專利名稱：不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬焊接，尤其涉及一種不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，伴隨著石化行業(yè)向大型化、規(guī)?；l(fā)展，對(duì)加氫設(shè)備、原流合成塔、煤液化反應(yīng)器等壓力容器的質(zhì)量要求越來(lái)越高，另外包括核電站的厚壁壓力容器及尿素設(shè)備中， 內(nèi)壁都要求堆焊奧氏體不銹鋼做內(nèi)襯，以實(shí)現(xiàn)抗腐蝕、耐高溫等的質(zhì)量要求。對(duì)于大面積堆焊而言，手工電弧焊和絲極堆焊效率低且堆焊層內(nèi)部和表面質(zhì)量差，堆焊層與基層母材結(jié)合處極易產(chǎn)生缺陷。要滿足大型容器表面堆焊，需滿足以下幾點(diǎn)質(zhì)量要求①焊接作業(yè)性優(yōu)良焊接過(guò)程穩(wěn)定、飛濺少、煙霧少、良好的脫渣性；②美觀的焊道外觀焊道表面光滑、平整、波紋均勻，無(wú)氣孔、夾渣、咬邊、未融合等焊接缺陷；③堆焊層金屬具有優(yōu)良的抗熱裂能力和抗晶間腐蝕能力，彎曲無(wú)裂紋；④高的焊接效率。帶極自動(dòng)堆焊技術(shù)由20世紀(jì)70年代引入中國(guó)，由于其效率高、堆焊質(zhì)量均勻、稀釋率較低、堆焊層金屬性能優(yōu)良等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于容器內(nèi)壁大面積堆焊之中。采用一定厚度(0. 4mm或0. 5mm)和寬度(30-300mm)的不銹鋼焊帶作為電極是帶極堆焊實(shí)現(xiàn)高效焊接和滿足抗腐蝕、耐高溫等質(zhì)量要求的關(guān)鍵因素；若以同一焊帶作堆焊電極會(huì)因焊劑的不同而實(shí)現(xiàn)不同的焊接過(guò)程，根據(jù)焊接原理的不同，可分為埋弧自動(dòng)堆焊和電渣堆焊兩種。相較于埋弧堆焊，電渣堆焊焊接效率更高，可以是埋弧堆焊的1. 5-2倍； 焊接質(zhì)量更加穩(wěn)定，可達(dá)到5-12%的低稀釋率；焊道美觀、平整，可避免對(duì)堆焊層的再加工；搭接處平滑，可避免各類焊接缺陷，因此采用帶極電渣堆焊技術(shù)是實(shí)現(xiàn)大面積高效堆焊的首選。實(shí)際生產(chǎn)中，某些場(chǎng)合需要堆焊金屬中含有一定量的Mo元素，以提高耐熱及耐腐蝕性能，為保證表面層具有適量的Mo，往往不僅要求表面層堆焊焊帶中含有Mo，且過(guò)渡層焊帶中也需要含有一定量的Mo，這樣不僅提高了焊帶冶煉、軋制的困難，且大大提高了成本。在焊劑方面，國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的電渣型焊劑，質(zhì)量參差不齊，在實(shí)際生產(chǎn)中往往難以保證焊劑成分的均勻性及穩(wěn)定性，且所得焊道存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題①表面波紋大，不平整；②焊道與母材融合處不平滑，在多道焊時(shí)搭接處極易產(chǎn)生咬邊、夾渣等缺陷；③焊接速度一般只能達(dá)到16cm/min，無(wú)法達(dá)到更高的焊接效率。加之現(xiàn)在市場(chǎng)上在焊帶的加工生產(chǎn)中，為提高鋼材的成材率而限制了不銹鋼鋼帶中Cr、Ni的含量，難以保證堆焊層金屬實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的抗腐蝕能力，保證彎曲后無(wú)裂紋產(chǎn)生，這些情況已越來(lái)越難以滿足石化等行業(yè)的發(fā)展要求。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，在過(guò)渡層焊帶中不添加Mo元素，依舊保證表面層堆焊金屬具有足量的Mo元素，且使焊帶配合焊劑焊接穩(wěn)定，脫渣良好，焊道成型平整、美觀，避免各種焊接缺陷產(chǎn)生，堆焊層能滿足抗腐蝕、耐高溫等的質(zhì)量要求且能實(shí)現(xiàn)高的焊接效率。