充分滿足GB/T13814-2008中對ΕΝ 6182和AWSA5. 11 (美國標(biāo)準(zhǔn))中對ENiCrFe-3的要求。
權(quán)利要求
1.一種鎳鉻鐵合金鋼焊接用鎳基電焊條，包括焊芯及裹覆于焊芯表面的藥皮，其特征在于焊芯中各化學(xué)成分的重量百分比含量分別為2. 5彡Mn彡4. O、15. O彡Cr彡18. O、2. O 彡 Fe 彡 5. 0,0. 4 彡 Ti 彡 I. O、I. 5 彡 Nb 彡 2. 5、Co ( O. 05、Cu ( O. 30、C 彡 O. 04、S ^ O. 010, P ^ O. 025、Si ^ O. 20、余量為Ni ;藥皮中各成分的重量百分比含量分別為金紅石粉18 35%、冰晶石粉15 30%、大理石粉20 35%、鈦鐵礦粉6 10%、碳酸鋇3 6%、海藻酸鈉O. 5 1%、純堿O. 2 O. 6%、電解錳12 20%、鈮鐵粉3 5%各成分的總量為100% ;將藥皮各成分的粉料按比例混合均勻后、加入總成分重22-28%的粘結(jié)劑攪拌混合均勻；然后送入壓條機(jī)內(nèi)按常規(guī)方法將其裹覆于焊芯上、再經(jīng)低溫及高溫烘焙，即成；焊條中藥皮的重量為焊芯重量的40-50%。
2.按權(quán)利要求I所述鎳鉻鐵合金鋼焊接用鎳基電焊條，其特征在于所述金紅石粉中TiO2彡91%，冰晶石粉中F彡54%,Al彡15%、Na彡29%，大理石粉中CaCO3含量彡96%,鈦鐵礦粉中FeCHFe2O3彡45%,TiO2彡46%，碳酸鋇中BaCO3彡98. 5%，海藻酸鈉中灰份為20 30%、Na20為9. 5 13. 0%，純堿中Na2CO3彡98. 5%，電解錳中Mn彡99. 5%，鈮鐵粉中 Nb 彡 50%, Si ^ 2. 5%, Al ^ 2. 0%,Fe0 為 20-30%。
3.按權(quán)利要求I所述鎳鉻鐵合金鋼焊接用鎳基電焊條，其特征在于所述加入總成份重10-20%的粘結(jié)劑為鈉水玻璃或鉀水玻璃、或鉀鈉水玻璃，其波美濃度為41° 43°。
4.按權(quán)利要求I所述鎳鉻鐵合金鋼焊接用鎳基電焊條，其特征在于所述低溫烘焙的溫度為80-120°C，高溫烘焙的溫度為350-400°C。
5.按權(quán)利要求I所述鎳鉻鐵合金鋼焊接用鎳基電焊條，其特征在于鎳基焊條焊接后熔敷金屬中各化學(xué)成分的重量百分比含量分別為c彡O. 04%,Mn :5. O 7. 0%、Si :0. 35 O.45%, S < O. 010%, P < O. 010%,O.018%, Ti :0. 11 O. 18%、Nb :1. 5Cr : 15. 5 16. 5 %、Fe :6· 5 7. 5 %、Cu 2. 0%,余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。:0. 01全文摘要
該發(fā)明屬于鎳鉻鐵合金鋼焊接用鎳基焊條，包括重量百分比含量為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、余量為Ni的焊芯；藥皮各成分重量百分比分別為金紅石粉18～35％、冰晶石粉15～30％、大理石粉20～35％、鈦鐵礦粉6～10％、碳酸鋇3～6％、海藻酸鈉0.5～1％、純堿0.2～0.6％、電解錳12～20％、鈮鐵粉3～5％；及粘結(jié)劑。該發(fā)明具有焊接工藝性好、焊縫光亮、成型美觀，焊道高度及焊縫浸潤角適中；熔敷金屬在常溫、超低溫、高溫條件下的力學(xué)綜合性能優(yōu)良并可用于高輻射工作環(huán)境；其焊接體可在-196℃超低溫至980℃工作溫度范圍內(nèi)安全、可靠工作等特點(diǎn)。
文檔編號B23K35/368GK102922167SQ20121042630
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者王若蒙, 李典釗 申請人:四川大西洋焊接材料股份有限公司