本發(fā)明涉及用于將鐵素體不銹鋼焊接到碳鋼的方法。具體地，本發(fā)明涉及用于在用作工業(yè)電解槽中的陰極組件的此類鋼之間提供耐腐蝕的焊縫的方法。
背景
本領(lǐng)域中已知許多等級的鋼和不銹鋼并且此類鋼材料的變體持續(xù)在開發(fā)以便提供在某些特性上的改進(jìn)用于特定應(yīng)用。這些應(yīng)用要求強(qiáng)調(diào)多種多樣的特征并且包括不僅可靠的機(jī)械特征而且經(jīng)常包括專門化的耐蝕性特征。此外，經(jīng)濟(jì)以及其他原因可能使得令人希望地采用異種鋼材料并且因此用于接合此類異種鋼的方法，同時經(jīng)常要求當(dāng)維持它們的令人希望的特征。具體地，當(dāng)用異種鋼材料工作時，維持接合和/或焊接的鋼部件的可接受的耐蝕性經(jīng)常是問題。
其結(jié)果是，在本領(lǐng)域中已經(jīng)開發(fā)了許多方法用于接合和/或焊接多種異種鋼和不銹鋼的組合。例如，已經(jīng)研究了將雙相不銹鋼焊接到碳鋼上并且已經(jīng)開發(fā)了焊接技術(shù)以提供耐腐蝕的焊縫用于某些應(yīng)用。這些技術(shù)中的一些采用氣體鎢弧焊接(即GTAW或TIG焊接)并且使用雙相不銹鋼作為填料金屬。以同樣的方式，已經(jīng)研究了將雙相不銹鋼焊接到碳鋼上并且已經(jīng)開發(fā)了焊接技術(shù)以提供適當(dāng)?shù)暮缚p用于采用這種鋼組合的常規(guī)應(yīng)用。為了維持可接受的焊縫品質(zhì)，用于將鐵素體不銹鋼焊接到碳鋼的現(xiàn)有技術(shù)方法可以采用或者多種等級的不銹鋼如309或309LMo不銹鋼(奧氏體等級)或者多種等級的碳鋼作為填料金屬。當(dāng)使用此類不銹鋼填料金屬時，采用GTAW并且當(dāng)使用碳鋼填料金屬時，采用氣體金屬弧焊接(即GMAW)。(碳鋼或低合金填料金屬不應(yīng)該沉積在不銹鋼上。對于此類異種金屬，通常使用不銹鋼填料金屬，該填料金屬在總合金含量上足夠高以便防止當(dāng)用碳鋼稀釋時馬氏體形成，而同時保持殘留量的鐵素體。這抵消在焊接過程中的對于熱開裂的傾向。
專門的不銹鋼的一種應(yīng)用是用作在工業(yè)電解槽例如氯酸鈉電解槽中的電極。氯酸鈉在工業(yè)上主要是通過電解氯化鈉鹽水以產(chǎn)生氯氣、氫氧化鈉和氫氣來生產(chǎn)的。氯氣與氫氧化鈉立即反應(yīng)形成次氯酸鈉，然后次氯酸鈉轉(zhuǎn)化成氯酸鹽。在整個電解過程中，涉及復(fù)雜的電化學(xué)和化學(xué)反應(yīng)，其取決于如下參數(shù)：電解液的溫度、pH、組成和濃度，陽極和陰極的電勢和過電壓，以及設(shè)備和電解體系的設(shè)計。為了獲得最優(yōu)的結(jié)果，重要的是槽參數(shù)的選擇，諸如電極尺寸、厚度、材料、陽極涂層選項(xiàng)以及尾氣。
氯酸鹽電解槽中的陰極電極的材料選擇和配置對于電解的效率以及陰極在該電解槽中的苛刻條件下的耐久性來說是特別重要的。對材料和設(shè)計組合進(jìn)行選擇以便獲得可能的在運(yùn)行過程中的過電壓特性連同腐蝕性和抗起泡和氫脆性、成本、可制造性、以及耐久性特性的最佳組合。優(yōu)選地，任何改進(jìn)的陰極電極都能夠替代目前電解槽設(shè)計中的那些，而不需要對于其他部件(像通過焊接將它們附接到其上的載板)的其他主要設(shè)計和材料的改變。
