CN103447715B

CN103447715B - 一种镍基合金埋弧焊用烧结焊剂及制备方法

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Publication number: CN103447715B
Application number: CN201310353149.3A
Authority: CN
Inventors: 王效莲; 易传宝; 刘瞿
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2033-08-14
Also published as: CN103447715A

Abstract

一种镍基合金埋弧焊用烧结焊剂，包括干粉组成及粘结剂，其干粉组成中各组分的重量百分比为：CaF₂ 40～52％、Al₂O₃ 38～47％、CaCO₃ 4～8％、金属铝粉 0.5～3％、氟铝酸钠 0.5～3％；粘结剂采用钾钠1：1水玻璃，用量占焊剂干粉重量的20～32％。本发明涉及的镍基合金埋弧焊用烧结焊剂匹配ERNiCrMo‑3焊丝，焊接规范平稳，脱渣性能优良，焊道宽窄均匀、堆高适中、与母材过渡平滑，焊缝表面无气体压坑、结晶线纹、裂纹和粘渣等缺陷。

Description

一种镍基合金埋弧焊用烧结焊剂及制备方法

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，尤其涉及一种镍基合金埋弧焊用烧结焊剂及制备方法。

背景技术

镍基合金因具有优异的耐腐蚀和抗氧化性能，常用于使用条件苛刻、安全性要求高的设备。随着我国经济的持续、高速发展，装备制造业已经成为国民经济的支柱产业。装备制造业发展的突出特征是：单机设备参数越来越高，使用条件越来越苛刻，对安全性要求越来越高。这些技术特点促成了镍基合金应用的不断扩大，近年来镍基合金的生产数量不断增加，应用范围不断扩大。镍基合金焊接材料的需求也在不断增加，在能源制造领域这一现象尤为突出。虽然目前国内使用的镍基合金焊接材料主要以进口为主，但是我国镍基合金焊材国产化的进程也在不断加快，已先后出现了《一种镍基焊条》（公开号CN 101745759A）、《一种交流焊接用镍基焊条》（公开号CN 101745758 A）、《一种镍铬钼合金钢焊接用镍基电焊条》（公开号CN 102430876 A）等镍基焊条专利，并已有部分镍基焊条占据了一定的国内市场份额。但是国内还没有出现镍基合金埋弧焊烧结焊剂方面的专利，能找到的国内几家焊材厂商的镍基合金埋弧焊剂样品都存在脱渣不净、杂质含量高、熔敷金属力学性能低等这样或那样的问题，目前国内急需研发一种焊接工艺性能良好、氧化性低、渗杂质元素少、熔敷金属力学性能良好的镍基合金埋弧焊烧结焊剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种焊接工艺性能良好、氧化性低、渗杂质元素少，其综合性能高的镍基合金埋弧焊用烧结焊剂及制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种镍基合金埋弧焊用烧结焊剂，包括干粉组成及粘结剂，其干粉组成中各组分的重量百分比为：CaF₂ 40～52％、Al₂O₃38～47％、CaCO₃ 4～8％、金属铝粉 0.5～3％、氟铝酸钠 0.5～3％；粘结剂采用钾钠1：1水玻璃，用量占焊剂干粉重量的20～32％。

本发明所述CaF₂粒度要求不大于60目，纯度要求＞95%，所含S＜0.03%，P＜0.03%。

本发明所述Al₂O₃粒度要求不大于300目，纯度要求＞98%，所含S＜0.035%，P＜0.035%。

本发明所述CaCO₃粒度要求不大于60目，纯度要求＞95%，所含S＜0.03%，P＜0.03%。

本发明所述金属铝粉粒度要求不大于80目，纯度要求＞97%，所含S＜0.03%，P＜0.04%。

本发明所述氟铝酸钠粒度要求不大于200目，成分要求为F＞50%，Al＞18%，K＞26%。

一种镍基合金埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，先将重量百分比为CaF₂40～52％、Al₂O₃ 38～47％、CaCO₃ 4～8％、金属铝粉 0.5～3％、氟铝酸钠 0.5～3％的干粉按比例混合均匀后，再加入干粉重量的20～32％的钾钠水玻璃作为粘结剂造粒，再经330～370℃低温烘干40～60min、800～850℃高温烧结30～50min，再经冷却、筛分、包装，焊剂制备完成。