本發(fā)明為了解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，所述焊帶包括過(guò)渡層焊帶和表面層焊帶， 所述過(guò)渡層焊帶中不含Mo元素，且各成分相對(duì)于該過(guò)渡層焊帶的重量百分比分別為，C :0 0.030%;Si :0. 10 0. 35% ；Mn :1.0 2. 5%;P :0 0.030%;S :0 0.030%;Ni :12. 0 14. 0% ；Cr :23. 0 25. 0% ；Cu :0 0.075%;N :0 0.040%;余量為鐵及其他不可避免雜質(zhì)；所述表面層焊帶中各成分相對(duì)于該表面層焊帶的重量百分比分別為，C :0 0.030%;Si :0. 10 0. 35% ；Mn :1.0 2. 5%;P :0 0.030%;S :0 0.030%;Ni :11. 0 14. 0% ；Cr :18. 0 20. 0% ；Mo :2.0 3.0%;Cu :0 0.75%;N :0 0.040%;余量為!^e及其它不可避免雜質(zhì)；所述焊劑由以下原料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，并且各原料相對(duì)于該焊劑原料總量的重量百分比分別為，CaF2:60 75%;AL2O3 :5 10%;SiO2 :5 15%;MgO :1 10%;CaO :5 15%。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式
所述過(guò)渡層焊帶中C相對(duì)于該過(guò)渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中C相對(duì)于該表面層焊帶的重量百分含量至少之一為O 0. 02%。所述表面層焊帶中Mo相對(duì)于該表面層焊帶的重量百分含量為2. 5 3. 0%。所述過(guò)渡層焊帶中S相對(duì)于該過(guò)渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中S相對(duì)于該表面層焊帶的重量百分含量至少之一為O 0. 02%，進(jìn)一步優(yōu)選為0 0. 01%。所述過(guò)渡層焊帶中P相對(duì)于該過(guò)渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中P相對(duì)于該表面層焊帶的重量百分含量至少之一為O 0. 02%，進(jìn)一步優(yōu)選為0 0. 01%。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)該焊劑是經(jīng)650 850°C高溫?zé)Y(jié)而成，粒度為15 60目。所述過(guò)渡層焊帶配合焊劑所得過(guò)渡層金屬中各成分相對(duì)于該過(guò)渡層金屬的重量百分比分別為，C :0 0.030%;Si :0· 30 0. 65% ；Mn :1.0 2.0%;P :0 0.030%;S :0 0.020%;Ni :11. 0 14. 0% ；Cr :20. 0 24. 0% ；Mo 0% ；Cu :0 0.75%;N :0 0.070%;余量為Fe及其它不可避免雜質(zhì)。所述表面層焊帶配合焊劑所得表面層金屬中各成分相對(duì)于該表面層金屬的重量百分比分別為，C :0 0.030%;Si :0· 30 0. 65% ；Mn :1.0 2.0%;P :0 0.030%;S :0 0.030%;Ni :11. 0 14. 0% ；Cr :18. 0 20. 0% ；Mo :2.0 3.0%;Cu :0 0.75%;N :0 0.060%;余量為Fe及其它不可避免雜質(zhì)。如何獲得良好的抗腐蝕能力，是容器內(nèi)壁耐蝕層堆焊首要考慮的問(wèn)題，堆焊層金屬成分是實(shí)現(xiàn)良好抗腐蝕能力的主要原因，下面通過(guò)合金元素在堆焊金屬中的作用對(duì)本發(fā)明所提供焊帶的特點(diǎn)加以說(shuō)明C =C是奧氏體形成元素，但在奧氏體不銹鋼中，C含量往往是限定在一個(gè)較低的