最近，如在WO 2013/159219中披露的，改進(jìn)的陰極已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)用于氯酸鈉電解槽以及其他工業(yè)過程中。這些陰極使用低鎳含量不銹鋼(如鐵素體或某些雙相不銹鋼)，其表面已經(jīng)適當(dāng)?shù)乇槐砻娲植诨男?。然而，對于商業(yè)應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)原因，經(jīng)常優(yōu)選的是采用碳鋼載板用于這些電極。因此，令人希望的是能夠在這些表面改性的低鎳含量不銹鋼陰極和異種碳鋼載板之間提供令人滿意的焊縫用于商業(yè)氯酸鹽電解槽中。在此類電化學(xué)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)令人滿意的、長壽命、耐腐蝕的焊縫可能是挑戰(zhàn)性的。而且盡管用于制造此類焊縫的選項(xiàng)存在，對提供甚至更好的結(jié)果存在持續(xù)的需求。
概述
本發(fā)明通過提供用于將鐵素體不銹鋼零件可靠地焊接到碳鋼零件上新方法解決這些需求，同時提供改進(jìn)的耐蝕性用于某些應(yīng)用。
確切地，這些用于將鐵素體不銹鋼零件焊接到碳鋼零件上的方法包括使用填料金屬將該鐵素體不銹鋼零件弧焊接到該碳鋼零件上，其中該填料金屬是雙相不銹鋼。具體地，采用的弧焊接方法可以是GTAW焊接方法。
適合的鐵素體不銹鋼包括430、432、434、436、439、441、442、444、445、和/或446等級和/或摻雜等級的鐵素體不銹鋼，并且特別是444和445等級。其他適合的鐵素體不銹鋼包括含有穩(wěn)定摻雜劑(例如，選自下組，該組由以下各項(xiàng)組成：Cu、Mo、N、Nb、Sn、Ti、V、Zr、和W)的那些。在某些實(shí)施例中，可以優(yōu)選的是該鐵素體不銹鋼包含按重量計小于約0.03％的碳，并且特別是按重量計小于約0.005％的碳。
適合的碳鋼包括具有小于約0.14％的碳含量的那些。例如，ASTM A-516或A-285等級是適合的碳鋼。
當(dāng)以從約0.4至1.5kJ/mm范圍內(nèi)的熱量輸入、并且特別是以從約0.7至約1.2kJ/mm范圍內(nèi)的熱量輸入將該鐵素體不銹鋼零件GTAW焊接到該碳鋼零件時，可以獲得改進(jìn)的焊接的物品。
對于該方法適合的雙相不銹鋼填料金屬包括2507/P100、2594、和/或2209等級的雙相不銹鋼。在某些應(yīng)用并且使用適當(dāng)方法和焊接條件中，使用雙相不銹鋼的2507/P100和/或2594等級的超級雙相不銹鋼填料金屬可以獲得改進(jìn)的耐蝕性。
本發(fā)明總體上包括焊接的物品，其中使用雙相不銹鋼填料金屬將鐵素體不銹鋼零件焊接到碳鋼零件上。對于本發(fā)明有用的應(yīng)用包括工業(yè)電解應(yīng)用，其中該鐵素體不銹鋼零件是用于工業(yè)電解槽的陰極。此類陰極可以采用電解增強(qiáng)涂層并且經(jīng)常安裝在由碳鋼制成的載板中。本發(fā)明可以因此提供改進(jìn)的陰極和載板組件用于工業(yè)電解槽。
本發(fā)明因此特別適合于涉及氯酸鈉電解槽的工業(yè)應(yīng)用。如以上提及的，WO 2013/159219披露了用于此類電解槽的改進(jìn)的陰極，其中這些陰極具有低鎳含量并且已經(jīng)被改性或處理以便獲得一定的表面粗糙度(例如從在約1.0與5.0微米之間)。這些改進(jìn)的陰極包括表面改性的鐵素體不銹鋼陰極，其可以令人希望地附接到碳鋼載板上用于氯酸鈉電解槽中。本發(fā)明提供了一種用于獲得令人希望的耐腐蝕的陰極和載板組件的有用的方法，這些組件采用WO 2013/159219的改進(jìn)的表面改性的鐵素體不銹鋼陰極。
詳細(xì)說明
除非上下文另外要求，否則遍及本說明書和權(quán)利要求書中，詞語“包含(comprise)”、“包含著(comprising)”等等應(yīng)被解釋為開放性的、包容性的意義。詞語“一個/一種(a/an)”等等應(yīng)被認(rèn)為意指至少一個/一種并且不限于只有一個/一種。