本发明所述的镍基合金埋弧焊用烧结焊剂的制备方法中筛分的焊剂颗粒为12～60目。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明涉及的镍基合金埋弧焊烧结焊剂各干粉组分的作用详述如下：

CaF₂：偏碱性的盐，熔点较低，能够降低熔渣表面张力和提高熔渣流动性；其在高温下比较活泼，分解产生的氟气能够降低电弧中氢的分压，从而有效降低焊缝金属扩散氢含量。含量过低时，会使焊剂碱度不够和去氢效果不佳；含量过高时，会导致电弧不稳和焊缝波纹粗大。

Al₂O₃：调节熔渣熔点和粘度的有效成分，能使熔渣具有良好的流动性，焊缝金属与母材过渡平滑，焊缝成形美观。含量过低时上述效果不明显，含量过高时导致熔渣流动性变差，焊缝容易产生咬边、气体压坑和夹渣等缺陷。

CaCO₃：其受热分解释放出CO₂，生成CaO。CO₂有除氢的作用，CaO有脱硫、脱磷、提高焊剂碱度、提高焊剂熔点及改善熔渣透气性的作用。焊剂熔点提高之后，收弧处形成凸起，可以避免收弧处收缩应力的集中，进而有效地防止焊接热裂纹的产生。含量过高时，焊剂熔点过高，焊道铺展不佳；含量过低时，熔渣透气性不好，容易产生气体压痕。

金属铝粉：有脱氧和渗合金的作用。渗入的Al元素可以帮助熔敷金属形核，还能使镍基合金具有时效强化反应而提高强度。

氟铝酸钠：可改善熔渣流动性，调整焊缝与母材之间的润湿角，同时其中的钾离子还有稳弧的作用。含量过高时，焊缝波纹粗大，成形不佳；含量过低时，焊缝与母材之间的润湿角过大，焊道发鼓。

本发明涉及的镍基合金埋弧焊烧结焊剂，匹配ERNiCrMo-3焊丝，适用于有耐热耐蚀要求的Inconel、Incoloy等镍基合金的焊接，广泛用于石油化工、冶金、原子能、海洋开发、航空、航天等工业领域。

本发明涉及的镍基合金埋弧焊用烧结焊剂匹配ERNiCrMo-3焊丝，焊接规范平稳，脱渣性能优良，焊道宽窄均匀、堆高适中、与母材过渡平滑，焊缝表面无气体压坑、结晶线纹、裂纹和粘渣等缺陷。本发明涉及的镍基合金埋弧焊烧结焊剂杂质含量低，其S含量为0.008%，P＜0.010%，明显低于国外某知名品牌镍基焊剂。在相同焊接规范下，本发明涉及的镍基合金埋弧焊烧结焊剂以国外某知名品牌镍基焊剂为比较例，在相同焊接规范下匹配同种ERNiCrMo-3焊丝，所得两种熔敷金属的化学成分和力学性能基本相当。

具体实施方式

以下通过具体实施方式的描述对本发明做进一步说明，但这并非对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种变型或改性，只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。

本发明所使用的原料规格为：CaF₂主要通过萤石来加入，粒度要求不大于60目，纯度要求＞95%，所含S＜0.03%，P＜0.03%；Al₂O₃主要通过α-Al₂O₃来加入，粒度要求不大于300目，纯度要求＞98%，所含S＜0.035%，P＜0.035%；CaCO₃主要通过大理石来加入，粒度要求不大于60目，纯度要求＞95%，所含S＜0.03%，P＜0.03%；金属铝粉粒度要求不大于80目，纯度要求＞97%，所含S＜0.03%，P＜0.04%；氟铝酸钠粒度要求不大于200目，成分要求为F＞50%，Al＞18%，K＞26%。

表1为实施例1到实施例4的焊剂成分干粉重量百分比配比(%)表，这4个配方焊剂匹配ERNiCrMo-3焊丝，采用适当的焊接规范，焊接工艺性能良好。

表 1 焊剂配方干粉质量配比（%）

编号	CaF₂	Al₂O₃	CaCO₃	金属铝粉	氟铝酸钾
						实施例1	40	47	7	3	3
实施例2	52	38	6	3	1
						实施例3	46	45	8	0.5	0.5
实施例4	48	44	4	2.5	1.5