6范圍，因?yàn)樵诤辖鹬腥鬋是以單獨(dú)成分存在會(huì)和鉻結(jié)合從而減少了固溶體中能夠確保抗腐蝕的鉻的含量，易引發(fā)局部腐蝕，造成所謂的“晶間腐蝕”。本焊帶中的C含量設(shè)定在 0-0. 03%，優(yōu)選 0-0. 02%。Cr 含有15%質(zhì)量百分比以上的Cr是確保不銹鋼耐氧化、耐高溫腐蝕的重要因素，理論上Cr含量越高耐蝕性越優(yōu)異，但為了更經(jīng)濟(jì)的材料利用又能避免“貧鉻”而造成的晶間腐蝕，在過(guò)渡層焊帶中將Cr含量在設(shè)為Cr 23. 0-25. 0%，表面層焊帶的Cr含量設(shè)定在 18. 0-20. 0%。Ni 在奧氏體不銹鋼中Ni是確保穩(wěn)定的奧氏體組織的必須元素，若含量不足，難以形成穩(wěn)定的奧氏體組織，且在高溫下長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)導(dǎo)致ο相等的脆化相析出，使高溫強(qiáng)度、韌性明顯變差，但若M含量過(guò)高，不僅成本增加，造成資源浪費(fèi)且會(huì)使不銹鋼形成單一的奧氏體組織，使裂紋敏感性增加。本發(fā)明將過(guò)度層焊帶M含量設(shè)為12. 0-14. 0%，表面層焊帶Ni含量設(shè)定為11. 0-14. 0 %。Mo :Mo可以有效提高不銹鋼的高溫強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度，不銹鋼中含有一定量的Mo還可使不銹鋼耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蝕，本發(fā)明將表面層焊帶Mo含量設(shè)為2-3%，優(yōu)選 2. 5-3. 0 %，過(guò)渡層焊帶不含Mo。Mn :Mn是良好的脫氧元素且能抑制作為雜質(zhì)的S在奧氏體不銹鋼中造成的加工脆性，但Mn含量大于3%時(shí)會(huì)導(dǎo)致不銹鋼在高溫時(shí)延展性、韌性下降。本發(fā)明將焊帶中的Mn 含量設(shè)為1.0-2.5%。Si =Si有一定的脫氧作用，含量0. 以上Si的奧氏體不銹鋼能有效提高耐氧化性，但Si含量在0. 8%以上焊接凝固裂紋敏感性就增強(qiáng)，所以堆焊層金屬的Si含量不宜大于0. 8 %，考慮到焊劑的增Si作用，將焊帶中的Si設(shè)為0. 10-0. 35%。S =S在奧氏體不銹鋼中一般作為雜質(zhì)元素存在，S含量增加會(huì)導(dǎo)致不銹鋼耐蝕性下降，且使熱加工性能和焊接性變差，特別當(dāng)S大于0. 03%時(shí)會(huì)明顯變差，因此將S設(shè)為 0-0. 030 %，優(yōu)選 0-0. 020 %，進(jìn)一步優(yōu)選 0-0. 010%。P :P在奧氏體不銹鋼中一般作為雜質(zhì)元素存在，P含量增加能降低鋼的塑性和韌性且對(duì)焊接性有不良的影響，作為不銹鋼中的有害元素將P設(shè)為0-0. 030%，優(yōu)選 0-0. 020%，進(jìn)一步優(yōu)選 0-0. 010%。本發(fā)明同時(shí)提供一種堆焊焊劑，下面具體說(shuō)明各組成成分及其含量的限制理由等問(wèn)題。CaF主要是作為造渣劑和導(dǎo)電成分，通過(guò)熔化后電離成Ca2+和F-起到導(dǎo)電作用。 若氟化物含量過(guò)低，堆焊時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧，若含量過(guò)高電阻熱降低，熔合不好。本發(fā)明焊劑設(shè)定為 60-75% ；Al2O3是良好的造渣劑，其熔點(diǎn)高，化學(xué)性能穩(wěn)定，且具有較高的粘度和電阻，可增加熔渣的電阻熱來(lái)熔化電極。還能調(diào)節(jié)熔渣粘度，改善焊道成型；但Al2O3含量太高會(huì)容易產(chǎn)生電弧，本發(fā)明將其設(shè)定為5-10% ；SiO2主要作為造渣劑，它可以與Mg0、Al203等作用，生成低熔點(diǎn)復(fù)合物增加焊渣的高溫粘度，調(diào)節(jié)濕潤(rùn)角，改善焊道成型，但S^2的化學(xué)活性大，會(huì)與氟化物反應(yīng)生成氣體，焊接時(shí)誘發(fā)飛濺，為保證良好的焊接工藝性能及焊道成型，本發(fā)明SiO2含量設(shè)定為5-15% ；MgO用作造渣劑，它能與SiOJt用穩(wěn)定焊接過(guò)程，還可以提高渣的導(dǎo)電性；含量過(guò)高則會(huì)影響脫渣性和焊道成型，含量太低堆焊時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧。