一种高碱度熔渣镍基合金焊条及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高碱度熔渣镍基合金焊条及其制备方法，采用多种碳酸盐和氟盐碱性造渣物质所组成的高碱度药皮焊接形成的熔渣对镍基熔池金属具有很好的抗氧化保护作用；同时以碳酸钡取代部分碳酸钙、氟化钡取代部分氟化钠，又可显著降低单一碳酸钙及单一氟化钙过高含量导致液态熔渣过大的表面张力，具有较好的熔渣对液态熔池覆盖均匀性。采用氟硼酸钾作为药皮添加剂，利用其吸水性均匀分散于粉料中改善药皮的压涂性能，而在凝固后封闭堵塞表面及内部的毛细孔，从而达到增强药皮强度及改善焊条药皮表面光洁度的有益效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高碱度熔渣镍基合金焊条及其制备方法，具体涉及一种Inconel 625 型合金焊接用高碱度熔渣镍基合金焊条，属于特种焊接材料技术领域。

背景技术

Inconel 625型镍基合金具有超强的低温韧性、特有的耐高浓度氯化物介质严酷条件耐蚀性等其它合金无可替代的性能，广泛应用于石化工业过程装备及能源、海洋工业液化天然气储存深冷装置的制造。

Inconel 625型合金的焊接，特别是焊条电弧焊接方法受高温加热及药皮熔渣冶金作用的影响，往往使形成的镍基焊缝性能受损，难以满足母材金属所具有的优异性能。为解决该合金工程应用中焊条电弧焊所面临的技术难题，急需研制出其配套专用焊条。

镍基焊条焊接极易造成熔渣与焊缝粘渣、熔渣覆盖熔池金属不完全等工艺缺陷。专利号为201210282463.2的《一种钛钙型的核电镍基焊条药皮及其制备方法》公开了一种钛钙型的镍基焊条。虽然解决了焊缝表面光洁度等焊缝成型问题，但焊条药皮形成的熔渣为酸性，不能很好地满足高镍熔池金属高温氧化及获得超低硫、磷镍基焊缝金属的要求。

中国发明专利号为201210282726.X的《一种碱性渣系的核级镍基焊条焊芯、药皮及其焊条和制备方法，虽然公开了一种碱性渣系的镍基焊条药皮组成，但其药皮碱度主要靠多量的CaCO₃和CaF₂予以保证。虽然在一定程度上解决了高镍熔池金属的氧化及抑制焊缝金属渗硫、磷等问题，但仍不能有效的解决熔渣均匀覆盖熔池、熔渣与高镍焊缝金属的相互粘合等工艺缺陷。

发明内容

目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高碱度熔渣镍基合金焊条。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种高碱度熔渣镍基合金焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于，，药皮包括药皮粉料和粘结剂，粘结剂的加入质量为固体组份质量的20-25%；

所述药皮粉料包括以下质量百分比的原料：CaCO₃:>3:>2:>2:>2:>2O₃:>2TiO₃:>4:>

该药皮采用多种碳酸盐和氟盐碱性造渣物质组成焊条药皮，焊接形成的高碱度熔渣对镍基熔池金属具有很好的抗氧化保护作用，同时以碳酸钡取代部分碳酸钙、氟化钡取代部分氟化钠，又可显著降低单一碳酸钙及单一氟化钙过高导致液态熔渣过大的表面张力，具有较好的熔渣对液态熔池覆盖均匀性。

所述的高碱度熔渣镍基合金焊条，其特征在于：药皮粉料中的Ti-Fe为：Ti: 25-35%、Al≤8.0%、Si≤4.5%、S≤0.03%、P≤0.05%、C≤0.10%、Mn≤2.5%。

所述的高碱度熔渣镍基合金焊条，其特征在于：药皮粉料中的Si-Fe为：Si: 40-47%、Mn≤0.7%、Cr≤0.5%、S≤0.02%、P≤0.04%。

所述的高碱度熔渣镍基合金焊条，其特征在于：所述焊芯成分满足如下要求：C≤0.09%、Mn: 6-10%、Fe≤10%、Si≤0.8%、Cu≤0.5%、Ni≥65%、Ti≤1.0%、Cr:14-17%、Nb:2-4%、S≤0.015%、P≤0.020%。

