核电工程用SA-508Gr.3C1.2钢埋弧焊剂及专用焊丝的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种焊接材料，特别涉及一种核电工程用SA-508Gr. 3C1. 2钢埋弧焊 剂、专用焊丝及焊接方法。
【背景技术】
[0002] 第三代核电站的安全性和经济性都将明显优于第二代核电站。由于安全是核电 发展的前提，世界各国除了对正在运行的第二代机组进行延寿与补充性建一些二代的机组 外，接下来新一批的核电建设重点是采用更安全、更经济的先进第三代核电机组。国家能源 "十二五"规划明确提出：新建核电机组必须符合三代安全标准。随着国内三代核电机组的 陆续开工，对三代核电机组用焊接材料的需求也与日倶增，核岛主设备重型支撑需用到大 量核电工程用SA-508Gr. 3C1. 2钢埋弧焊剂及专用焊丝，对该焊丝焊剂熔敷金属提出了最 长保温40h热处理态的性能要求。但因经焊后热处理后，熔敷金属力学性能容易发生显著 变化，很难达到核电工程用SA-508Gr. 3C1. 2钢埋弧焊剂及专用焊丝熔敷金属化学成分及 力学性能要求，所以达到所要求性能指标的焊剂和焊丝是目前所需。
[0003] 目前核电工程用SA-508Gr. 3C1. 2钢还没有与之相匹配的专用焊剂及焊丝，采用 通用焊接材料后熔敷金属不能保证熔敷金属经过595-620°C，保温40h热处理后熔敷金属 获得好的性能，不能满足核电工程用SA-508Gr. 3C1. 2钢的技术要求。
[0004] 因此为了满足国家引进第三代核电技术的需要，急需研究能够满足第三代核电技 术要求的核电工程用SA-508Gr. 3C1. 2钢埋弧焊剂及专用焊丝，突破核电设备用焊接材料 国产化技术难题，加速核电设备自主化进程。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的之一就在于提供一种核电工程用SA-508Gr. 3C1. 2钢埋弧焊剂， 该核电工程用SA-508Gr. 3C1. 2钢埋弧焊剂具有良好的焊接工艺性能和力学性能，经过 595-620°C，保温40h热处理后熔敷金属获得好的性能，热处理态的力学性能满足技术指 标，具有强的稳定性。
[0006] 技术方案是：一种核电工程用SA-508Gr. 3C1.2钢埋弧焊剂，一种核电工程用 SA-508Gr. 3C1. 2钢埋弧焊剂，由以下成分制成：
[0007] Si02 10-10. 5 重量份、MgO 33. 5-34 重量份、A1203 15-17 重量份、CaF2 30-32 重量 份、CaO 2-4重量份、MnO 2-3重量份、Na20 2-3重量份3、K20 0.5-1重量份。
[0008] 作为优选，所述Si02 10重量份、MgO 34重量份、A1203 15重量份、CaF2 32重量份、 CaO 3重量份、MnO 2重量份、Na20 3重量份3、K20 1重量份。
[0009] 作为优选，所述Si02 10. 5重量份、MgO 33. 5重量份、Α1203 16重量份、CaF2 30. 5 重量份、CaO 3重量份、MnO 2. 5重量份、Na20 3重量份3、K20 1重量份。
[0010] 作为优选，所述5丨0210.5重量份、1%0 33.5重量份31203 17重量份、0&?2 30重 量份、CaO 3重量份、MnO 3重量份、Na20 3重量份3、Κ20 1重量份。
[0011] 本发明的目的之二在于提供一种核电工程用SA-508Gr. 3C1. 2钢埋弧焊剂的制备 方法。
[0012] 技术方案是：一种核电工程用SA-508Gr. 3C1. 2钢埋弧焊剂的制备方法，包括以下 步骤：
[0013] 步骤一、将权利要求1-4任一权利要求所述的焊剂各组分粉料置于混合器内、搅 拌混合均勾；
[0014] 步骤二、加入焊剂重量15-20%的粘结剂混合搅拌造粒；
[0015] 步骤三、再经100-200°C低温烘烤，600-800°C高温烧结，筛分即成。
[0016] 作为优选，所述粘结剂为含硅酸锂的钠水玻璃，所述低温烘烤为150°C低温烘烤， 所述高温烧结为700°C高温烧结。
[0017] 本发明的目的之三在于提供一种核电工程用SA-508Gr. 3C1. 2钢埋弧焊剂用的专 用焊丝。
[0018] 技术方案是：一种核电工程用SA-508Gr. 3C1. 2钢埋弧焊剂用的专用焊丝，该焊丝 含有以下成分：
[0019] C 0. 040-0. 100% ；Mn 1. 25-1. 80% ；Si 0. 2〇-〇. 40% ；P ^ 0. 080% ；S ^ 0. 006% ； Cr ^ 0. 10 % ；Ni 1. 4-2. 1 % ；Mo 0. 35-0. 55 % ；Cu ^ 0. 10 % ；V ^ 0. 05 % ；Ti ^ 0. 10 % ； Zr < 0. 10% ;Nb < 0. 02%，余量为铁与微量杂质，％为质量百分比。
[0020] 作为优选，所述 C 0· 072 %、Μη 1. 45 %、SiO. 28 %、P 0· 0039 %、S0. 0035 %、 Cr0.0 12 %、Nil. 62 %、M〇0. 49 %、Cu0.0 14 %、V0.00 29 %、Ti0.00 1 %、Zr0.00 33 %、Nb 0· 0024%〇
