一种铬钼耐热钢用超低氢陶质焊剂及制备方法
【专利摘要】一种铬钼耐热钢用超低氢陶质焊剂，所述焊剂各组分及其质量百分比含量如下：MgO：28~35％，CaO：６～１5％，CaF2：１7～２２％，Al2O3：１３～２０％，SiO2：5～10％，K2O+NaO：1～5％，锰铁：0.5～3.5％，硅铁：0.5~2％，MgCO3：６～8％。本发明提出的焊剂类型含有镁砂、氟化物、硅酸盐、碳酸盐、用做还原剂的锰铁、硅铁及改善脱渣性及焊缝成型的石英。使用本发明烧结焊剂焊接时电弧稳定、缝内脱渣性好、焊缝成型美观、焊缝表面无裂纹、气孔、压坑等焊接缺陷。
【专利说明】一种铬钼耐热钢用超低氢陶质焊剂及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于焊接材料【技术领域】，尤其是涉及一种铬钥耐热钢用超低氢陶质焊剂。【背景技术】
[0002]已知的，铬-钥钢具有特殊的优质性能，常常被用于制造一些耐高温、耐高压的阀门和压力容器，在压力容器上使用的低合金耐热钢主要以Cr-Mo为主，这一类钢不但具有耐高温的性能，还具有良好的抗氢腐蚀能力，但如何保障在焊接后，焊接接头在高温、高压、各种腐蚀介质条件下具有与母材同样地性能，是对焊接材料的考验。随着Cr-Mo系列耐热钢的应用越来越广泛，压力容器用钢以及焊接接头的安全、经济运行将会对国家的各个行业起到关键的作用，为此，对相应的焊接材料提出了严峻的考验，而且Cr-Mo钢在焊接中容易引起冷、热裂纹等缺陷，常用的耐热钢用焊接材料适用于常温和大间隙焊接条件；而坡口窄间隙和特殊耐热钢焊接中，要求低温冲击韧性(_40°C )环境下，相应的埋弧焊剂还处于空白阶段。
[0003]耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、工业炉、动力机械和航空、石油化工、核电等工业部门中在高温下工作的零部件。目前，耐热钢的使用温度范围为200?1300°C，工作压力为几兆帕到几十兆帕，工作环境十分复杂。所以现在的耐热钢焊接材料除要求高温强度外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。
[0004]大型压力容器的制造以埋弧自动焊接为主，尤其窄间隙埋弧焊接。国内在耐热钢埋弧焊丝、焊剂以及焊接工艺存在着较大的不稳定性，热裂问题等时有发生，急需改进目前市场上常用的高强耐热钢埋弧焊丝和焊剂，市场上配套的焊剂很难满足在不同的热处理条件下在高温时都具有良好的力学性能。
[0005]目前国内耐热钢焊剂多为高温烧结焊剂，焊缝残余扩散氢较高。提高埋弧焊剂的碱度被认为是获得高韧性焊缝的有效措施，但随之会使得焊缝中扩散氢增高，导致由氢引起的冷裂纹倾向增大。国内目前研制和生产的中性和碱性熔炼焊剂，满足不了调质型高强度钢的性能要求，所以研制高碱度低含氢量的新非熔炼型焊剂是高强度钢焊接发展的需要。
[0006]焊剂碱度提高，其氧化性能降低，而氢含量的减少却又受到了抑制，这是一般的规律。为了获得高碱度低含氢量的焊剂，采取高温烧结，它即可使焊剂中的水分(包括结晶水)在高温下全部或大部去除，又可提高焊剂的强度，减少其碎化，从而也就减少了焊剂吸收水分的表面，亦即减少了焊剂中的水分，但是高温烧结后焊剂吸潮严重，焊接过程中扩散氢含量很难控制在较低的水平。
【发明内容】
[0007]本专利的目的是提出的一种铬钥耐热钢用超低氢陶质焊剂，本焊剂的设计理念是采用气-渣-合金联合保护方式以获得低氢甚至超低氢的焊接接头，传统的埋弧焊剂以熔渣保护为主。陶质焊剂具有制造简单、能源消耗低、工艺性能好的特点。高温烧结焊剂高温烧结后，如何防止碱金属和碱土金属的氧化物吸水，因为无机粘结剂烧到一定的温度后，失去了结晶水，也即失去了粘性。而低温陶质焊剂不存在这些问题，故开发高碱度、超低氢新型低温烧结焊剂具有一定的意义。对容器的制造技术和工艺要求越来越高，不仅要求焊缝金属具有良好的强韧性匹配，而且厚壁容器的窄间隙埋弧焊要求焊剂具有良好的脱渣性能和极其优良的抗裂性能。