此外，有意作出以下定義。在數(shù)值背景下，詞語“約”應(yīng)解釋為意指加或減10％。
不銹鋼指的是具有最低按質(zhì)量計10.5％的鉻含量的鋼合金。鐵素體不銹鋼由為鉻的主要合金元素區(qū)分(從約10.5wt％至30wt％的范圍內(nèi))。雙相不銹鋼又稱鐵素體-奧氏體不銹鋼，并且含有大于21wt％的鉻和從約1.4至8wt％鎳。雙相不銹鋼具有比奧氏體不銹鋼更好的焊縫耐蝕性。
表面粗糙度Rq指的是如根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JIS2001或ISO1997所測定的粗糙度的均方值，并且是以下的實(shí)例中所使用的。
本發(fā)明的方法在鐵素體不銹鋼零件與碳鋼零件之間提供品質(zhì)焊縫。這些焊縫具有令人希望的微結(jié)構(gòu)和組成并且對于在工業(yè)電解槽應(yīng)用、并且尤其氯酸鈉電解槽中使用呈現(xiàn)良好的耐蝕性。
該方法可以用于所有等級的鐵素體不銹鋼和碳鋼。如在WO2013/159219中披露的，用于改進(jìn)的氯酸鈉電解槽陰極的示例性鐵素體不銹鋼包括430、432、436、444、445、446以及其他等級并且還有某些極低的間隙類型，包括穩(wěn)定摻雜劑如Cu、Mo、N、Nb、Sn、Ti、V、和/或W。此類鐵素體不銹鋼典型地具有低碳并且可以是小于按重量計約0.03％的碳、并且對于某些類型小于按重量計約0.005％的碳。用于改進(jìn)的氯酸鈉電解槽陰極的示例性碳鋼包括具有小于約0.16％的碳含量的那些并且包括例如ASTM A-516或A-285等級。其他可能的類型包括A-612和A-537。(根據(jù)ASTM A20這些鋼被優(yōu)選分類為低碳當(dāng)量類型?；趯?shí)際的證明的化學(xué)組成，優(yōu)選的碳當(dāng)量是<0.38wt％并且更優(yōu)選<0.36wt％。)
在該方法中，使用雙相不銹鋼填料金屬(包括貧的、正規(guī)的、特級的以及超級類型)將鐵素體不銹鋼和碳鋼零件弧焊接在一起(例如，使用GTAW、GMAW、MIG/MAG、SMAW或其他焊接方法)。示例性雙相不銹鋼等級包括2507/P100、2594、和/或2209等級。對于用于改進(jìn)的氯酸鈉電解槽陰極中，使用2507/P100和/或2594等級的雙相不銹鋼(根據(jù)命名AWS A519、EN 12076)或相關(guān)的等效物可以獲得改進(jìn)的耐蝕性。
使用GTAW焊接技術(shù)可以獲得成功的焊縫。為了最小化在焊接的物品中的熱量相關(guān)的改變，在可能的情況下，通常采用間斷的焊接或跳焊。對于在電解槽中的陰極和載板組件，手工焊縫典型地是間斷填角類型的焊縫。在很大程度上，可以使用標(biāo)準(zhǔn)推薦的GTAW焊接條件。(這些焊縫具有一定的長度以及在它們之間并且沿著電極與載板之間的垂直接觸的總長度的間距。)例如，示例性焊接條件包括：75至150安培的電流范圍；9至11伏特的電壓范圍；約2至3.2mm的焊接填料焊絲直徑；以及2％涂釷鎢電極(約2至3.2mm)。此外，可以采用標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)氣體條件，例如6至12L/min的純氬(或與氮?dú)獾幕旌蠚怏w)保護(hù)氣體吹掃速率以及5至30L/min的純氬背襯氣體，但是對于更好的耐蝕性，可以考慮具有約2％氮?dú)獾谋Ｗo(hù)氣體。還可以考慮使用包括用于焊縫的凹槽和用于背襯保護(hù)吹掃的孔的銅冷卻棒。還可以使用任選的氬氣的尾隨保護(hù)(例如8-30L/min)以及從#6至#12的吹掃杯尺寸。