[0021] 本发明的目的之四在于提供一种核电工程用SA-508Gr. 3C1. 2钢的焊接方法。
[0022] 技术方案是：一种核电工程用SA-508Gr. 3C1. 2钢的焊接方法，该方法采用上述的 埋弧焊剂和专用焊丝。
[0023] 发明原理：
[0024] 本发明设计了一种Si02-Mg0-Al203-CaFj^性渣系。通过对熔渣的表面张力、粘度 的调整，改善熔渣的流动性。通过对熔渣熔点、线膨胀系数等方面的调整，改善渣壳的脱渣 性。通过对钾、钠等物质含量的调整，改善了焊剂的电弧稳定性，通过对某些原辅材料的特 殊处理，降低了焊剂的结晶水含量。
[0025] 本发明中，Si02是提高焊接工艺性能的主要成分，也是主要的造渣成分。Si0 2是一 种酸性物质，降低焊剂碱度，焊剂中与CaF2搭配，能影响焊剂的抗气孔能力。SiO 2能调整渣 的凝固点、表面张力及熔渣高温粘度，对焊道外观和形状的有重要的作用。Si02对脱渣性影 响比较大，随着310 2量的增加，脱渣变得容易，抗氧化性能也增强，表面压坑减少，但是随着 Si02量的进一步增加，焊剂的焊接综合工艺性能却逐步地降低。为此，SiO 2含量控制在一定 的范围内。
[0026] MgO是良好的造渣材料，它能增加熔渣的透气性，抑制表面氧化，降低酸性渣的粘 度，同时降低扩散氢的含量，并具有增大熔渣表面张力的作用。随着MgO含量的增加，熔渣 的膨胀系数增加，并且焊接综合工艺性能也在逐步的提高，但是MgO熔点较高，增大熔渣粘 度，提高熔渣凝固温度，抑制渣的流动性使焊缝成形变差，熔渣变硬，脱渣困难，因而MgO含 量不能过多。在本次发明中，为了保证焊缝性能，通过研究和调整，MgO加入量控制在一定 的范围内。
[0027] A1203是影响脱渣性的主要成分，在低碱度情况下，会使熔渣的表面张力降低，加之 其熔点较高，高温的膨胀系数与铁的差异较大，随着其加入量的增加，焊缝波纹变细.焊缝 成型变好而有利于脱渣，焊接综合工艺性能也相应的提高。但是，随着A1 203量的进一步增 加，脱渣变得越来越困难，同时焊接综合工艺性能也在逐步降低。所以含量控制在一定的范 围内％。
[0028] MnO在焊接过程中与Si02结合成复合的硅酸盐，形成良好的焊渣，保护熔敷金属， 使熔敷金属不受空气中N和0的影响，而且被还原的锰元素是焊缝中主要合金成分，能提高 焊缝强度和冲击韧性，同时，被还原的锰与焊缝中的S化合，形成MnS起到了脱S的作用，为 此，确定MnO含量控制在一定的范围内。
[0029] 0&匕具有促进熔敷金属精炼反应的同时降低熔敷金属的氧含量，提高抗气孔能 力。CaF2熔点较低，能有效降低熔渣高温粘度，改善熔渣流动性，并提高导电性，改善焊缝成 形，且对金属脱硫有良好影响。但是，随着CaF2在焊剂中的含量的增加，焊剂的综合工艺性 能下降。在本次发明中，试验证明CaF2在本发明范围内有较好效果。
[0030] CaO是碱性氧化物，在焊剂中起造渣和提高焊剂碱度作用。CaO是较强的碱性氧化 物，与S、P的结合能力较强，可以降低焊缝金属中的S、P含量，它能有效提高焊剂抗大电流 能力，改善焊缝力学性能。本焊剂发明中加入量控制在一定的范围内。
[0031] K20、Na20是低电离度氧化物，能提高焊剂碱度，适量的含量能提高电弧稳定性，在 焊剂中加入量均控制在一定的范围内。
[0032] 本发明通过合理配比各种组分的比例，保证焊剂获得良好的力学性能与焊接工艺 性能。焊后获得合适的熔敷金属化学成分，获得良好的力学性能，保证获得良好的工艺性能 与力学性能，获得纯净度高的熔敷金属。
[0033] 有益效果：
[0034] 采用本发明焊剂和焊丝对核电SA-508Gr. 3C1. 2钢钢结构进行焊接，经过 595-620°C，保温40h热处理后熔敷金属获得良好的性能，其常温焊态和焊后热处理态熔敷 金属的抗拉强度620-795Mpa、屈服强度彡540Mpa、延伸率彡18%，360°C高温焊态和热处理 抗拉强度彡560Mpa、屈服强度彡370Mpa，8°C冲击彡达到170J以上、-25°C冲击达到100J以 上，熔敷金属扩散氢含量< 4mL/100g。有效地提高了焊缝整体性能，以及焊接工艺性能良 好，电弧稳定、飞溅小、焊缝成型美观，脱渣好。
[0035] 本发明焊接后焊缝具有与SA-508Gr. 3C1. 2钢相近的强度、高韧性、低裂纹敏感性 等优良性能。可用于CAP1400项目核电站蒸发器及稳压器的焊接。
[0036] 本发明中的焊剂和焊丝适应用于第三代核电SA-508Gr. 3C1. 2钢结构的焊接。
【具体实施方式】
[0037] 下面将对本发明作进一步说明。
[0038] 实施例1
[0039] 将 Si02 10kg、MgO 34kg、A1203 15kg、CaF2 32kg、CaO 3kg、MnO 2kg、Na20 3kg、K20 lkg的粉料置于混合器内、搅拌混合均匀后，加入18kg钠水玻璃混合造粒，再经150°C低温 烘烤、700°C高温烧结、筛分，即制得焊剂产品。
[0040] 将该焊剂配合EM2焊丝（焊丝成分按重量百分比为：C 0· 072、Μη 1· 45、SiO. 28、 P 0. 003