本发明属于焊接技术领域，更具体地讲，涉及一种能够广泛应用于石油化工、煤化工、锅炉、核电等设备表面耐腐蚀堆焊的不锈钢高速带极电渣堆焊用烧结焊剂及其制备方法。
背景技术：
随着国家加大石油化工和核电的发展力度，不锈钢带极电渣堆焊在我国石油化工、煤化工、锅炉、核电等设备制造中越来越广泛地被采用。与其他方法相比较，带极堆焊具有熔敷效率高和熔池浅，熔敷金属的化学成分和金相组织稳定.且焊道宽而平整等优点。
国内装备制造业经过十多年的迅猛发展，国内不锈钢带极堆焊技术应用越来越成熟，堆焊材料国产化趋势明显。随着压力容器趋向大型化，促使带极堆焊材料也朝着更高效、更优质的方向发展。不同的焊剂允许承载的最大堆焊速度是不同的，普通带极电渣堆焊速度在15～22cm/min，如果超过这个速度，就不能产生足够数量的熔渣，堆焊熔池就落在前进焊带的后面，且焊接电渣过程不稳定，焊接熔池就失去了应有的保护，就容易产生咬边、未焊透、成型不良等诸多焊接缺陷。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种能够适应于更高焊接速度同时具有优良性能的不锈钢高速带极电渣堆焊用烧结焊剂及其制备方法。
本发明的一方面提供了不锈钢高速电渣带极堆焊用烧结焊剂，以重量份计，所述烧结焊剂包括以下组分：SiO2 6～10份、MgO 0.5～1份、Al2O3 16～20份、CaF2 65～85份、CaO 2～4份和MnO 0.5～2份，其中，所述烧结焊剂适用于30～45cm/min的焊接速度。
根据本发明的不锈钢高速电渣带极堆焊用烧结焊剂的一个实施例，以重量份计，所述烧结焊剂包括以下组分：SiO2 8.5份、MgO 0.5份、Al2O3 16份、CaF2 68份、CaO 2份和MnO 2份。
根据本发明的不锈钢高速电渣带极堆焊用烧结焊剂的一个实施例，以重量份计，所述烧结焊剂包括以下组分：SiO2 7份、MgO 1份、Al2O3 17份、CaF2 69份、CaO 2份和MnO 1份。
根据本发明的不锈钢高速电渣带极堆焊用烧结焊剂的一个实施例，以重量份计，所述烧结焊剂包括以下组分：SiO2 6份、MgO 0.5份、Al2O3 18份、CaF2 70份、CaO 2份和MnO 0.5份。
本发明的另一方面提供了上述不锈钢高速电渣带极堆焊用烧结焊剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
A、按照配比将所述烧结焊剂的各组分粉料混合均匀，得到第一混合料；
B、加入为所述第一混合料重量的15～20％的粘结剂混合搅拌造粒，得到第二混合料；
C、将第二混合料依次进行100～200℃的低温烘焙和600～800℃的高温烧结，筛分得到所述烧结焊剂。
根据本发明不锈钢高速电渣带极堆焊用烧结焊剂的制备方法的一个实施例，所述粘结剂为硅酸钠水玻璃，所述低温烘焙温度为150℃，所述高温烧结温度为750℃。
本发明研发的不锈钢高速电渣带极堆焊用烧结焊剂适用的焊接速度可以达到45cm/min，与普通工况相比，本发明的烧结焊剂在相同时间内比普通电渣带极堆焊的堆焊效率提高一倍，并且具有良好的焊接工艺性能和力学性能。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面先对本发明的不锈钢高速电渣带极堆焊用烧结焊剂进行详细说明。
根据本发明的示例性实施例，以重量份计，所述不锈钢高速电渣带极堆焊用烧结焊剂包括以下组分：SiO2 6～10份、MgO 0.5～1份、Al2O3 16～20份、CaF2 65～85份、CaO 2～4份和MnO 0.5～2份。其中，本发明的上述烧结焊剂适用于30～45cm/min的焊接速度，其在上述较高的焊接速度下，仍然具有良好的焊接工艺性能和力学性能。
本发明提供的烧结焊剂实际上是针对较高的焊接速度工况设计的一种SiO2-Al2O3-CaF2碱性渣系。通过对熔渣的表面张力、粘度的调整，改善了熔渣的流动性；通过对熔渣熔点、线膨胀系数等方面的调整，改善了渣壳的脱渣性；通过对各物质含量的调整，确定熔渣的电导率在一个固定范围，继而使电渣过程稳定进行。
具体地，CaF2能够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的熔点较低，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。本焊剂中CaF2的加入量控制在65～80份为宜。
Al203是影响脱渣性的主要成分，在SiO2-Al2O3-CaF2碱性渣系中，会使熔渣的表面张力提高且作用明显，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Al2O3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。本焊剂中Al203的加入量控制在16～20份为宜。
SiO2是提高焊接工艺性能的主要成分，也是主要的造渣成分。SiO2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。SiO2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。SiO2对脱渣性影响比较大，随着SiO2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SiO2量的进一步增加，焊剂的焊接综合工艺性能却逐步地降低，在本焊接中的SiO2量超过10份则脱渣明显变差。因此，本焊剂中SiO2的加入量控制在6～10份为宜。