還可以提供標(biāo)準(zhǔn)總熱量輸入以便進(jìn)行焊接(例如1.5kJ/mm)但從約0.4至1.2kJ/mm的總熱量輸入是推薦的。另外，在典型的范圍內(nèi)的用于GTAW焊接電極的行進(jìn)速度產(chǎn)生良好的焊縫結(jié)果(例如0.8至3.4mm/sec)。焊縫的品質(zhì)還取決于控制程間溫度，其優(yōu)選地是小于約100℃，每當(dāng)要求兩程時。
該焊縫品質(zhì)可以通過點(diǎn)計數(shù)(非常精確的標(biāo)準(zhǔn)方法–ASTM E562)或通過檢查鐵素體含量(例如約42％至50％)，例如使用FMP30，來驗(yàn)證。焊縫接合品質(zhì)，腐蝕測試或服務(wù)前后，還可以通過機(jī)械特性(包括硬度分布、拉伸/彎曲測試和埃里克森(Erichsen)值)進(jìn)行評估?？梢允褂梅治龌瘜W(xué)組成來檢查對于C、S、P、O和N的不希望的雜質(zhì)(異常的水平)。另外，通過檢查焊縫微結(jié)構(gòu)的截面，可以檢測缺陷像未焊透、夾渣、孔以及粒度損害。又其他方法(無損的)包括滲透測試、放射線測試、以及超聲測試，其尋找缺陷如孔和裂縫。
而且，如在以下實(shí)例中說明的，可以使用加速的方法測定耐蝕性。為了良好的可焊性以及還有減少對于焊接后清潔的需要，所有接合表面和毗連表面必須在焊接前徹底地清潔。污物、油以及油脂可以使用有機(jī)溶劑(例如丙酮)或商業(yè)清潔劑(例如Avesta Cleaner)去除。焊接后清潔還可以用于實(shí)現(xiàn)完全令人滿意的耐蝕性。這可以機(jī)械地(例如研磨、刷凈、拋光或沖擊波)和/或化學(xué)地(例如酸洗)完成。焊接后熱處理(例如從900℃至1150℃，使用淬火或急冷)可以考慮以便改進(jìn)焊縫品質(zhì)。載板在焊接之前可以用氣焊火炬進(jìn)行預(yù)加熱(例如65℃至95℃)或焊接絲在實(shí)時進(jìn)料到焊接接頭期間可以通過施加的功率(例如12V、60A)進(jìn)行加熱。
如以上提及的，本發(fā)明的焊接方法對于使用在WO 2013/159219中披露的改進(jìn)的鐵素體不銹鋼基陰極制備用于氯酸鈉電解槽的陰極和載板組件是特別有用的。這些和其他材料，包括Ru氧化物以及其他實(shí)驗(yàn)涂覆的材料，被出乎意料地發(fā)現(xiàn)是改進(jìn)的陰極材料(如果它們的表面已經(jīng)被適當(dāng)?shù)馗男缘脑?。如果表面被粗糙化適當(dāng)?shù)牧?，可以獲得與使用碳鋼獲得的過電壓類似或更好的過電壓，而沒有不可接受的耐蝕性損失。這些改進(jìn)的表面改性的低鎳含量不繡鋼陰極可以代替現(xiàn)有的常規(guī)的碳鋼陰極，同時有利地提供更好的耐久性、成本以及性能。然而，不銹鋼陰極選項(xiàng)不能像現(xiàn)有常規(guī)陰極材料可以的那樣焊接到常規(guī)的碳鋼載板上(例如陰極可以使用碳鋼填料絲和GMAW焊接到碳鋼載板上)。相反，其他焊接技術(shù)必須使用或可替代地必須使用不同的材料用于載板。本發(fā)明方法提供改進(jìn)得多的結(jié)果。
以下實(shí)例已經(jīng)被包括來說明本發(fā)明的某些方面但是不應(yīng)該解釋為以任何方式限制。
實(shí)例
使用多種鋼組合和填充材料制備焊接的物品樣品。然后對于在氯酸鈉電解槽應(yīng)用中使用針對這些樣品的耐蝕性和其他特征對其進(jìn)行評價。
以下鋼材料用于此測試：
-ASTM A-516-55等級的碳鋼(表示為“CS”)
-430等級的鐵素體不銹鋼，具有以下組成：按重量計0.02％C、0.33％Si、0.40％Mn、0.027％P、0.001％S、16.04％Cr、0.21％Cu、0.032％Mo、0.53％Ni，其余部分是Fe(表示為“430”)
-432等級的鐵素體不銹鋼，具有以下組成：按重量計0.004％C、0.07％Si、0.08％Mn、0.022％P、0.001％S、17.20％Cr、0％Ni、0.18％Ti、0.01％N、0.48％Mo、0.02％Cu，其余部分是Fe(表示為“432”)
