本发明属于焊接材料
技术领域：
，具体涉及一种用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂及制备方法与应用。
背景技术：
为了提高奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀性能，现有比较成熟的技术是向奥氏体不锈钢中添加8c～1.0％的nb或(c-0.02)×5～0.8％的ti，因为两者能比cr元素更易与c元素结合生成更加稳定的碳化物nbc或tic，从而减少不锈钢中碳铬化合物(cr，fe)7c3和(c，fe)23c6的生成与析出，避免引起晶界贫铬区，进而防止晶间腐蚀的发生。awsa5.9《不锈钢光焊丝和填充丝标准》中所列且应用比较广泛的含nb埋弧焊丝为er347，含ti埋弧焊丝为er321。因为nb、ti元素比较活泼，在焊接过程中易被氧化为nbo、tio，且nbo、tio的晶格尺寸要比feo更接近α-fe的晶格尺寸，故nbo、tio更易与α-fe晶格相连接，导致含nb、ti焊丝或母材的埋弧焊脱渣性能不好。目前市场上还很难找到一种匹配含nb焊丝er347和匹配含ti焊丝er321脱渣性能优良的烧结焊剂。检索文献和专利，查到一些关于不锈钢带极堆焊和丝极埋弧焊的烧结焊剂，但很少有涉及到匹配含nb、ti元素的焊丝及焊带，即使涉及到，其焊剂的组分、适用范围及关键技术路线与本专利所描述的也均不一样。技术实现要素：为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂，该烧结焊剂采用caf2-al2o3渣系，通过精确控制焊剂的总sio2含量在7.55～8.15％，确保焊剂的低氧化性，减少焊剂对nb、ti元素的烧损和nbo、tio的生成，匹配er321和er347等含nb、ti不锈钢焊丝埋弧施焊脱渣、成形和焊缝金属性能良好，且该焊剂组分简单，成本较低，随着奥氏体不锈钢耐晶间腐蚀应用领域的不断扩大，具有较大的市场推广前景和良好的经济效益。本发明的另一目的在于提供上述用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂的制备方法。本发明的再一目的在于提供上述用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂的应用。本发明的目的通过下述技术方案实现：一种用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂，包含如下按质量份计的组分：所述的用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂的各组分的加入方式优选为：caf2以萤石的形式，al2o3以α-氧化铝的形式，casio3以硅灰石的形式，氟铝酸钾(k3alf6)和高锰酸钾(kmno4)均为化学纯产品，水玻璃以钾-钠1:1水玻璃的形式；所述的萤石的粒度优选为≤80目，其化学成分优选为caf2≥95.0wt％，sio2≤1.00wt％，s≤0.010wt％，p≤0.010wt％；所述的α-氧化铝的粒度优选为≤120目，其化学成分优选为al2o3≥98wt％，s≤0.035wt％，p≤0.035wt％；所述的casio3的粒度优选为≤120目，其化学成分优选为sio2≥40wt％，cao≥42wt％，s≤0.040wt％，p≤0.040wt％；所述的氟铝酸钾的粒度优选为≤120目，其化学成分优选为48wt％≤f≤53wt％，15wt％≤al≤20wt％，25wt％≤k≤33wt％，s≤0.050wt％，p≤0.050wt％；所述的高锰酸钾的粒度优选为≤60目，其化学成分优选为kmno4≥97wt％；所述的钾-钠1:1水玻璃的其化学成分优选为sio2≥25wt％，k2o≥5.5wt％，na2o≥5.5wt％，s≤0.050wt％，p≤0.050wt％，2.9≤模数m≤3.1，20℃时密度为1.394～1.422g/cm3；所述的用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂的制备方法，包含如下步骤：(1)将用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂的各组分除水玻璃