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。本焊剂中MgO的加入量控制在0.5～1份为宜。
MnO在焊接过程中与SiO2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O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。本焊剂中MnO的加入量控制在0.5～2份为宜。
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。本焊剂中CaO的加入量控制在2～4份为宜。
根据本发明的一个优选实施例，以重量份计，所述烧结焊剂包括以下组分：SiO28.5份、MgO 0.5份、Al2O3 16份、CaF2 68份、CaO 2份和MnO 2份。
根据本发明的又一个优选实施例，以重量份计，所述烧结焊剂包括以下组分：SiO27份、MgO 1份、Al2O3 17份、CaF2 69份、CaO 2份和MnO 1份。
根据本发明的再一个优选实施例，以重量份计，所述烧结焊剂包括以下组分：SiO26份、MgO 0.5份、Al2O3 18份、CaF2 70份、CaO 2份和MnO 0.5份。
本发明同时提供了上述不锈钢高速电渣带极堆焊用烧结焊剂的制备方法。根据本发明的示例性实施例，其制备方法包括以下多个步骤。
步骤A：
按照配比将烧结焊剂的各组分粉料混合均匀，得到第一混合料。例如可以采用混合器进行均匀地混合和搅拌。
步骤B：
加入为第一混合料重量的15～20％的粘结剂混合搅拌造粒，得到第二混合料。
其中，粘结剂采用外配的形式，先按照上述配比将各组分均匀混合得到第一混合料后，再称取重量为第一混合料重量的15～20％的粘结剂加入至第一混合料中均匀混合得到第二混合料。优选地，粘结剂为硅酸钠水玻璃。
步骤C：
将第二混合料依次进行100～200℃的低温烘烤和600～800℃的高温烧结，筛分得到烧结焊剂。更优选地，低温烘焙温度为150℃，高温烧结温度为750℃。
本发明的烧结焊剂配合EQ309LMo、EQ308L、EQ316L等不锈钢焊带进行焊接，通过使用合理的焊接工艺，能够使整个焊接过程稳定，焊道与母材之间、焊道与焊道之间的熔合良好、脱渣容易，焊道表面成型美观，焊缝边缘整齐且无咬边、气孔、裂纹等焊接缺陷，焊接质量能够满足核反应堆、压力容器腐蚀介质、石化等领域压力容器内壁的不锈钢带极堆焊的要求。
应理解，本发明详述的上述实施方式及以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
将SiO2 8.5kg、MgO 0.5kg、Al2O3 16kg、CaF2 68kg、CaO 2kg和MnO 2kg的粉料置于混合器内搅拌混合均匀后，加入18kg的钠水玻璃混合造粒，再经150℃的低温烘焙和750℃的高温烧结、筛分即制得烧结焊剂产品。
实施例2：
将SiO2 7kg、MgO 1kg、Al2O3 17kg、CaF2 69kg、CaO 2kg和MnO 1kg的工业纯粉料置于混合器内搅拌混合均匀后，加入16kg的钠水玻璃混合造粒，再经150℃的低温烘焙、750℃的高温烧结、筛分即制得烧结焊剂产品。
实施例3：
将SiO2 6kg、MgO 0.5kg、Al2O3 18kg、CaF2 70kg、CaO 2kg和MnO 0.5kg的工业纯粉料置于混合器内搅拌混合均匀后，加入17kg的钠水玻璃混合造粒，再经150℃的低温烘烤、750℃的高温烧结、筛分即制得烧结焊剂产品。
将实施例1至3制备的烧结焊剂产品配合上述EQ309LMo焊带作过渡层和上述EQ316L焊带作耐腐层(其中，以质量百分比计，所述过渡层焊带EQ309LMo包含以下成分：C 0.023％、Mn 2.06％、Si 0.38％、P 0.014％、S 0.003％、Cr 21.48％、Ni 13.20％、Mo 2.58％、Cu 0.072％以及余量的铁和不可避免的杂质；所述耐腐蚀层焊带EQ316L包含以下成分：C 0.016％、Mn 2.12％、Si 0.42％、P 0.018％、S 0.002％、Cr 18.97％、Ni 12.19％、Mo 2.62％、Cu 0.020％以及余量的铁和不可避免的杂质)，在40mm厚的Q345E钢板进行焊接实验。
在45cm/min的焊接速度下，焊接工艺性能见表1，堆焊金属的化学成分见表2，侧弯、晶间腐蚀和无损检测结果见表3。其中，焊接实验用的堆焊母材为Q345E，以质量百分比计，其包含以下成分：C 0.14％、Mn 1.35％、Si 0.17％、Cr 0.03％、Ni0.01％、Cu 0.02％、Ti 0.002％、V 0.002％、S 0.005％、P 0.018％以及余量的Fe和不可避免的杂质。
表1焊接工艺性能
表2堆焊层熔敷金属化学成分(％)
表3无损、晶间腐蚀、弯曲检测情况
由表1至表3可知，实施例1-3所得烧结焊剂焊接后的各项实验其性能均满足石油化工、煤化工、锅炉、核电等设备的表面耐腐蚀堆焊的技术要求。
综上所述，本发明研发的不锈钢高速电渣带极堆焊用烧结焊剂适用的焊接速度可以达到45cm/min，与普通工况相比，本发明的烧结焊剂在相同时间内比普通电渣带极堆焊的堆焊效率提高一倍，并且具有良好的焊接工艺性能和力学性能。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。