[0008]为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0009]一种铬钥耐热钢用超低氢陶质焊剂，所述焊剂各组分及其质量百分比含量如下:MgO:28 ~35%，Ca0:6 ~15%，CaF2:17 ~22%，A1203:13 ~20%，Si02:5 ~10%，K2CHNaO:I ~5%，锰铁:0.5 ~3.5%，硅铁:0.5 ~2% ,MgCO3:6 ~8%。
[0010]本发明所述MgCO3残余的CO2当量为4%~8%。
[0011]一种铬钥耐热钢用超低氢陶质焊剂的制备方法，按配方配料后，过30目筛，混合均匀后，加水调制42~45Be (20°C)的钾钠水玻璃；经300°C低温烘焙3h，500°C高温烘焙60min，然后随炉冷却，过12~60目筛，即成陶质焊剂。
[0012]由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果:本烧结焊剂分低温粘结焊剂，国内烧结焊剂以高温烧结焊剂为主，广泛应用于各个领域。而陶质焊剂由于其工艺性难以把握，尤其是压坑问题没有得到解决，这种粘结焊剂大约在400~600°C下烘烤制成的，因此粘结焊剂中蕴藏的氢含量高于熔融焊剂和烧结焊剂。本焊接的设计理念是低温烧结以保持足够量的碳酸盐，烘烤时不变质，本身氢含量比较高，通过控制焊剂的制造工艺，使得焊机本身的含氢量下降，而残余的碳酸盐的电弧中分解大量气体降低氢分压的作用，从而使得扩散氢含量很低。
[0013]通过调制水玻璃组分使得焊剂气体在烘焙过程中以及焊接过程中易于排出。烧结温度在400°C~700°C烧结60min，在此温度下大理石不不能分解。该焊剂具有较高的碱度，同时在焊接过程中又能产生适量的CO2气体，与熔渣、合金元素等形成气-渣-金属联合保护的机制，使得扩散氢降至3.0ml/lOOg以下。另外该焊接碱度较高，氧化性弱，氧含量降至270ppm~300ppm以下,使得焊缝不增娃不回磷,具有良好的抗氢脆、抗回火脆性，抗时效热处理引起的脆能力。焊缝金属扩散氢降至≤3.0ml/100g，碱度为:2.7~3.2，所获得焊缝金属不但氧、氢含量低，而且不增硅、不回磷，使得焊缝具有良好的强韧性、优异的抗氢脆、抗回火脆性的能力。
[0014]本发明采用一种新型的陶质焊剂，通过控制原材料品位、焊剂生产制造工艺、优化的配方等尽可能降低焊缝中的S、P、O等有害夹杂物，提高其纯净度，使熔渣中有较低的氧含量，保证焊接过程中合金成分达到有效的过渡，确保其具有较好的强韧性，同时调整焊剂其它组分，实现焊接工艺的优化和高速焊接。
[0015]本专利提出的焊剂类型含有镁砂、氟化物、硅酸盐、碳酸盐、用做还原剂的锰铁、硅铁及改善脱渣性及焊缝成型的石英。使用本发明烧结焊剂焊接时电弧稳定、缝内脱渣性好、焊缝成型美观、焊缝表面无裂纹、气孔、压坑等焊接缺陷。
[0016]本烧结焊剂中各成分的主要作用简述如下:
[0017]电熔镁砂MgO: 28~35 %
[0018] 主要作用是造渣，调节熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性，改善焊缝成型，减少飞溅。当电熔镁砂含量超过35%时，熔渣的粘度增大，熔渣流动性较差，覆盖性降低；当电熔镁砂含量低于20%时，熔渣流动性变差，导致焊缝成形变差。因而将焊剂中电熔镁砂含量控制在28?35%。
[0019]萤石CaF2:14 ?22%
[0020]适量的萤石可以降低液态金属的表面张力，提高其流动性，使得焊缝成型美观，降低焊缝气孔敏感性，并能够降低熔敷金属的扩散氢含量。萤石含量低于14%时，使得焊缝成型不好，焊缝中易出气孔。当萤石含量超过22%时，使电弧稳定性变差，因此控制焊剂中萤石的含量为10?20%。