本發(fā)明MgO含量設(shè)定為 1-10% ；CaO用作造渣劑且可以穩(wěn)定焊接過(guò)程，有良好的脫硫作用，本發(fā)明CaO含量設(shè)定為 5-15%。該焊劑經(jīng)650_850°C高溫?zé)Y(jié)而成，粒度為15-60目。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明所提供的焊帶配合焊劑，焊接過(guò)程穩(wěn)定、效率高、母材稀釋率低(5-12% )、脫渣良好、焊道成型美觀、可完全避免各種焊接缺陷，并且所得堆焊層與其他同類產(chǎn)品相比具有以下顯著效果，①較低的C含量，較低的Si含量及較低的P、S含量；②較高的Cr含量，較高的Ni含量及較高的Mo含量；③高效的堆焊效率堆焊速度可達(dá)到30cm/min，可實(shí)現(xiàn)焊帶堆焊小時(shí)，堆焊面積可達(dá)到每小時(shí)堆焊1. Im2 ；④有效避免熱裂紋的出現(xiàn)； ⑤有極佳的抗晶間腐蝕能力，堆焊彎曲完全無(wú)裂紋。
具體實(shí)施例方式接下來(lái)，通過(guò)實(shí)例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)例按照本發(fā)明所提供焊帶的化學(xué)成分選原料，經(jīng)冶煉一澆注一鍛打一熱軋一酸洗一冷軋一分條、分卷制成鋼帶，規(guī)格為0. 5mm厚、60mm寬，過(guò)渡層焊帶記為H①、H②、 H③、H④(成分見表一)，表面層焊帶記為D①、D②、D③、D④(成分見表一)；按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的焊劑成分，配制十六種焊劑，記為焊劑① 焊劑β (成分見表二)。分別用它們?cè)?0mm厚的Q345B鋼板上實(shí)施以下焊接(堆焊參數(shù)見表三)①過(guò)渡層堆焊選用H②，接電流900A，電壓^V，焊接速度22cm/min ；②表面層堆焊在過(guò)渡層上堆焊D②，焊接電流900A，焊接電壓^V，焊接速度 20cm/min ；③記錄堆焊工藝性能(表四)，選擇有代表性的焊劑①、焊劑⑥、焊劑β配合表面層焊帶②檢測(cè)堆焊金屬物理性能(表五)和化學(xué)成分(表六)。表一焊帶成分(重量％)
權(quán)利要求
1. 一種不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，所述焊帶包括過(guò)渡層焊帶和表面層焊帶，其特征在于所述過(guò)渡層焊帶中不含Mo元素，且各成分相對(duì)于該過(guò)渡層焊帶的重量百分比分別為，C :0 0. 030% ；Si 0. 10 0. 35% ；Mn 1. 0 2. 5% ；P :0 0. 030% ；S :0 0. 030% ；Ni 12. 0 14. 0% ；Cr 23. 0 25. 0% ；Cu 0 0. 75% ；N :0 0. 040% ；余量為鐵及其他不可避免雜質(zhì)；所述表面層焊帶中各成分相對(duì)于該表面層焊帶的重量百分比分別為，C :0 0. 030% ；Si 0. 10 0. 35% ；Mn 1. 0 2. 5% ；P :0 0. 030% ；S :0 0. 030% ；Ni 11. 0 14. 0% ；Cr 18. 0 20. 0% ；Mo 2. 0 3. 0% ；Cu 0 0. 75% ；N :0 0. 040% ；余量為Fe及其它不可避免雜質(zhì)；所述焊劑由以下原料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，并且各原料相對(duì)于該焊劑原料總量的重量百分比分別為，CaF260 75%AL2O, 10%SiO25 -15% ；MgO 1 10% ；CaO 5 15%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，其特征在于所述過(guò)渡層焊帶中C相對(duì)于該過(guò)渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中C相對(duì)于該表面層焊帶的重量百分含量至少之一為0 0. 