-444等級的鐵素體不銹鋼，具有以下組成：按重量計≤0.015％C、≤0.50％Si、≤0.50％Mn、≤0.040％P、≤0.030％S、18.00-20.00％Cr、1.75-2.25Mo、≤0.015％N、8(C+N)≤Nb、≤0.20V，其余部分是Fe(表示為“444”)
-445等級的鐵素體不銹鋼，具有以下組成：按重量計≤0.010％C、≤1.00％Si、≤1.00％Mn、≤0.040％P、≤0.007％S、≤0.60Ni、22.00-23.00％Cr、1.50-2.50Mo、≤0.020％N、16(C+N)≤Nb+Ti，其余部分是Fe(表示為“445”)
-摻雜的高純度等級的鐵素體不銹鋼，具有以下組成：按重量計0.004％C、0.06％Si、0.10％Mn、0.023％P、0.001％S、17.32％Cr、0.21％Sn、0.19％Nb+Ti組合的、0.011％N，其余部分是Fe(表示為“摻雜的”)
-LDX2101等級的貧雙相不銹鋼，具有以下組成：按重量計0.021％C、0.67％Si、5.01％Mn、0.022％P、0.001％S、21.3％Cr、1.6％Ni、0.218％N、0.28％Mo、0.29％Cu，其余部分是Fe(表示為“2101”)
-2507/P100等級的雙相不銹鋼焊條(作為填充材料)，具有以下典型的組成：按重量計0.012％C、0.34％Si、0.3％Mn、0.014％P、0.001％S、25.0％Cr、9.4％Ni、0.234％N、3.91％Mo、0.01％Nb+Ta組合的、0.08％Cu，其余部分是Fe(表示為“2507”)
-2209等級的雙相不銹鋼焊條(作為填充材料)，具有以下典型的組成：按重量計0.01％C、0.4％Si、1.6％Mn、0.014％P、0.017％S、22.8％Cr、8.7％Ni、0.16％N、3.1％Mo，其余部分是Fe(表示為“2209”)
-2594等級的雙相不銹鋼焊條(作為填充材料)，具有以下典型的組成：按重量計0.012％C、0.41％Si、0.39％Mn、0.016％P、0.0008％S、25.09％Cr、9.27％Ni、0.24％N、3.9％Mo、0.085％Cu、0.01W，其余部分是Fe(表示為“2594”)
-ER309L等級的奧氏體不銹鋼焊條(作為填充材料)，具有以下組成：按重量計0.016％C、0.34％Si、1.98％Mn、0.019％P、0.001％S、23.0％Cr、13.9％Ni、0.062％N、0.25％Mo、0.10％Cu、0.10％Co、0.008％Al、0.07％V，其余部分是Fe(表示為“309L”)
-ER309L Mo等級的奧氏體不銹鋼焊條(作為填充材料)，具有以下組成：按重量計0.008％C、0.33％Si、1.43％Mn、0.019％P、0.002％S、21.4％Cr、14.95％Ni、0.061％N、2.59％Mo、0.08％Cu、0.045％Co、0.004％Al，其余部分是Fe(表示為“309L Mo”)
然后使用以上的多種組合制備焊接的物品樣品。在所有情況下，制備代表性的單個陰極和載板組件。該載板總是具有8×2×1.5cm尺寸的開槽的碳鋼板(CS)。該陰極是具有8×2×0.2cm或8×2×0.3cm尺寸的不銹鋼板(如指示的)。所有的陰極板在焊接之前用120粒度AlO2粉末在兩側(cè)上噴砂，使得平均表面粗糙度，Rq，是在1.6至2.8um的范圍內(nèi)(如使用Mitutoyo Surftest SJ210測定的)。將陰極初始地裝配到載板槽之中并且使用填充材料和焊接程序在兩個位置縫焊，如下指示的。在所有的情況下，然后，不銹電極的焊接和熱影響區(qū)用不銹鋼絲刷在該焊縫的前后側(cè)二者上刷。正常地，這是用溫的表面(例如35℃至60℃)并且小心地進(jìn)行的以便不從該載板粘連鐵。