实施例1

将重量百分比为：CaF₂ 40％、Al₂O₃ 47％、CaCO₃ 7％、金属铝粉3％、氟铝酸钠3％的焊剂干粉组成放入搅拌机中充分干混，再加入20％粘度约800MPa·S的钾钠1：1水玻璃充分湿混，然后将湿料放入造粒机中造粒，造好的焊剂颗粒送入350℃转动烘干炉进行40min低温烘干，烘干后将其送入转动烧结炉进行高温烧结，烧结温度为800℃，烧结时间为40min，出炉后冷却，筛分出20目的焊剂颗粒，包装，检验合格后入库，焊剂制备完成。

实施例2

将重量百分比为：CaF₂ 52％、Al₂O₃ 38％、CaCO₃ 6％、金属铝粉3％、氟铝酸钠1％的焊剂干粉组成放入搅拌机中充分干混，再加入30％粘度约800MPa·S的钾钠1：1水玻璃充分湿混，然后将湿料放入造粒机中造粒，造好的焊剂颗粒送入350℃转动烘干炉进行60min低温烘干，烘干后将其送入转动烧结炉进行高温烧结，烧结温度为850℃，烧结时间为30min，出炉后冷却，筛分出40目的焊剂颗粒，包装，检验合格后入库，焊剂制备完成。

实施例3

将重量百分比为：CaF₂ 46％、Al₂O₃ 45％、CaCO₃ 8％、金属铝粉0.5％、氟铝酸钠0.5％的焊剂干粉组成放入搅拌机中充分干混，再加入28％粘度约800MPa·S的钾钠1：1水玻璃充分湿混，然后将湿料放入造粒机中造粒，造好的焊剂颗粒送入370℃转动烘干炉进行50min低温烘干，烘干后将其送入转动烧结炉进行高温烧结，烧结温度为830℃，烧结时间为40min，出炉后冷却，筛分出60目的焊剂颗粒，包装，检验合格后入库，焊剂制备完成。

实施例4

将重量百分比为：CaF₂ 48％、Al₂O₃ 44％、CaCO₃4％、金属铝粉2.5％、氟铝酸钠1.5％的焊剂干粉组成放入搅拌机中充分干混，再加入32％粘度约800MPa·S的钾钠1：1水玻璃充分湿混，然后将湿料放入造粒机中造粒，造好的焊剂颗粒送入330℃转动烘干炉进行60min低温烘干，烘干后将其送入转动烧结炉进行高温烧结，烧结温度为830℃，烧结时间为50min，出炉后冷却，筛分出12目的焊剂颗粒，包装，检验合格后入库，焊剂制备完成。

针对Φ4.0的ERNiCrMo-3焊丝，表2列出了实施例所采用的焊接规范。

表 2 焊接规范

在相同焊接规范下，匹配同种ERNiCrMo-3焊丝（Φ4.0），以国外某知名品牌为比较例，所得熔敷金属的力学性能对比数据列于表3所示。从表3可见，两种熔敷金属的力学性能基本相当。

表 3 熔敷金属力学性能

在相同焊接规范下，匹配同种ERNiCrMo-3焊丝（Φ4.0），以上述国外某知名品牌为比较例，所得熔敷金属的化学成分对比数据列于表4。从表4可见，实施例配方在渗C、渗Si和渗P量方面明显低于比较例镍基焊剂，而对Cr、Ni、Mo、Nb等合金元素的保留却明显高于高于镍基焊剂。

表 4 焊丝及熔敷金属化学成分

实施例与上述比较例镍基焊剂的S、P含量对比数据见表5，从表3可以看出，实施例的S含量明显要低。

另外，通过在20mm厚低合金钢试板上堆焊一道的实际操作焊道对比可见，本发明涉及的镍基合金埋弧焊烧结焊剂的焊道铺展较好，无粘渣、裂纹等缺陷，其总体成形不亚于国外某知名品牌镍基焊剂焊道。

Claims

1.一种镍基合金埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，其特征是：将重量百分比为CaF₂40～52％、Al₂O₃ 45～47％、CaCO₃ 4～8％、金属铝粉 0.5～3％、氟铝酸钠 0.5～3％的干粉按比例混合均匀后，再加入干粉重量的20～32％，重量比为1:1的钾钠水玻璃作为粘结剂造粒，再经330～370℃低温烘干40～60min、800～850℃高温烧结30～50min，再经冷却、筛分、包装，焊剂制备完成。

2.如权利要求1所述的镍基合金埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，其特征是：所述筛分的焊剂颗粒为12～60目。