外进行配料并干混，得到混合料；(2)将步骤(1)制得的混合料与水玻璃湿混均匀，得到湿混料；(3)将步骤(2)制得的湿混料造粒，干燥，高温烧结成型，筛分，得到用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂；步骤(3)中所述的造粒优选在造粒盘中进行；步骤(3)中所述的干燥的温度优选为300～400℃烘干；步骤(3)中所述的高温烧结的温度优选为630℃～730℃；所述的用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂可进一步包装、入库；所述的用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂的粒度优选为12～60目，其中，颗粒粒径过大将会使焊接过程不稳定，粒径过小则对工况条件下的焊接过程有不利影响，如透气性差、易吸潮等。所述的用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂在焊接领域中的应用；本发明的原理：本发明提供的用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂为氟碱型烧结焊剂，为caf2-al2o3渣系；其中：caf2是一种碱性氟化物，是熔渣的主要组成部分，在焊剂中属于造渣剂和稀释剂。熔融状态的caf2流动性较好，可以降低熔渣的熔点、粘度和表面张力，提高熔渣的流动性。本发明实验结果表明，caf2的含量不能低于51质量份，过低的含量容易造成铺展不利；caf2的含量不能超过53质量份，过高的caf2的含量将会使电弧不稳，造成焊道成型不良和渣壳成形变差。al2o3是一种中性氧化物，是熔渣的主要组成部分。在焊剂中是一种重要的玻璃体造渣材料，al2o3是熔渣粘度的调节剂，能调整熔渣的流动性，具有增大熔渣表面张力的作用。本发明实验结果表明，al2o3的含量不能超过42质量份，过多的al2o3会使焊缝中产生气孔和麻点，但al2o3不能低于40质量份，过低的al2o3可使焊缝表面凹凸不平，影响焊缝成型。casio3是一种硅酸盐，兼有cao和sio2的作用，有稳弧、脱硫、平衡焊剂酸碱度及改善焊缝成形的作用。本发明实验结果表明，casio3的含量不能超过2质量份，超过之和容易引起焊剂总sio2含量超过8.15％，从而增加匹配er321和er347焊丝埋弧施焊的粘渣倾向；casio3的含量不能低于0.5质量份，过低时电弧不稳，焊道成形不佳。氟铝酸钾(k3alf6)是一种化工产品，有降熔点、稀渣和稳弧的作用，能够改善焊缝金属与母材的润湿效果。本发明实验结果表明，k3alf6的含量不能超过2质量份，过多时熔渣过稀，焊缝表面波纹粗大；但k3alf6的含量不能低于1质量份，过低时焊剂熔渣流动性变差，焊道发鼓。高锰酸钾(kmno4)是一种化工产品，其在烧结或焊接过程中受热分解生成k2o、mno2、mno等。k2o具有非常好的稳弧和降熔点的作用，能补充因减少水玻璃用量而少加入的k2o。mno2、mno也具有良好的稳弧和稀渣作用，能增强熔渣透气性，有效消除焊缝表面气体压痕和渣壳背面气孔。本发明实验结果表明，kmno4的含量不能超过1.2质量份，过多时使焊剂熔点过低，渣壳成形变差；kmno4的含量不能低于0.8质量份，过低时焊剂的电弧稳定性不够，焊缝成形变差，渣壳背面容易残留气孔。钾-钠1:1水玻璃的作用之一是粘结粉体，作用之二体现在其成分对焊剂性能的影响。其中的低熔点碱性成分k2o、na2o具有稳弧和降低熔点的作用，其中的则具有平衡焊剂酸碱度、改善熔渣流动性和优化焊缝表面成形的作用。为了避免向焊剂中引入过多的sio2而导致匹配er321和er347埋弧施焊时粘渣，在保证焊剂造粒性和焊接工艺性良好的前提下应尽量减少水玻璃的加入量。本发明实验结果表明，钾-钠1:1水玻璃的加入量超过30质量份时，容易引起焊剂总sio2含量超过8.15％，从而增加匹配er321和er347焊丝埋弧施焊的粘渣倾向；当钾-钠1:1水玻璃的加入量低于28质量份时，容易引起焊剂总sio2含量低于7.55％，则焊接过程中电弧不稳，焊道发鼓，焊道铺展平直度差。