在制備后，使這些樣品經(jīng)受加速的腐蝕測試，其中使單個樣品暴露于來自中試規(guī)模氯酸鹽反應(yīng)器的腐蝕性的循環(huán)的“含海波(hypo-containing)”電解液。(該“含海波”電解液包含近似4g/L的HClO和NaClO的溶液，其以60L/h的流量在約70℃-80℃下循環(huán)，并且從在4kA/m2的電流密度下運(yùn)行的反應(yīng)器中獲得)。使這些樣品暴露于該電解液持續(xù)3-6小時/循環(huán)的時間并且然后針對腐蝕跡象對其進(jìn)行視覺上檢查(尤其在焊縫本身的區(qū)域以及電極的其余部分的區(qū)域)。
在第一組測試中，將多個具有8×2×0.2cm尺寸的鐵素體和雙相不銹鋼用作陰極材料。使用兩種不同的填充材料以及以下的焊接程序?qū)悠泛附釉谝黄稹?/p>
●在每種情況下使用2.4”直徑線填充材料進(jìn)行兩次GTAW焊接；第一
次是從樣品的中心運(yùn)行到一個末端并且第二次是從另一末端運(yùn)行回到
該中心
●焊接電壓的范圍是從9.3至10.2V
●焊接電流是85A
●不同的總熱量輸入和行進(jìn)速度用于每次焊接，如下表1指示的
下表1總結(jié)了制備的樣品組合以及從第一組測試中的腐蝕測試獲得的結(jié)果。
表1
對比樣品C1包含雙相不銹鋼陰極和雙相填充材料。測試后焊縫和電極的其余部分二者都示出最低的腐蝕跡象。不過在焊接中對比樣品C2至C5都使用常規(guī)309L填充材料。不管使用的陰極鋼材料如何(例如摻雜的、430、或2101)，在測試后，焊縫區(qū)域示出實(shí)質(zhì)的腐蝕證據(jù)。此外，在這些樣品的大多數(shù)中電極的其余部分示出明顯的顯著的腐蝕。不過在對比樣品C4中的2101雙相電極的其余部分示出最低的腐蝕跡象。
本發(fā)明樣品1、2和3都在焊縫區(qū)域示出良好的結(jié)果，具有觀察到的最低的腐蝕證據(jù)。然而，在電極區(qū)域的其余部分的熱影響區(qū)中存在明顯的實(shí)質(zhì)的腐蝕證據(jù)。雖然這不是希望的結(jié)果，所預(yù)期的是通過使用陰極保護(hù)或通過使用更高合金等級的不銹鋼用于該電極可以成功地使此類腐蝕在運(yùn)行的電解槽中減輕。
此外，在一些情況下，“富含海波”的電解液的元素分析在腐蝕測試之后進(jìn)行以便測定從這些樣品中瀝濾出的元素的類型和量。例如，在來自測試的對比樣品C3和C4的電解液上進(jìn)行元素分析，這些樣品都已經(jīng)在焊縫處被嚴(yán)重地腐蝕。在兩種情況下，不可接受的Ni量已經(jīng)瀝濾到該電解液中。在運(yùn)行的氯酸鹽電解槽中，反應(yīng)器液體中的此類量可以沉淀并且引起氧水平上升到遠(yuǎn)高于正常運(yùn)行水平并且引起性能的劣化。
另一方面，在來自測試的對比樣品C1以及還有來自本發(fā)明的樣品1和2的電解液上進(jìn)行元素分析。瀝濾的Ni量在所有這些情況下是可接受的，證明2507與所有測試的三種類型的陰極材料的焊縫穩(wěn)定性。
在第二組測試中，具有相同尺寸的附加類型的鐵素體不銹鋼用作陰極并且這些使用雙相不銹鋼填充材料進(jìn)行焊接。這次，焊接電壓的范圍是從10.3至10.7V。使用的焊接電流是88A，除了一個電流是140A的指示的樣品。另外，焊接程序與之前的相同。而且還如之前的，然后使這些焊接的陰極和載板樣品經(jīng)受相同的加速腐蝕測試。下表2總結(jié)了制備的樣品組合以及從第二組測試中的腐蝕測試獲得的結(jié)果。對于一些樣品(如指示的)，使用FMP30無損地測定焊縫的鐵素體含量以便檢查鐵素體含量。此外，視覺上進(jìn)行焊縫品質(zhì)的測定并且使用顯微鏡檢查(10-200X放大率)測定微結(jié)構(gòu)的截面(有和沒有蝕刻)。
表2
*對于兩次焊接，焊接電流是140A。
