本发明涉及焊接材料领域，具体涉及一种含Nb不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂的制备方法。
背景技术：
伴随着石化行业向大型化、规模化发展，亦随着工业化过程中的节能减排等要求，对一些大型设备，如加氢设备、原流合成塔、煤液化反应器等压力容器用材料要求越来越高，这往往要求大面积堆焊奥氏体不锈钢做内衬，以实现抗腐蚀、耐高温等的质量要求。对于大面积堆焊而言，带极自动堆焊是目前最理想的实现方法，相较于手工电弧焊和丝极堆焊，带极自动堆焊有以下明显优点：
1、高效的堆焊效率：堆焊速度可达到30cm/min，可实现焊带堆焊25Kg/小时；
2、良好的焊接质量，无夹渣未熔合等焊接缺陷。
在石化设备中，如加氢设备因为高压、高温环境，加之临氢状态，一般做内衬的Cr-Ni系奥氏体不锈钢难以满足使用条件，通常的解决方式为使用添加了Nb的不锈钢，以提高抗晶间腐蚀性能，但添加了Nb的不锈钢在焊接过程中，往往有焊接作业环境恶化，脱渣困难，有多量残渣等缺陷。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种含Nb不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂的制备方法，不仅提高了抗晶间腐蚀能力，堆焊性能优异，又解决了焊接作业环境恶化，脱渣困难，有多量残渣等缺陷。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供一种含Nb不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1)过渡层焊带的制备
将含有化学元素：C、Si、Mn、P、S、Ni、Cr、Cu和N的化学组分经冶炼、浇注、锻打、热轧、酸洗、冷轧、分条或分卷制备；
2)表面层焊带的制备
将含有化学元素：C、Si、Mn、P、S、Ni、Cr、Nb、Cu和N的化学组分经冶炼、浇注、锻打、热轧、酸洗、冷轧、分条或分卷制备；
3)焊剂的制备
将化学组分：CaF2、Al2O3、SiO2、Nb2O5、CaO和NaF在550℃-850℃烧结制备。
本发明的有益效果是：通过一种含Nb不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂的方法，不仅提高了抗晶间耐腐蚀性能，堆焊性能优异，使堆焊弯曲无裂纹，又解决了焊接作业条件恶化，脱渣困难，有大量残渣等缺陷，使脱渣容易，焊道成型美观。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以作如下改进：
作为优选方案，所述过渡层焊带化学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％，
余量为Fe及其它不可避免杂质。
作为优选方案，所述表面层焊带化学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％，
余量为Fe及其它不可避免杂质。
采用上述优选的方案，所述表面层焊带的化学组分稳定，提高了抗晶间腐蚀性，使堆焊弯曲无裂纹。
作为优选方案，所述焊剂化学组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主要是作为造渣剂和导电成分，通过熔化后电离成Ca2+和F-起到导电作用。若氟化物含量过低，堆焊时会产生电弧，若含量过高电阻热降低，熔合不好；本发明焊剂中CaF2的重量百分比设定为55％-70％。
AL2O3是良好的造渣剂，其熔点高，化学性能稳定，且具有较高的粘度和电阻，可增加熔渣的电阻热来熔化电极。还能调节熔渣粘度，改善焊道成型；但AL2O3含量太高会容易产生电弧，本发明将其重量百分比设定为7％-15％。
SiO2主要作为造渣剂，它可以与MgO、AL2O3等作用，生成低熔点复合物增加焊渣的高温粘度，调节湿润角，改善焊道成型，但SiO2的化学活性大，会与氟化物反应生成气体，焊接时诱发飞溅，为保证良好的焊接工艺性能及焊道成型，本发明焊剂中SiO2重量百分比设定为7％-12％。
