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，伴隨著石化行業(yè)向大型化、規(guī)?；l(fā)展，對加氫設(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，以實現(xiàn)抗腐蝕、耐高溫等的質(zhì)量要求。對于大面積堆焊而言，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，需滿足以下幾點質(zhì)量要求①焊接作業(yè)性優(yōu)良焊接過程穩(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，彎曲無裂紋；④高的焊接效率。帶極自動堆焊技術(shù)由20世紀(jì)70年代引入中國，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因焊劑的不同而實現(xiàn)不同的焊接過程，根據(jù)焊接原理的不同，可分為埋弧自動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)是實現(xiàn)大面積高效堆焊的首選。實際生產(chǎn)中，某些場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，國內(nèi)廠家生產(chǎn)的電渣型焊劑，質(zhì)量參差不齊，在實際生產(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問題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，無法達(dá)到更高的焊接效率。加之現(xiàn)在市場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現(xiàn)優(yōu)良的抗腐蝕能力，保證彎曲后無裂紋產(chǎn)生，這些情況已越來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)量要求且能實現(xiàn)高的焊接效率。本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種不銹鋼帶極電渣堆焊焊帶及焊劑，所述焊帶包括過渡層焊帶和表面層焊帶， 所述過渡層焊帶中不含Mo元素，且各成分相對于該過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
所述過渡層焊帶中C相對于該過渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中C相對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相對于該表面層焊帶的重量百分含量為2. 5 3. 0%。所述過渡層焊帶中S相對于該過渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中S相對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%。所述過渡層焊帶中P相對于該過渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中P相對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。所述過渡層焊帶配合焊劑所得過渡層金屬中各成分相對于該過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題，堆焊層金屬成分是實現(xiàn)良好抗腐蝕能力的主要原因，下面通過合金元素在堆焊金屬中的作用對本發(fā)明所提供焊帶的特點加以說明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較低的
6范圍，因為在合金中若C是以單獨成分存在會和鉻結(jié)合從而減少了固溶體中能夠確?？垢g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)濟的材料利用又能避免“貧鉻”而造成的晶間腐蝕，在過渡層焊帶中將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，且在高溫下長時間使用會導(dǎo)致ο相等的脆化相析出，使高溫強度、韌性明顯變差，但若M含量過高，不僅成本增加，造成資源浪費且會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度和蠕變強度，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%時會導(dǎo)致不銹鋼在高溫時延展性、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，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%時會明顯變差，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)明同時提供一種堆焊焊劑，下面具體說明各組成成分及其含量的限制理由等問題。CaF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，堆焊時會產(chǎn)生電弧，若含量過高電阻熱降低，熔合不好。本發(fā)明焊劑設(shè)定為 60-75% ；Al2O3是良好的造渣劑，其熔點高，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，生成低熔點復(fù)合物增加焊渣的高溫粘度，調(diào)節(jié)濕潤角，改善焊道成型，但S^2的化學(xué)活性大，會與氟化物反應(yīng)生成氣體，焊接時誘發(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)定焊接過程，還可以提高渣的導(dǎo)電性；含量過高則會影響脫渣性和焊道成型，含量太低堆焊時會產(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，可實現(xiàn)焊帶堆焊小時，堆焊面積可達(dá)到每小時堆焊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，堆焊彎曲完全無裂紋。
具體實施例方式接下來，通過實例詳細(xì)說明本發(fā)明。實例按照本發(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)。分別用它們在50mm厚的Q345B鋼板上實施以下焊接(堆焊參數(shù)見表三)①過渡層堆焊選用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，所述焊帶包括過渡層焊帶和表面層焊帶，其特征在于所述過渡層焊帶中不含Mo元素，且各成分相對于該過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，其特征在于所述過渡層焊帶中C相對于該過渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中C相對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，其特征在于所述過渡層焊帶中S相對于該過渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中S相對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，其特征在于所述過渡層焊帶中S相對于該過渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中S相對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，其特征在于所述過渡層焊帶中P相對于該過渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中P相對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，其特征在于所述過渡層焊帶中P相對于該過渡層焊帶的重量百分含量和表面層焊帶中P相對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，其特征在于所述過渡層焊帶配合焊劑所得過渡層金屬中各成分相對于該過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，無焊接缺陷；有極佳的抗晶間腐蝕能力，堆焊彎曲完全無裂紋。
文檔編號B23K35/362GK102233494SQ20101016380
公開日2011年11月9日 申請日期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 申請人:昆山京群焊材科技有限公司