如從表2明顯的，當(dāng)使用2507焊線(填料)時，在對于所有測試的鐵素體等級的陰極材料的所有情況下獲得優(yōu)越的焊縫(例如鐵素體含量總是在20％與70％之間)。然而，用2209焊線(具有比2507更低的Cr、Ni、和Mo，但具有更高的Mn)制備的測試樣品導(dǎo)致比用2507制成的那些稍差的焊縫。
在腐蝕測試后，樣品4和11(采用摻雜的鋼陰極)再次示出焊縫處的良好的結(jié)果但是在電極的其余部分上的差的結(jié)果。再次，這種更低等級的鐵素體合金示出在ACT期間的在熱影響區(qū)中的嚴(yán)重的點(diǎn)蝕，但是焊縫沒有被腐蝕。(再次，可以預(yù)期陰極保護(hù)來減輕所觀察到的點(diǎn)蝕。)優(yōu)越結(jié)果，當(dāng)使用444或445陰極材料和2507焊線時(例如樣品5、9以及10示出每個地方的良好到非常良好的耐蝕性)。結(jié)果(樣品6和7)，當(dāng)使用2209焊線時，是可以接受的，但不與當(dāng)2507焊線與相同的陰極一起使用時一樣好。
在第三組測試中，將具有8×2×0.3cm更厚尺寸的附加的444鐵素體不銹鋼電極焊接到之前根據(jù)表2制備并且測試的樣品的某種上。在所有的情況下，使用2507焊線將單個額外的444陰極焊接在該碳鋼載板的相反側(cè)上。在此焊接電壓的范圍是從10.2至11.5V。再次焊接電流是88A另外，焊接程序與之前的相同。然后使這些包含兩個焊接的陰極的樣品再次經(jīng)受加速腐蝕測試。下表3總結(jié)了樣品信息以及從這個第三組測試中的腐蝕測試獲得的結(jié)果。如在第二組測試中，在此也進(jìn)行焊縫品質(zhì)的測定。
表3
表3示出對于大多數(shù)樣品再次獲得了優(yōu)越的焊縫。然而，本發(fā)明的樣品10+顯得僅具有中等品質(zhì)，因?yàn)樵趲讉€區(qū)域存在一些較小的凹陷，其中存在或者太少的填料，行進(jìn)不連續(xù)性，或其中存在在下面的粘焊峰(沒有完全冷卻或清潔)。
在腐蝕測試后，所有的本發(fā)明的樣品5+、6+、8+、和10+示出在所有焊縫位點(diǎn)良好至非常良好的耐蝕性結(jié)果以及在所有第二電極的其余部分上的非常良好的結(jié)果。
這些實(shí)例證明本發(fā)明的焊接方法的有效性以及其提供的耐蝕性。具體地，在此使用已經(jīng)用2507雙相填料焊接的444或445陰極電極獲得了相當(dāng)優(yōu)越的結(jié)果。
在本說明書中提及的所有以上美國專利、美國專利申請、國外專利、國外專利申請以及非專利公開物以其全文通過引用結(jié)合在此。
雖然已經(jīng)示出并且描述了本發(fā)明的具體要素、實(shí)施例和應(yīng)用，當(dāng)然將理解的是，本發(fā)明并不限于此，因?yàn)樵诓黄x本披露的精神和范圍的情況下，特別是根據(jù)前述傳授內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以做出多種修改。例如，雖然先前的描述和實(shí)例是針對氯酸鈉電解槽的，但本發(fā)明可能反而可用于其他工業(yè)電化學(xué)加工設(shè)備中的焊接接頭，其中水或水溶液被電解，例如氫電解、海水淡化、或酸或堿金屬氯化物的水溶液的電解。例如，在電解沉積、電鍍錫和電鍍鋅過程中電解酸性水溶液。在生產(chǎn)氯氣、堿金屬氫氧化物和堿金屬次氯酸鹽中電解堿金屬氯化物水溶液。本發(fā)明還可以用于其他電化學(xué)應(yīng)用，這些應(yīng)用可以使用或可以不使用不可滲透的離子交換膜隔膜并且要求活性的、低成本的、耐化學(xué)的陰極電極材料，例如非水性電解液的電解和電合成，或可能用于某些電池或燃料電池。此類修改應(yīng)被考慮在在此附加的權(quán)利要求書的權(quán)限和范圍內(nèi)。