02%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，其特征在于所述表面層焊帶中Mo相對(duì)于該表面層焊帶的重量百分含量為2. 5 3. 0%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，其特征在于所述過(guò)渡層焊帶中S相對(duì)于該過(guò)渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中S相對(duì)于該表面層焊帶的重量百分含量至少之一為0 0. 02%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，其特征在于所述過(guò)渡層焊帶中S相對(duì)于該過(guò)渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中S相對(duì)于該表面層焊帶的重量百分含量至少之一為0 0. 01 %。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，其特征在于所述過(guò)渡層焊帶中P相對(duì)于該過(guò)渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中P相對(duì)于該表面層焊帶的重量百分含量至少之一為0 0. 02%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，其特征在于所述過(guò)渡層焊帶中P相對(duì)于該過(guò)渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中P相對(duì)于該表面層焊帶的重量百分含量至少之一為0 0. 01 %。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，其特征在于所述焊劑是經(jīng)650 850°C高溫?zé)Y(jié)而成，粒度為15 60目。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，其特征在于所述過(guò)渡層焊帶配合焊劑所得過(guò)渡層金屬中各成分相對(duì)于該過(guò)渡層金屬的重量百分比分別為，C :0 0. 030% ；Si 0. 30 0. 65% ；Mn 1. 0 2. 0% ；P :0 0. 030% ；S :0 0. 020% ；Ni 11. 0 14. 0% ；Cr 20. 0 24. 0% ；Mo 0% ；Cu 0 0. 75% ；N :0 0. 070% ；余量為Fe及其它不可避免雜質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，其特征在于所述表面層焊帶配合焊劑所得表面層金屬中各成分相對(duì)于該表面層金屬的重量百分比分別為，C :0 0. 030% ；Si 0. 30 0. 65% ；Mn 1. 0 2. 0% ；P :0 0. 030% ；S :0 0. 030% ；Ni 11. 0 14. 0% ；Cr 18. 0 20. 0% ；Mo 2. 0 3. 0% ；Cu 0 0. 75% ；N :0 0. 060% ；余量為狗及其它不可避免雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，過(guò)渡層焊帶中不添加Mo元素，依舊保證表面層堆焊金屬具有足量的Mo元素，焊帶配合焊劑可用于容器內(nèi)壁或外壁大面積堆焊，滿足耐腐蝕及耐高溫的要求。焊帶配合焊劑堆焊具有5-12％的超低稀釋率且生產(chǎn)效率高；脫渣容易，焊道成型美觀，無(wú)焊接缺陷；有極佳的抗晶間腐蝕能力，堆焊彎曲完全無(wú)裂紋。
文檔編號(hào)B23K35/362GK102233494SQ20101016380
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者蔡鴻祥, 鄭伊洛 申請(qǐng)人:昆山京群焊材科技有限公司