本发明通过控制各组分含量，使得制得的用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂具有以下特点：(1)采用高碱度的caf2-al2o3渣系，通过控制硅灰石和水玻璃等含有sio2成分焊剂原材料的加入量，精确控制焊剂中总sio2含量在7.55～8.15％之间，这样既能保证良好的焊缝成形，又能保证匹配含nb、ti焊丝(er321和er347焊丝)埋弧施焊不粘渣。本发明焊剂的总sio2有三个来源：一是含有sio2成分的焊剂原材料粉料硅灰石，二是起粘结作用的水玻璃；三是萤石粉料中的sio2杂质。焊剂中的总sio2含量(wt％)的计算方法：(焊剂各组分所含sio2重量之和÷烧结后焊剂重量)×100％；(2)利用高锰酸钾kmno4受热分解的产物k2o来补充因控制水玻璃用量而少加入的k2o，利用高锰酸钾kmno4受热分解的产物mno2、mno来稳定电弧和增加熔渣透气性。本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本发明提供的用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂匹配er347和er321焊丝埋弧施焊，焊接电弧稳定，脱渣性能优良，焊道宽窄均匀、堆高适中、过渡平滑，焊道表面无气体压坑、裂纹和粘渣等缺陷。er321焊丝熔敷金属ti含量满足(c-0.02)×5～0.8％的要求，er347焊丝熔敷金属nb含量满足8c～1.0％的要求，因此两种熔敷金属均具有良好的耐晶间腐蚀性能，同时其它化学成分和力学性能也表现优良。(2)与同类烧结焊剂相比，本发明提供的用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂组分简单，成粒效果好，烧结温度低，生产适应性优良，有利于简化生产中的质量管理与过程控制，从而更有利于降低成本和保障产品质量的稳定性。附图说明图1是实施例1～3制得的焊剂匹配er321和er347两种焊丝埋弧施焊后的焊道结果分析图；其中，a：实施例1制得的焊剂匹配er321施焊后的焊道；b：实施例2制得的焊剂匹配er321施焊后的焊道；c：实施例3制得的焊剂匹配er347施焊后的焊道；d：实施例3制得的焊剂匹配er321施焊后的焊道；e：对比实施例1制得的焊剂匹配er321施焊后的焊道；f：对比实施例2制得的焊剂匹配er321施焊后的焊道。具体实施方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例1一种用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂，包含如下按质量份计的组分：所述的用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂的制备方法，包含如下步骤：(1)将用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂的各组分除钾钠1：1水玻璃外进行配料并放入搅拌机中充分干混，得到混合料；(2)将步骤(1)制得的混合料与水玻璃湿混均匀，得到湿混料；(3)将步骤(2)制得的湿混料放入造粒机中造粒，造好的颗粒送入300～330℃转动烘干炉烘干30min，烘干后将其送入转动烧结炉进行高温烧结，烧结温度为630～640℃，烧结时间为30min，出炉冷却后，筛分出12～60目的颗粒，包装，检验合格后入库，得到成品用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂。实施例2一种用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂，包含如下按质量份计的组分：所述的用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂的制备方法，包含如下步骤：(1)将用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂的各组分除钾钠1：1水玻璃外进行配料并放入搅拌机中充分干混，得到混合料；(2)将步骤(1)制得的混合料与水玻璃湿混均匀，得到湿混料；(3)将步骤(2)制得的湿混料放入造粒机中造粒，造好的颗粒送入340～360℃转动烘干炉烘干40min，烘干后将其送入转动烧结炉进行高温烧结，烧结温度为660～670℃，烧结时间为40min，出炉冷却后，筛分出12～60目的颗粒，包装，检验合格后入库，得到成品用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂。实施例3一种用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂，包含如下按质量份计的组分：所述的用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂的制备方法，包含如下步骤：(1)将用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂的各组分除钾钠1：1水玻璃外进行配料并放入搅拌机中充分干混，得到混合料；(2)将步骤(1)制得的混合料与水玻璃湿混均匀，得到湿混料；(3)将步骤(2)制得的湿混料放入造粒机中造粒，造好的颗粒送入380～400℃转动烘干炉烘干50min，烘干后将其送入转动烧结炉进行高温烧结，烧结温度为720～730℃，烧结时间为50min，出炉冷却后，筛分出12～60目的颗粒，包装，检验合格后入库，得到成品用于含铌钛不锈钢焊丝的烧结焊剂。对比实施例1一种烧结焊剂，包含如下按质量份计的组分：所述的烧结焊剂的制备方法，包含如下步骤：(1)将烧结焊剂的各组分除钾钠1：1水玻璃外进行配料并放入搅拌机中充分干混，得到混合料；(2)将步骤(1)制得的混合料与水玻璃湿混均匀，得到湿混料；(3)将步骤(2)制得的湿混料放入造粒机中造粒，造好的颗粒送入380～400℃转动烘干炉烘干50min，烘干后将其送入转动烧结炉进行高温烧结，烧结温度为720～730℃，烧结时间为50min，出炉冷却后，筛分出12～60目的颗粒，包装，检验合格后入库，得到成品烧结焊剂。对比实施例2一种烧结焊剂，包含如下按质量份计的组分：所述的烧结焊剂的制备方法，包含如下步骤：(1)将烧结焊剂的各组分除钾钠1：1水玻璃外进行配料并放入搅拌机中充分干混，得到混合料；(2)将步骤(1)制得的混合料与水玻璃湿混均匀，得到湿混料；(3)将步骤(2)制得的湿混料放入造粒机中造粒，造好的颗粒送入380～400℃转动烘干炉烘干50min，烘干后将其送入转动烧结炉进行高温烧结，烧结温度为720～730℃，烧结时间为50min，出炉冷却后，筛分出12～60目的颗粒，包装，检验合格后入库，得到成品烧结焊剂。效果实施例实施例1～3以及对比实施例1～2制得的焊剂的各原料组分的化学成分要求如表1所示。表1焊剂的各原料组分的化学成分要求将实施例1～3以及对比实施例1～2制得的焊剂进行检测，匹配er321和er347两种焊丝埋弧施焊，其中，焊丝规格和焊接规范如表2所示。表2焊丝规格和焊接规范(1)施焊后的焊道分析图1是实施例1～3以及对比实施例1～2制得的焊剂匹配er321和er347两种焊丝埋弧施焊形成的焊道，从图中可以看出，在配方设计范围内的实施例1～3焊剂脱渣性能良好，焊道铺展良好；在配方设计范围外的对比实施例1焊剂配er321焊丝电弧不稳，焊道铺展不直；在配方设计范围外的对比实施例2焊剂配er321焊丝，脱渣不好，焊道表面有粘渣。(2)力学性能表3为实施例3制得的焊剂匹配er347和er321两种焊丝所得熔敷金属的力学性能。表3熔敷金属力学性能试样编号及对照标准rp0.2/mparm/mpaa/％z/％kv2/(j，-196℃)实施例3+er34736758540.06339、38、42均值39.7实施例3+er32140163943.06943、48、48均值46.3(3)化学成分表4为实施例3制得的焊剂匹配er347和er321两种焊丝所得熔敷金属的化学成分，由焊剂向焊缝金属渗s、p等杂质元素很少。er347焊丝熔敷金属nb含量满足8c～1.0％的要求，er321焊丝熔敷金属ti含量满足(c－0.02)×5～0.8％的要求。表4焊丝及熔敷金属化学成分(4)耐晶间腐蚀性能经试验验证，实施例3配er347、实施例3配er321所得两种熔敷金属，按照gb/t4334-2008《不锈钢晶间腐蚀试验方法e法》，在微沸的硫酸-硫酸铜溶液中煮16小时后弯曲180°，观察弯曲部位未产生裂纹，即两种熔敷金属具有良好的耐晶间腐蚀性能。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12