作为优选方案，所述的粘结剂为钾钠比为1:1、模数M=3.1、波美浓度为41-43ºBe´的钾钠水玻璃。

上述的高碱度熔渣镍基合金焊条的制备方法，包括以下步骤：

1）将药皮粉料组分中各原料按比例混合均匀后制成混合粉料，

2）然后在混合粉料中加入粘结剂，搅拌均匀后制成具有一定粘性的药皮涂料；

3）将制得的药皮涂料在焊条压涂机上均匀裹覆于焊芯表面，然后经烘干、烘焙后，即得。

作为优选方案，所述的烘干温度为100~120 ℃，烘焙温度为360~380 ℃。

有益效果：本发明提供的一种高碱度熔渣镍基合金焊条，采用多种碳酸盐和氟盐碱性造渣物质组成焊条药皮，焊接形成的高碱度熔渣对镍基熔池金属具有很好的抗氧化保护作用，同时以碳酸钡取代部分碳酸钙、氟化钡取代部分氟化钠，又可显著降低单一碳酸钙及单一氟化钙过高导致液态熔渣过大的表面张力，具有较好的熔渣对液态熔池覆盖均匀性。为解决高碱性造渣粉料在焊条压制中粘性不足致使焊条药皮强度不高、表面毛糙缺陷，采用氟硼酸钾作为药皮添加剂。利用其吸水性均匀分散于粉料中改善药皮的压涂性能。但在其后的360～380℃的高温烘陪过程中，由于其熔点仅为350℃从而能在药皮内部熔融流动，凝固后封闭堵塞表面及内部的毛细孔，起到粘结剂的作用。由此可将药皮中其它粉料紧密粘结达到增强药皮强度及改善焊条药皮表面光洁度的有益作用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

实施例1: 该实施例的高碱度熔渣镍基焊条，药皮组成如下：CaCO₃:>3:>2:>2:>2:>2O₃:>2TiO₃:>4:>

将混合得到的粉料进行干混，然后加入钾钠比为1:1、模数M=3.1、波美浓度为41-43ºBe´的钾钠水玻璃继续搅拌，制作成药皮涂料。然后将搅拌后的药皮涂料在25吨焊条油压机上均匀涂在焊芯上，以直径6.4mm的模径压制直径4.0mm的焊条。之后将压制成型的焊条经过120 ℃×2h低温烘干后再送入高温干燥炉进行380℃×1h烘焙即得到实施例1的焊条。

实施例2：该实施例的高碱度熔渣镍基焊条，药皮组成如下：CaCO₃:>3:>2:>2:>2:>2O₃:>2TiO₃:>4:>

将混合得到的粉料进行干混，然后加入钾钠比为1:1、模数M=3.1、波美浓度为41-43ºBe´的钾钠水玻璃继续搅拌，制作成药皮涂料。然后将搅拌后的药皮涂料在25吨焊条油压机上均匀涂在焊芯上，以直径6.4mm的模径压制直径4.0mm的焊条。之后将压制成型的焊条经过120 ℃×2h低温烘干后再送入高温干燥炉进行380℃×1h烘焙即得到实施例2的焊条。

实施例3：该实施例的高碱度熔渣镍基焊条，药皮组成如下：CaCO₃:>3:>2:>2:>2:>2O₃:>2TiO₃:>4:>

将混合得到的粉料进行干混，然后加入钾钠比为1:1、模数M=3.1、波美浓度为41-43ºBe´的钾钠水玻璃继续搅拌，制作成药皮涂料。然后将搅拌后的药皮涂料在25吨焊条油压机上均匀涂在焊芯上，以直径6.4mm的模径压制直径4.0mm的焊条。之后将压制成型的焊条经过120 ℃×2h低温烘干后再送入高温干燥炉进行380℃×1h烘焙即得到实施例3的焊条。

实验证明：实施例1至实施例3的高碱度药皮镍基焊条熔渣覆盖液态熔池均匀，焊缝表面光亮，表明焊缝氧化极弱。同时焊接过程电弧稳定、焊缝成型美观。理化性能测试表明，熔敷金属化学成分及力学性能满足GB/T13814-2008《镍及镍合金焊条》标准要求，综合性能达到领先水平。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。