[0021]刚玉Al2O3:13 ?20%
[0022]主要作用是造渣，调节熔渣的熔点及粘度。当刚玉含量低于13%时，熔渣的熔点及粘度较低，覆盖性较差；当刚玉含量高于20%时，熔渣熔点过高，焊接时液体熔渣的铺展性较差，使得熔渣的覆盖性大幅度降低。焊接时电弧稳定性变差。因而控制焊剂中刚玉含量为13?20%。
[0023]氧化钙CaO:6 ?15%
[0024]氧化钙CaO以硅灰石的形式加入，主要用作造渣，改善电弧稳定性及熔滴过渡性能。当硅灰石中CaO含量低于6%时，造渣量较少，对焊缝保护效果较差，熔滴过渡颗粒较大，焊缝波纹较粗，当娃灰石中CaO含量高于15%时,会增大对焊缝的渗娃,影响焊缝的性能。因而应控制焊剂中硅灰石中CaO含量为6?15%。
[0025]石英SiO2:5 ?10%
[0026]主要用作用改善焊缝成形。当石英粉含量低于5%时，焊缝成型较差，焊缝金属铺展不开，焊缝成型系数较小，当石英粉含量高于10%时，会增大对焊缝的渗硅，影响焊缝的性能。因而应控制焊剂中石英含量为5?10%。
[0027]硅铁:0.5?2%
[0028]加入主要起到脱氧的作用。硅铁加入量低于0.5%时，不能到达脱氧的作用，硅铁加入量高于2%时，会增加焊缝中硅含量。因而控制硅铁加入量为0.5?2%。
[0029]锰铁:0.5?3.5%
[0030]锰铁的加入主要起到脱氧和调节熔渣粘度的作用。锰铁加入量低于0.5%时，不能到达脱氧的作用，锰铁加入量高于2%时，会增加熔渣的粘度。因而控制锰铁加入量为
0.5 ?3%。
[0031]MgCO3:6 ?8%
[0032]MgCO3的加入主要起到造气和造渣的作用。MgCO3加入量低于6%时，不能到达脱氧的作用，保护不足，会产生气孔，MgCO3加入量高于8 %时，会增加熔渣的粘度，同样也会产生其恐慌。因而MgCO3控制加入量为6?8%。
[0033]金属碳酸盐残余的CO2当量为:4%?8%
[0034]当组分中残余的CO2当量大于8%时，焊接过程产生的气体、烟尘较大，恶化工作环境，产生大量压坑，同时氧化性气体使得焊缝金属残余氧含量增高；当当组分中残余的CO2当量大于4%时，产生的气体分压较低，不足以使得扩散氢降至超低氢水平。
[0035]K2CHNa2O: 1% ?5%
[0036]钾钠氧化的混合物由于钾钠电弧中易于电离，主要起到稳定电弧的作用，当二者含量之和小于1%时，电弧稳定性较差，焊缝成形性较差；当二者含量之和大于5%时，熔渣较稀，焊缝覆盖不全，成形较差。
【具体实施方式】
[0037]通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
[0038]陶质焊剂成分具体配比如表1所示。
[0039]表1实施例成分配比(wt%)
[0040]
【权利要求】
1.一种铬钥耐热钢用超低氢陶质焊剂，其特征是:所述焊剂各组分及其质量百分比含量如下:MgO:28~35%，CaO: 6 ~1 5%,CaF2:1 7 ~2 2 %,Al2O3:1 3 ~2 O %,Si02:5 ~10%，K2CHNaO:1 ~5%，锰铁:0.5 ~3.5%，硅铁:0.5^2%, MgCO3: 6 ~8%。
2.如权利要求1所述的铬钥耐热钢用超低氢陶质焊剂，其特征是:所述MgCO3残余的CO2当量为4%~8%。
3.—种如权利要求1所述的铬钥耐热钢用超低氢陶质焊剂的制备方法，其特征是:按配方配料后，过30目筛，混合均匀后，加水调制42~45Be (20°C)的钾钠水玻璃；经300°C低温烘焙3h，500°C高温烘焙60min，然后随炉冷却，过12~60目筛，即成陶质焊剂。
【文档编号】B23K35/36GK103934594SQ201410124297
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】朱珍彪, 范会卿 申请人:中国船舶重工集团公司第七二五研究所