本發(fā)明涉及焊接材料領(lǐng)域，具體涉及一種含Nb不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑的制備方法。
背景技術(shù)：
伴隨著石化行業(yè)向大型化、規(guī)?；l(fā)展，亦隨著工業(yè)化過程中的節(jié)能減排等要求，對(duì)一些大型設(shè)備，如加氫設(shè)備、原流合成塔、煤液化反應(yīng)器等壓力容器用材料要求越來越高，這往往要求大面積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，帶極自動(dòng)堆焊是目前最理想的實(shí)現(xiàn)方法，相較于手工電弧焊和絲極堆焊，帶極自動(dòng)堆焊有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：
1、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25Kg/小時(shí)；
2、良好的焊接質(zhì)量，無夾渣未熔合等焊接缺陷。
在石化設(shè)備中，如加氫設(shè)備因?yàn)楦邏骸⒏邷丨h(huán)境，加之臨氫狀態(tài)，一般做內(nèi)襯的Cr-Ni系奧氏體不銹鋼難以滿足使用條件，通常的解決方式為使用添加了Nb的不銹鋼，以提高抗晶間腐蝕性能，但添加了Nb的不銹鋼在焊接過程中，往往有焊接作業(yè)環(huán)境惡化，脫渣困難，有多量殘?jiān)热毕荨?/p>
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種含Nb不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑的制備方法，不僅提高了抗晶間腐蝕能力，堆焊性能優(yōu)異，又解決了焊接作業(yè)環(huán)境惡化，脫渣困難，有多量殘?jiān)热毕荨?/p>
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
本發(fā)明提供一種含Nb不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑的制備方法，所述方法包括以下步驟：
1)過渡層焊帶的制備
將含有化學(xué)元素：C、Si、Mn、P、S、Ni、Cr、Cu和N的化學(xué)組分經(jīng)冶煉、澆注、鍛打、熱軋、酸洗、冷軋、分條或分卷制備；
2)表面層焊帶的制備
將含有化學(xué)元素：C、Si、Mn、P、S、Ni、Cr、Nb、Cu和N的化學(xué)組分經(jīng)冶煉、澆注、鍛打、熱軋、酸洗、冷軋、分條或分卷制備；
3)焊劑的制備
將化學(xué)組分：CaF2、Al2O3、SiO2、Nb2O5、CaO和NaF在550℃-850℃燒結(jié)制備。
本發(fā)明的有益效果是：通過一種含Nb不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑的方法，不僅提高了抗晶間耐腐蝕性能，堆焊性能優(yōu)異，使堆焊彎曲無裂紋，又解決了焊接作業(yè)條件惡化，脫渣困難，有大量殘?jiān)热毕?，使脫渣容易，焊道成型美觀。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以作如下改進(jìn)：
作為優(yōu)選方案，所述過渡層焊帶化學(xué)元素的重量百分比如下：
C：≤0.03％且＞0％，
Si：0.1％-0.5％，
Mn：1％-2.5％，
P：≤0.03％且＞0％，
S：≤0.03％且＞0％，
Ni：12％-14％，
Cr：23％-25％，
Cu：≤0.75％且＞0％，
N：≤0.05％且＞0％，
余量為Fe及其它不可避免雜質(zhì)。
作為優(yōu)選方案，所述表面層焊帶化學(xué)元素的重量百分比如下：
C：≤0.03％且＞0％，
Si：0.1％-0.5％，
Mn：1％-2.5％，
P：≤0.03％且＞0％，
S：≤0.03％且＞0％，
Ni：9％-12％，
Cr：18％-21％，
Nb：0.4％-0.7％，
Cu：≤0.75％且＞0％，
N：≤0.05％且＞0％，
