专利名称：带极电渣堆焊焊剂的制作方法
技术领域：
本发明属于焊接材料领域主要适用于核电反应堆、石油加氢反应器、化肥合成塔等压力容器的内衬堆焊。
诸如核电反应堆、石油加氢反应器、化肥合成塔之类的压力容器制造中，常采用堆焊方法在其低合金钢筒体和封头的内壁复合不锈钢内衬，防止介质的腐蚀，保证设备正常运行，延长其使用寿命。在堆焊方法中，与其它方法相比，带极电渣堆焊具有母材稀释率低、熔敷效率高、焊道金属的碳和氧含量低等优点。因此，这种焊接工艺已在国际上得到了较广泛的应用。
在带极电渣堆焊工艺中，合理地选择或配备焊剂是直接关系到堆焊层的质量及堆焊工艺参数的一个重要因素。
在现有技术中，带极电渣堆焊焊剂主要基于CaF2-Al2O3、CaF2-TiO2两个基本渣系。CaF2-TiO2渣系含有大量的TiO2，若用烧结方法生产焊剂，TiO2的活度大，导致焊道金属严重氧化。对于CaF2-Al2O3渣系，很多专利采用易吸潮的原料，使烧结焊剂因吸收水分而损害堆焊工艺性。如昭63-154292、昭60-61195等。
带极电渣堆焊焊剂的生产方法有两种，即烧结法和熔炼法。用烧结法生产高氟耐蚀堆焊焊剂，不仅效率高，可使焊剂合金化，而且可以减轻污染和焊剂中的碳含量，焊剂成分也易于控制，但上述两项日本专利所述的焊剂，由于采用了易吸潮的原料，不宜采用烧结法生产。
在现有的带极电渣堆焊中，有的采用含Nb或Mo的带极，致使脱渣差或局部粘渣，如US4436563。
本发明的目的在于提供一种既能保证堆焊层优异的性能，又能提高堆焊工艺性能的带极电渣堆焊焊剂。
针对上述目的，本发明带极电渣堆焊焊剂采用CaF2-Al2O3渣系，为了降低母材的稀释率，降低熔渣熔点，提高熔渣导电性，改善脱渣性，提高熔敷效率，焊剂中，还加入了MgF2、Na3AlF6、SiO2、MgO、MnO、Cr2O3组份。其具体的成分(重量%)为CaF225～55%，MgF210～30%，Na3AlF65～15%，Al2O35～25%，SiO25～20%，MgO 5～25%，MnO 1～10%，Cr2O31～10%，ZrO2≤15%。
现将焊剂成分中各组份的作用原理分述如下CaF2主要是作为造渣剂和导电成分。熔化后易电离成Ca2+和F-，使熔渣具有良好的导电性。但其“短渣”性过强，渣的粘度不理想。因此，需加入氧化物，与其配合，调整渣的物理性能。
MgF2除具有与CaF2相同的作用外，还能改善脱渣性;另外，Mg2+比Ca2+的电场强，可以调节熔渣的粘度和金属-熔渣的界面张力，使焊道表面光滑。
Na3AlF6除具有与CaF2的作用外，也能改善脱渣性;用它代替部分CaF2，可以降低渣的熔点和界面张力，增加流动性，降低熔渣对磁场的敏感性，有利于成形;Na3AlF6还可降低熔池的温度梯度，有利于宽带极的堆焊，使堆焊层边缘熔合良好。
上述三种氟盐的含量均有限量，一是含量过低，导电不佳，堆焊时产生电弧，若含量过高，电阻热降低，影响熔合;二是因为它们的“短渣”性过强，单独使用时工艺性不好。因此，上述氟盐与Al2O3、SiO2、MgO、Cr2O3等配合使用，可获得较好的综合效果。
Al2O3的化学性能稳定，熔点较高，是良好的造渣剂，同时，它的分解能高，在渣中以原子团的形式存在，具有较高的粘度和电阻，有利于降低熔渣的导电性能，增加电阻热，使熔渣产生足够的电阻热，熔化带极;它还能调节熔渣粘度-温度特性的作用，改善焊道成形。Al2O3含量过低，导电性太高;含量过高，堆焊时产生电弧，有损于工艺稳定性。
