本发明涉及焊接材料领域，具体涉及一种含Nb不锈钢单层带极电渣堆焊焊带及焊剂。
背景技术：
带极自动堆焊技术由20世纪70年代引入中国，由于其效率高、堆焊质量均匀、稀释率较低、堆焊层金属性能优良等特点，在国内各压力容器制造行业得到广泛应用，是目前大面积堆焊的首选焊接方法。伴随着石化行业向大型化、规模化发展，对大型设备，如加氢设备、原流合成塔、煤液化反应器等压力容器的堆焊效率亦提出更高的要求，以往传统的带极堆焊往往采用第一层进行表面层堆焊，第二层及以上进行耐蚀层堆焊的多层堆焊方法，这样不仅耗时长，增加了现场施工量，且往往多层堆焊后堆焊金属较厚，不利于资源的更加合理利用。因此各容器生产企业希望一种更高效、更合理的焊接方法来满足施工需求，单层带极堆焊技术应运而生。
带极堆焊根据焊接原理的不同，可分为埋弧自动堆焊和电渣堆焊两种，相较于埋弧堆焊，电渣堆焊焊接效率更高，可以是埋弧堆焊的1.5-2倍；焊接质量更加稳定，可达到5-12％的低稀释率；焊道美观、平整，可避免对堆焊层的再加工；搭接处平滑，可避免各类焊接缺陷。单层堆焊成型如何保证堆焊层金属有充足的合金元素，如何避免在较厚的焊道搭接处的焊接缺陷是必须解决的问题，电渣堆焊因其稀释率低、搭接处平滑成为单层堆焊的首选焊接方法。
在一些大型石化设备中，如加氢反应器，因为高压、高温环境，加之临氢状态，往往使用含Nb的不锈钢内衬提高抗晶间腐蚀性能，但添加了Nb的不锈钢在焊接过程中，往往有焊接作业性恶化、脱渣困难、有多量残渣和耐腐蚀性能差等缺陷。
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不锈钢单层带极电渣堆焊焊带及焊剂，通过调控焊剂及焊带的化学组分，在单层带极电渣堆焊过程中，不仅脱渣容易，焊道成型美观，而且具有极佳的耐腐蚀能力，堆焊弯曲无裂纹。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明一种含Nb不锈钢单层带极电渣堆焊焊带及焊剂，包括焊带和焊剂，所述焊带的化学组分重量百分比如下：
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％-14％，
Cr：21％-25％，
Nb：0.4％-0.8％，
N：≤0.05％且＞0％，
余量为Fe及其它不可避免杂质；
所述焊剂化学组分的重量百分比如下：
CaF2：55％-70％，
Al2O3：8％-15％，
SiO2：5％-10％，
Nb2O5：0.2％-1.5％，
CaO：5％-15％，
NaF：1％-5％，
AlF3：1％-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8％-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5％-10％。
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％-1.5％。
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5％-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％。
AlF3具有较低的熔点，解离电压低，易形成较轻的熔渣，脱渣容易，本发明焊剂中AlF3重量百分比设定为1％-5％。
本发明的有益效果是：通过调控焊剂化学组分：CaF2、AL2O3、SiO2、CaO、NaF和AlF3的重量百分比，优化焊带化学组分：C、Si、Mn、P、S、Ni、Cr、Nb和N的重量百分比；使其具有优良的堆焊工艺性能，脱渣容易，焊道成型美观，焊缝杂质含量低，有极佳的耐腐蚀能力。
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，所述焊带通过所述焊带的化学组分冶炼、浇注、锻打、热轧、酸洗、冷轧、分条及分卷制备。
采用上述优选的方案，制备的焊带厚度为0.5mm，宽度为60mm，焊带被标记为GDS-309LNb；焊带的物理性能和化学性能优良。
作为优选方案，所述焊剂优选化学组分的重量百分比如下：
CaF2：57％-66％，
Al2O3：8％-15％，
SiO2：7％-10％，
Nb2O5：0.2％-0.5％，
CaO：12％-13％，
NaF：2.6％-3.8％，
AlF3：2％-3％。
作为优选方案，所述焊剂优选化学组分的重量百分比如下：
CaF2：57％-65％，
Al2O3：8％-9％，
SiO2：7％-8％，
Nb2O5：0.2％-0.4％，
CaO：12％-13％，
NaF：2.6％-3.5％，
AlF3：2％-3％。
作为优选方案，所述焊剂通过所述焊剂的化学组分在650℃-850℃烧结制备。
采用上述优选的方案，提高了所述焊剂的耐腐蚀能力，堆焊弯曲无裂纹。
作为优选方案，所述焊剂的粒度尺寸为10目-80目。
采用上述优选的方案，所述焊剂的粒度尺寸可以满足各种类型容器内壁大面积堆焊需要。
作为优选方案，所述焊带的稀释率为5％-12％。
采用上述优选的方案，所述焊带的稀释率较低，较低的稀释率不仅提高了堆焊层的耐腐蚀性能，还会导致堆焊层材料消耗量的减少，降低了生产成本。
作为优选方案，所述熔敷金属的化学组分重量百分比如下：
C：≤0.035％且＞0％，
Si：0.3％-0.65％，
Mn：1％-2.5％，
P：≤0.03％且＞0％，
S：≤0.02％且＞0％，
Ni：9％-12％，
Cr：18％-21％，
Nb：0.3％-0.8％，
N：≤0.06％且＞0％，
余量为Fe及其它不可避免杂质。
采用上述优选的方案，所述熔敷金属的物理性能和化学性能优良，满足设备生产企业的标准。
作为优选方案，所述熔敷金属优选的化学组分重量百分比如下：
C：0.018％-0.02％，
Si：0.48％-0.5％，
Mn：1.75％-1.77％，
P：0.018％，
S：0.001％-0.002％.