余量為Fe及其它不可避免雜質(zhì)。
采用上述優(yōu)選的方案，所述表面層焊帶的化學(xué)組分穩(wěn)定，提高了抗晶間腐蝕性，使堆焊彎曲無裂紋。
作為優(yōu)選方案，所述焊劑化學(xué)組分的重量百分比如下：
CaF2：55％-70％，
Al2O3：7％-15％，
SiO2：7％-12％，
Nb2O5：0.2％-2％，
CaO：3％-15％，
NaF：1％-5％。
CaF2主要是作為造渣劑和導(dǎo)電成分，通過熔化后電離成Ca2+和F-起到導(dǎo)電作用。若氟化物含量過低，堆焊時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧，若含量過高電阻熱降低，熔合不好；本發(fā)明焊劑中CaF2的重量百分比設(shè)定為55％-70％。
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)明將其重量百分比設(shè)定為7％-15％。
SiO2主要作為造渣劑，它可以與MgO、AL2O3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SiO2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)明焊劑中SiO2重量百分比設(shè)定為7％-12％。
Nb2O5增加焊渣粘度，有利于防止Nb的燒損，有利于Nb在焊道表面的均勻分布；本發(fā)明焊劑中Nb2O5重量百分比設(shè)定為0.2％-2％。
CaO用作造渣劑且可以穩(wěn)定焊接過程，有良好的脫硫作用，本發(fā)明焊劑中CaO重量百分比設(shè)定為3％-15％。
NaF主要作用基本同CaF2，部分代替CaF2，本發(fā)明焊劑中NaF重量百分比設(shè)定為1％-5％。
采用上述優(yōu)選的方案，所述焊劑的化學(xué)組分穩(wěn)定，其具有很強(qiáng)的可重復(fù)性，在實(shí)際生產(chǎn)中，在基本化學(xué)組分不變的情況下，焊劑可多次回收利用，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
作為優(yōu)選方案，所述焊劑優(yōu)選化學(xué)組分的重量百分比如下：
CaF2：60％-68％，
Al2O3：9％-14％，
SiO2：7％-8％，
Nb2O5：0.2％-0.5％，
CaO：10％-13％，
NaF：3.5％-4.5％。
作為優(yōu)選方案，所述焊劑的化學(xué)組分重量百分比之和為100％。
作為優(yōu)選方案，所述過渡層熔敷金屬化學(xué)元素的重量百分比如下：
C：≤0.03％且＞0％，
Si：0.3％-0.65％，
Mn：1％-2％，
P：≤0.03％且＞0％，
S：≤0.02％且＞0％，
Ni：11％-14％，
Cr：20％-24％，
Cu：≤0.75％且＞0％，
N：≤0.07％且＞0％，
余量為Fe及其它不可避免雜質(zhì)。
作為優(yōu)選方案，所述表面層熔敷金屬的化學(xué)元素重量百分比如下：
C：≤0.03％且＞0％，
Si：0.3％-0.65％，
Mn：1％-2％，
P：≤0.03％且＞0％，
S：≤0.02％且＞0％，
Ni：9％-12％，
Cr：18％-21％，
Nb：0.3％-0.8％，
Cu：≤0.75％且＞0％，
N：≤0.07％且＞0％，
余量為Fe及其它不可避免雜質(zhì)。
采用上述優(yōu)選的方案，所述表面層焊帶熔敷金屬的C、Si、P和S含量較低，Cr、Ni和Nb含量較高；在堆焊過程中，脫渣良好、無殘?jiān)鼏栴}，有效避免熱裂紋出現(xiàn)，提高了堆焊效率。
作為優(yōu)選方案，所述化學(xué)元素重量百分比之和為100％。
具體實(shí)施方式
除非特別指明，以下實(shí)施例中化學(xué)元素重量百分比均由“火花原子發(fā)射光譜儀”檢測(cè)，化學(xué)組分重量百分比由“X射線熒光光譜儀(XRF)”檢測(cè)，焊接設(shè)備選用林肯DC1500，腐蝕性能采用液壓萬能試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)，鐵素體采用鐵素體儀器進(jìn)行檢測(cè)，稀釋率采用化學(xué)組分計(jì)算獲得。