SiO2主要用作造渣剂。它能与MgO、Al2O3、ZrO2等发生反应，生成低熔点复合物，增加熔渣的高温粘度，改善流动性和焊道成形性，调节润湿角;另外，SiO2的化学活性大，能与氟化物反应，产生SiF4气体，诱发电弧及渣的飞溅，如下列反应式所示
为了保证合适的工艺性能及焊道成形，SiO2应控制在5～20%范围。
MgO用作造渣剂。它能与SiO2复合，降低其活度，稳定堆焊过程;另外，MgO还能提高渣的电导。MgO含量过低，堆焊时易起弧;含量过高，则提高渣的熔点，影响脱渣性及焊道成形，故其含量控制在5～25%较合适。
MnO加入焊剂中，主要用于防止锰的烧损，增加碱度;它与SiO2反应，降低渣的熔点和气体挥发量;另外，MnO可以增加渣的碱度及电导率。MnO含量过高，氧化性太强，应限制在10%以下。
Cr2O3可以增加渣的粘度，有利于防止铬的烧损，可以降低堆焊层中的碳含量。但Cr2O3含量过高，将导致脱渣性变坏，故10%以下为宜。
ZrO2主要用于代替部分SiO2，它的化学活性低于SiO2，可增加渣的粘度;另外，ZrO2还可改善脱渣性。但ZrO2含量过高，会增加渣的熔点，故应控制在15%以下。
本发明采用烧结法进行生产，烧结温度为500～850℃。
本发明所述的焊剂，可以与带宽30～300mm的不锈钢带极匹配，堆焊耐蚀性优异的超低碳耐蚀层，既适用于单层堆焊，也适用于双层堆焊。
本发明与现有技术相比，具有如下优点①母材稀释率低，仅为10%左右。
②焊道成形性好，脱渣良好。
③堆焊层的杂质含量低，有效地控制了Si的含量，防止310MoL带极的堆焊层出现热裂纹。
④适应性强，解决了含Nb带堆焊时的粘渣问题，解决了含Mo带堆焊时的弧坑粘渣及堆焊过程稳定性问题。
实施例按照本发明设计的成分，配制了六种焊剂，记为F1～F6;为了与现有技术对比，根据昭58-194494说明书中表5和昭60-61195说明书表1所示的成分，配制了两种焊剂，记为F7、F8;上述八种焊剂的成分列于表1。它们分别与0.5mm厚、60mm宽的347L、309L、310MoL钢带配套，在50mm厚的18MnMoNb钢板(母材)上进行堆焊工艺性试验。带极与母材的化学成分列于表2，堆焊工艺参数为电流800A、电压25V、焊接速度为150mm/min，堆焊工艺性检验结果列于表3。
在此基础上，进行堆焊的化学成分检验。选择了两种有代表性的焊剂F4和F8，分别与上述规格的309L、347L两种钢带相匹配，在2-Cr-1Mo钢板上进行双层堆焊;再分别与相同规格的310MoL钢带配套，在18MnMoNb钢板上进行单层堆焊，工艺参数见表4。按照有关标准的规定从堆焊层中取样，其化学成分的分析结果列于表5。可见，F4焊剂具有较小的增硅、增碳倾向。
权利要求
1.一种带极电渣堆焊焊剂，含有CaF2，Al2O3，SiO2，其特征在于该焊剂的成分(重量%)为CaF225～55%，MgF210～30%，Na3AlF65～15%，Al2O35～25%，SiO25～20%，MgO 5～25%，MnO 1～10%，Cr2O31～10%。
2.根据权利要求1所述的焊剂，其特征在于该焊剂的成分中，ZrO2≤15%
全文摘要
本发明属于焊接材料。主要适用于核电反应堆、石油加氢反应器、化肥合成塔等压力容器的内衬堆焊。该焊剂的成分(重量％)为CaF
文档编号B23K35/362GK1093311SQ9410146
公开日1994年10月12日 申请日期1994年2月28日 优先权日1994年2月28日
发明者李延军, 韩怀月, 张士范, 姜治中, 李维倩, 丁国庆 申请人:冶金工业部钢铁研究总院