Ni：10.4％-10.8％，
Cr：19.5％-19.8％，
Nb：0.42％-0.45％，
N：0.046％-0.048％，
余量为Fe及其它不可避免杂质。
作为优选方案，所述化学组分的重量百分比之和为100％。
具体实施方式
除非特别指明，以下实施例中焊带化学组分重量百分比和熔敷金属化学组分重量百分比均由“火花原子发射光谱仪”检测，焊剂化学组分重量百分比均由“X射线荧光光谱仪(XRF)”检测，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不锈钢单层带极电渣堆焊焊带及焊剂，包括焊带和焊剂，本实施例中的焊剂被标记为焊剂1，焊剂1化学组分的具体重量百分比如下表1，表1中的化学组份在650℃-850℃烧结制备成焊剂1，焊剂1的化学组分重量百分比之和为100％。
表1焊剂1化学组分重量百分比(％)
焊带被标记为CDS-309LNb，焊带1的化学组分重量百分比如下表2：焊带的化学组分重量百分比之和为100％，余量为Fe及其它不可避免杂质。CDS-309LNb制备过程如下：表中2的化学组分经冶炼、浇注、锻打、热轧、酸洗、冷轧、分条及分卷制备成钢带。
表2焊带化学组分重量百分比(％)
此实施例中堆焊工艺参数如下表3：
表3堆焊工艺参数
焊剂1的堆焊工艺性能如下表4：
表4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GDS-309LNb堆焊层物理性能如下表5：
表5焊剂1配合GDS-309LNb堆焊层物理性能
焊剂1配合焊带GDS-309LNb堆焊层熔敷金属的化学组分具体重量百分比如下表6，堆焊层熔敷金属的化学组分重量百分比之和为100％，余量为Fe及其它不可避免杂质。
表6焊剂1配合焊带GDS-309LNb堆焊层熔敷金属的化学组分重量百分比(％)
上述表格中，表4可以观察到焊剂1配合焊带GDS-309LNb的堆焊工艺较好，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；表5中焊带GDS-309LNb的稀释率为10％，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，单层堆焊焊带无腐蚀倾向，完全无裂纹；表6中堆焊熔敷金属含有过量的Cr、Ni和Nb合金元素，提高抗晶间腐蚀性能，满足设备生产企业堆焊的需求。
实施例2，
为了达到本发明的目的，本发明提供一种含Nb不锈钢单层带极电渣堆焊焊带及焊剂，所述焊剂的制备与实施例1相同，不同之处在于焊剂的化学组分的重量百分比，本实施例中的焊剂标记为焊剂2，所述焊剂2化学组分的具体重量百分比如下表7：
表7焊剂2化学组分重量百分比(％)
焊剂2的化学组分重量百分比之和为100％。
此实施例中的焊带的化学组分重量百分比和焊带的制备均与实施例1中相同，此实施例中的堆焊工艺参数与实施例1中也相同，不同之处在于焊剂2的堆焊工艺性能如下表8：
表8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GDS-309LNb堆焊层物理性能如下表9：
表9焊剂2配合GDS-309LNb堆焊层物理性能
焊剂2配合焊带GDS-309LNb堆焊层熔敷金属的化学组分具体重量百分比如下表10，堆焊层熔敷金属的化学组分重量百分比之和为100％，余量为Fe及其它不可避免杂质。
表10焊剂2合焊带GDS-309LNb堆焊层熔敷金属的化学组分重量百分比(％)
从表8可以观察到焊剂2配合焊带GDS-309LNb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；表9中焊带GDS-309LNb的稀释率为1l％，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，单层堆焊焊带无腐蚀倾向，完全无裂纹；表10中堆焊熔敷金属含有过量的Cr、Ni、和Nb合金元素，提高抗晶间腐蚀性能，满足设备生产企业堆焊的需求。
实施例3，
为了达到本发明的目的，本发明提供一种含Nb不锈钢单层带极电渣堆焊焊带及焊剂，所述焊剂的制备与实施例1相同，不同之处在于焊剂的化学组分的重量百分比，本实施例中的焊剂标记为焊剂3，所述焊剂3化学组分的具体重量百分比如下表11：
表11焊剂3化学组分重量百分比(％)
焊剂3的化学组分重量百分比之和为100％。
此实施例中的焊带的化学组分重量百分比和焊带的制备均与实施例1中相同，此实施例中的堆焊工艺参数与实施例1中相同，不同之处在于焊剂3的堆焊工艺性能如下表12：
表12堆焊工艺性能
注：A：优，B：良，C：一般，D：不合格。
焊剂3配合GDS-309LNb堆焊层物理性能如下表13：
表13焊剂3配合GDS-309LNb堆焊层物理性能
焊剂3配合焊带GDS-309LNb堆焊层熔敷金属的化学组分具体重量百分比如下表14，堆焊层熔敷金属的化学组分重量百分比之和为100％，余量为Fe及其它不可避免杂质。
表14焊剂3配合焊带GDS-309LNb堆焊层熔敷金属的化学组分重量百分比(％)
上述表格中，表12可以观察到焊剂3合焊带GDS-309LNb的堆焊工艺性能较好，其稳定性、焊道成型、焊道脱渣均处于优良水平，堆焊脱渣容易，完全无残渣；表13中焊带GDS-309LNb的稀释率为10.5％，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，单层堆焊焊带无腐蚀倾向，完全无裂纹；表14中堆焊熔敷金属含有过量的Cr、Ni、和Nb合金元素，提高抗晶间腐蚀性能，满足设备生产企业堆焊的需求。
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。