下面詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
實(shí)施例1，
為了達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種含Nb不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑的制備方法，將含有化學(xué)元素：C、Si、Mn、P、S、Ni、Cr、Cu和N元素的化學(xué)組分經(jīng)冶煉、澆注、鍛打、熱軋、酸洗、冷軋、分條或分卷制備成過渡層焊帶；將含有化學(xué)元素：C、Si、Mn、P、S、Ni、Cr、Nb、Cu和N元素的化學(xué)組分經(jīng)冶煉、澆注、鍛打、熱軋、酸洗、冷軋、分條或分卷制備成表面層焊帶。
焊劑通過化學(xué)組分：CaF2、Al2O3、SiO2、Nb2O5、CaO和NaF在550℃-850℃高溫?zé)Y(jié)制備。此實(shí)施例中的焊劑被標(biāo)記為焊劑1，所述焊劑1化學(xué)組分的具體重量百分比如下表1：
表1焊劑1化學(xué)組分具體重量百分比(％)
從表1可以看出，焊劑1的化學(xué)組分的具體重量百分比之和為100％。
此實(shí)施例中的堆焊采用焊接設(shè)備林肯DC1500堆焊，堆焊工藝參數(shù)如下表2：
表2堆焊工藝參數(shù)
焊劑1的堆焊工藝性能如下表3：
表3焊劑1的堆焊工藝性能
注：A：優(yōu)，B：良，C：一般，D：不合格。
焊劑1配合表面層焊帶堆焊層物理性能如下表4：
表4焊劑1配合表面層焊帶堆焊層物理性能
焊劑1分別配合過渡層焊帶和表面層焊帶的化學(xué)元素重量百分比如下表5：
表5焊劑1分別配合過渡層焊帶和表面層焊帶化學(xué)元素的重量百分比(％)
表5中，焊劑1分別配合過渡層焊帶和表面層焊帶化學(xué)元素的重量百分比為之和均為100％，剩余量為Fe及其它不可避免雜質(zhì)；焊劑1的過渡層熔敷金屬和表面層熔敷金屬化學(xué)元素的重量百分比為之和均為100％，剩余量均為Fe及其它不可避免雜質(zhì)。
上述表格中，表3可以觀察到焊劑1分別配合過渡層焊帶和表面層焊帶的堆焊工藝性能較好，其穩(wěn)定性、焊道成型、焊道脫渣均處于最優(yōu)水平，堆焊脫渣容易，完全無殘?jiān)傅莱尚兔烙^；表4中焊劑1配合表面層焊帶堆焊層物理性能優(yōu)良，其稀釋率為10.1％，較低的稀釋率提高了堆焊層的耐腐蝕性能，因此經(jīng)硫酸-硫酸銅溶液72小時(shí)腐蝕后180°彎曲，其無腐蝕傾向，完全無裂紋；表5中表面層焊帶的熔敷金屬的C、Si、P和S含量較低，Cr、Ni和Nb含量較高，熔敷金屬的化學(xué)性能和物理性能優(yōu)良；在堆焊過程中，脫渣良好、無殘?jiān)鼏栴}，提高了抗晶間腐蝕能力，有效避免熱裂紋出現(xiàn)，提高了堆焊效率。
實(shí)施例2，
為了達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種含Nb不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑的制備方法，過渡層焊帶的制備方法及表面層焊帶的制備方法與實(shí)施例1中相同，焊劑的制備方法與實(shí)施例1中相同，不同之處在于焊劑化學(xué)組分的具體重量百分比，本實(shí)施例的焊劑被標(biāo)記為焊劑2，所述焊劑2化學(xué)組分的具體重量百分比如下表6：
表6焊劑2化學(xué)組分具體重量百分比
焊劑2的化學(xué)組分的具體重量百分比之和為100％。
此實(shí)施例中的堆焊工藝參數(shù)、焊接設(shè)備與實(shí)施例1中相同，不同之處在于焊劑2的堆焊性能，焊劑2的堆焊工藝性能如下表7：
表7焊劑2的堆焊工藝性能
注：A：優(yōu)，B：良，C：一般，D：不合格。
焊劑2配合表面層焊帶堆焊層物理性能如下表8：
表8焊劑2配合表面層焊帶堆焊層物理性能
焊劑2分別配合過渡層焊帶和表面層焊帶的化學(xué)元素重量百分比如下表9：
表9焊劑2分別配合過渡層焊帶和表面層焊帶化學(xué)元素的重量百分比(％)