Nb2O5增加焊渣粘度，有利于防止Nb的烧损，有利于Nb在焊道表面的均匀分布；本发明焊剂中Nb2O5重量百分比设定为0.2％-2％。
CaO用作造渣剂且可以稳定焊接过程，有良好的脱硫作用，本发明焊剂中CaO重量百分比设定为3％-15％。
NaF主要作用基本同CaF2，部分代替CaF2，本发明焊剂中NaF重量百分比设定为1％-5％。
采用上述优选的方案，所述焊剂的化学组分稳定，其具有很强的可重复性，在实际生产中，在基本化学组分不变的情况下，焊剂可多次回收利用，节约了生产成本。
作为优选方案，所述焊剂优选化学组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％。
作为优选方案，所述焊剂的化学组分重量百分比之和为100％。
作为优选方案，所述过渡层熔敷金属化学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％，
余量为Fe及其它不可避免杂质。
作为优选方案，所述表面层熔敷金属的化学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％，
余量为Fe及其它不可避免杂质。
采用上述优选的方案，所述表面层焊带熔敷金属的C、Si、P和S含量较低，Cr、Ni和Nb含量较高；在堆焊过程中，脱渣良好、无残渣问题，有效避免热裂纹出现，提高了堆焊效率。
作为优选方案，所述化学元素重量百分比之和为100％。
具体实施方式
除非特别指明，以下实施例中化学元素重量百分比均由“火花原子发射光谱仪”检测，化学组分重量百分比由“X射线荧光光谱仪(XRF)”检测，焊接设备选用林肯DC1500，腐蚀性能采用液压万能试验机检测，铁素体采用铁素体仪器进行检测，稀释率采用化学组分计算获得。
下面详细说明本发明的优选实施方式。
实施例1，
为了达到本发明的目的，本发明提供一种含Nb不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂的制备方法，将含有化学元素：C、Si、Mn、P、S、Ni、Cr、Cu和N元素的化学组分经冶炼、浇注、锻打、热轧、酸洗、冷轧、分条或分卷制备成过渡层焊带；将含有化学元素：C、Si、Mn、P、S、Ni、Cr、Nb、Cu和N元素的化学组分经冶炼、浇注、锻打、热轧、酸洗、冷轧、分条或分卷制备成表面层焊带。
焊剂通过化学组分：CaF2、Al2O3、SiO2、Nb2O5、CaO和NaF在550℃-850℃高温烧结制备。此实施例中的焊剂被标记为焊剂1，所述焊剂1化学组分的具体重量百分比如下表1：
表1焊剂1化学组分具体重量百分比(％)
从表1可以看出，焊剂1的化学组分的具体重量百分比之和为100％。
此实施例中的堆焊采用焊接设备林肯DC1500堆焊，堆焊工艺参数如下表2：
表2堆焊工艺参数
焊剂1的堆焊工艺性能如下表3：
表3焊剂1的堆焊工艺性能
注：A：优，B：良，C：一般，D：不合格。
焊剂1配合表面层焊带堆焊层物理性能如下表4：
表4焊剂1配合表面层焊带堆焊层物理性能
焊剂1分别配合过渡层焊带和表面层焊带的化学元素重量百分比如下表5：
表5焊剂1分别配合过渡层焊带和表面层焊带化学元素的重量百分比(％)
表5中，焊剂1分别配合过渡层焊带和表面层焊带化学元素的重量百分比为之和均为100％，剩余量为Fe及其它不可避免杂质；焊剂1的过渡层熔敷金属和表面层熔敷金属化学元素的重量百分比为之和均为100％，剩余量均为Fe及其它不可避免杂质。
上述表格中，表3可以观察到焊剂1分别配合过渡层焊带和表面层焊带的堆焊工艺性能较好，其稳定性、焊道成型、焊道脱渣均处于最优水平，堆焊脱渣容易，完全无残渣，焊道成型美观；表4中焊剂1配合表面层焊带堆焊层物理性能优良，其稀释率为10.1％，较低的稀释率提高了堆焊层的耐腐蚀性能，因此经硫酸-硫酸铜溶液72小时腐蚀后180°弯曲，其无腐蚀倾向，完全无裂纹；表5中表面层焊带的熔敷金属的C、Si、P和S含量较低，Cr、Ni和Nb含量较高，熔敷金属的化学性能和物理性能优良；在堆焊过程中，脱渣良好、无残渣问题，提高了抗晶间腐蚀能力，有效避免热裂纹出现，提高了堆焊效率。
实施例2，