表9中，焊劑2分別配合過渡層焊帶和表面層焊帶化學(xué)元素的重量百分比為之和均為100％，剩余量為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)；焊劑2的過渡層熔敷金屬和表面層熔敷金屬化學(xué)元素的重量百分比為之和均為100％，剩余量為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)。
上述表格中，表8可以觀察到焊劑2分別配合過渡層焊帶和表面層焊帶的堆焊工藝性能良好，焊劑2配合表面層焊帶的穩(wěn)定性、焊道成型、焊道脫渣均處于最優(yōu)水平，但焊劑2堆焊過渡層焊帶的脫渣性良好，證明本發(fā)明解決了添加Nb的不銹鋼在焊接過程中，往往有焊接作業(yè)環(huán)境惡化，脫渣困難，有多量殘?jiān)热毕?。?中焊劑2配合表面層焊帶堆焊層物理性能優(yōu)良，其稀釋率為10.2％，較低的稀釋率提高了堆焊層的耐腐蝕性能，因此經(jīng)硫酸-硫酸銅溶液72小時(shí)腐蝕后180°彎曲，其無腐蝕傾向，完全無裂紋；表9中表面層焊帶的熔敷金屬的C、Si、P和S含量較低，Cr、Ni和Nb含量較高，熔敷金屬的化學(xué)性能和物理性能優(yōu)良；在堆焊過程中，脫渣良好、無殘?jiān)鼏栴}，提高了抗晶間腐蝕能力，有效避免熱裂紋出現(xiàn)，提高了堆焊效率。
實(shí)施例3，
本發(fā)明提供一種含Nb不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑的制備方法，過渡層焊帶的制備方法和表面層焊帶的制備方法與實(shí)施例1中相同，焊劑的制備方法與實(shí)施例1中相同，不同之處在于焊劑的化學(xué)組分，本實(shí)施例中的焊劑被標(biāo)記為焊劑3，所述焊劑3化學(xué)組分的具體重量百分比如下表10：
表10焊劑3化學(xué)組分具體重量百分比(％)
焊劑3的化學(xué)組分的具體重量百分比之和為100％。
此實(shí)施例中的堆焊工藝參數(shù)、焊接設(shè)備與實(shí)施例1相同，不同之處在于焊劑3的堆焊工藝性能，焊劑3的堆焊工藝性能如下表11：
表11焊劑3的堆焊工藝性能
注：A：優(yōu)，B：良，C：一般，D：不合格。
焊劑3配合表面層焊帶堆焊層物理性能如下表12：
表12焊劑3配合表面層焊帶堆焊層物理性能
焊劑3分別配合過渡層焊帶和表面層焊帶的化學(xué)元素重量百分比如下表13：
表13焊劑3分別配合過渡層焊帶和表面層焊帶化學(xué)元素的重量百分比(％)
表13中，焊劑3分別配合過渡層焊帶和表面層焊帶化學(xué)元素的重量百分比為之和均為100％，剩余量均為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)；焊劑3的過渡層熔敷金屬和表面層熔敷金屬化學(xué)組分的重量百分比為之和均為100％，剩余量為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)。
表11可以觀察到焊劑3分別配合過渡層焊帶和表面層焊帶的堆焊工藝性能優(yōu)良，焊劑3堆焊表面層焊帶的穩(wěn)定性、焊道成型、焊道脫渣均處于最優(yōu)水平，但焊劑3堆焊過渡層焊帶穩(wěn)定性和焊道成型均處于良好水平，證明本發(fā)明解決了添加Nb的不銹鋼在焊接過程中，往往有焊接作業(yè)環(huán)境惡化，脫渣困難，有多量殘?jiān)?，焊道成型不美觀等缺陷；表12中焊劑3配合表面層焊帶堆焊層物理性能優(yōu)良，其稀釋率為9.7％，較低的稀釋率提高了堆焊層的耐腐蝕性能，因此經(jīng)硫酸-硫酸銅溶液72小時(shí)腐蝕后180°彎曲，其無腐蝕傾向，完全無裂紋；表13中表面層焊帶的熔敷金屬的C、Si、P和S含量較低，Cr、Ni和Nb含量較高，熔敷金屬的化學(xué)性能和物理性能優(yōu)良；在堆焊過程中，脫渣良好、無殘?jiān)鼏栴}，提高了抗晶間腐蝕能力，有效避免熱裂紋出現(xiàn)，提高了堆焊效率。
以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。