为了达到本发明的目的，本发明提供一种含Nb不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂的制备方法，过渡层焊带的制备方法及表面层焊带的制备方法与实施例1中相同，焊剂的制备方法与实施例1中相同，不同之处在于焊剂化学组分的具体重量百分比，本实施例的焊剂被标记为焊剂2，所述焊剂2化学组分的具体重量百分比如下表6：
表6焊剂2化学组分具体重量百分比
焊剂2的化学组分的具体重量百分比之和为100％。
此实施例中的堆焊工艺参数、焊接设备与实施例1中相同，不同之处在于焊剂2的堆焊性能，焊剂2的堆焊工艺性能如下表7：
表7焊剂2的堆焊工艺性能
注：A：优，B：良，C：一般，D：不合格。
焊剂2配合表面层焊带堆焊层物理性能如下表8：
表8焊剂2配合表面层焊带堆焊层物理性能
焊剂2分别配合过渡层焊带和表面层焊带的化学元素重量百分比如下表9：
表9焊剂2分别配合过渡层焊带和表面层焊带化学元素的重量百分比(％)
表9中，焊剂2分别配合过渡层焊带和表面层焊带化学元素的重量百分比为之和均为100％，剩余量为Fe及其它不可避免的杂质；焊剂2的过渡层熔敷金属和表面层熔敷金属化学元素的重量百分比为之和均为100％，剩余量为Fe及其它不可避免的杂质。
上述表格中，表8可以观察到焊剂2分别配合过渡层焊带和表面层焊带的堆焊工艺性能良好，焊剂2配合表面层焊带的稳定性、焊道成型、焊道脱渣均处于最优水平，但焊剂2堆焊过渡层焊带的脱渣性良好，证明本发明解决了添加Nb的不锈钢在焊接过程中，往往有焊接作业环境恶化，脱渣困难，有多量残渣等缺陷。表8中焊剂2配合表面层焊带堆焊层物理性能优良，其稀释率为10.2％，较低的稀释率提高了堆焊层的耐腐蚀性能，因此经硫酸-硫酸铜溶液72小时腐蚀后180°弯曲，其无腐蚀倾向，完全无裂纹；表9中表面层焊带的熔敷金属的C、Si、P和S含量较低，Cr、Ni和Nb含量较高，熔敷金属的化学性能和物理性能优良；在堆焊过程中，脱渣良好、无残渣问题，提高了抗晶间腐蚀能力，有效避免热裂纹出现，提高了堆焊效率。
实施例3，
本发明提供一种含Nb不锈钢带极电渣堆焊焊带及焊剂的制备方法，过渡层焊带的制备方法和表面层焊带的制备方法与实施例1中相同，焊剂的制备方法与实施例1中相同，不同之处在于焊剂的化学组分，本实施例中的焊剂被标记为焊剂3，所述焊剂3化学组分的具体重量百分比如下表10：
表10焊剂3化学组分具体重量百分比(％)
焊剂3的化学组分的具体重量百分比之和为100％。
此实施例中的堆焊工艺参数、焊接设备与实施例1相同，不同之处在于焊剂3的堆焊工艺性能，焊剂3的堆焊工艺性能如下表11：
表11焊剂3的堆焊工艺性能
注：A：优，B：良，C：一般，D：不合格。
焊剂3配合表面层焊带堆焊层物理性能如下表12：
表12焊剂3配合表面层焊带堆焊层物理性能
焊剂3分别配合过渡层焊带和表面层焊带的化学元素重量百分比如下表13：
表13焊剂3分别配合过渡层焊带和表面层焊带化学元素的重量百分比(％)
表13中，焊剂3分别配合过渡层焊带和表面层焊带化学元素的重量百分比为之和均为100％，剩余量均为Fe及其它不可避免的杂质；焊剂3的过渡层熔敷金属和表面层熔敷金属化学组分的重量百分比为之和均为100％，剩余量为Fe及其它不可避免的杂质。
表11可以观察到焊剂3分别配合过渡层焊带和表面层焊带的堆焊工艺性能优良，焊剂3堆焊表面层焊带的稳定性、焊道成型、焊道脱渣均处于最优水平，但焊剂3堆焊过渡层焊带稳定性和焊道成型均处于良好水平，证明本发明解决了添加Nb的不锈钢在焊接过程中，往往有焊接作业环境恶化，脱渣困难，有多量残渣，焊道成型不美观等缺陷；表12中焊剂3配合表面层焊带堆焊层物理性能优良，其稀释率为9.7％，较低的稀释率提高了堆焊层的耐腐蚀性能，因此经硫酸-硫酸铜溶液72小时腐蚀后180°弯曲，其无腐蚀倾向，完全无裂纹；表13中表面层焊带的熔敷金属的C、Si、P和S含量较低，Cr、Ni和Nb含量较高，熔敷金属的化学性能和物理性能优良；在堆焊过程中，脱渣良好、无残渣问题，提高了抗晶间腐蚀能力，有效避免热裂纹出现，提高了堆焊效率。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。