发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双相不锈钢用烧结焊剂,主要是通过合理的成分设计和制备工艺,使其具有与双相不锈钢埋弧焊丝相匹配的碱度、氧化性、熔点、粘度、表面张力和界面张力,以彻底解决气体压坑、中间结晶线纹、横向粘渣、边缘粘渣等焊接缺陷问题,且焊接规范平稳,脱渣性能优良,焊道宽窄均匀、堆高适中、过渡平滑,匹配ER2209焊丝,适合于含Cr 22%型双相不锈钢的结构焊接和表面堆焊,可以得到满足要求的力学性能和铁素体含量。
为了实现解决上述技术问题的目的,本发明采用了如下技术方案:
本发明的一种双相不锈钢用烧结焊剂,干粉组分及其重量百分比为: MgO:24~32%、CaF2:12~23%、ZrO2:12~18%、Al2O3:10~15%、SiO2:9~14%、CaO:2~10%、氟化稀土:1~3%、氟硅酸钠:0.5~2%、氧化铬绿:0.5~2%、脱氧剂:0.5~2%、合金剂:2~8%。
为了增强电弧稳定性,本发明涉及的双相不锈钢烧结焊剂采用钾钠3:1水玻璃作粘结剂,水玻璃粘度约1000MPa·S,用量占焊剂干粉重量的18~26%。进一步的,水玻璃粘度为700~1500MPa·S。
所述的氟化稀土的规格为REO≥83%,CeO2/REO≥45%,F≥26%。
所述的脱氧剂为Si含量不低于70%的Si-Fe。
所述的合金剂含有钼含量不小于50%的钼铁1.5~2.5%,余量为金属铬。
进一步的,在本双相不锈钢用烧结焊剂的干粉组分中,矿物干粉原料全部通过100目筛,金属粉原料过40目筛。
进一步优选的技术方案焊还可以是:本发明的一种双相不锈钢用烧结焊剂,干粉组分及其重量百分比为: MgO:26~32%、CaF2:16~23%、ZrO2:12~15%、Al2O3:10~13%、SiO2:12~14%、CaO:2~6%、氟化稀土:2~3%、氟硅酸钠:0.5~1%、氧化铬绿:1~2%、脱氧剂:1~2%、合金剂:2~4.5%。
本发明的双相不锈钢烧结焊剂,其制备方法可以为:将焊剂矿物干粉原料过100目筛、金属粉原料过40目筛后按配方配比称重,所有粉料放入搅拌机中充分干混,再加入定量的水玻璃粘结剂充分湿混,然后将湿料放入造粒机中造粒,造好的焊剂颗粒送入200~250℃转动烘干炉进行40~60min低温烘干,烘干后将其送入转动烧结炉进行高温烧结,烧结温度为650~750℃,烧结时间为30~50min,出炉后冷却,筛分出12~60目的焊剂颗粒,包装,检验合格后入库,焊剂制备完成。
本发明涉及的双相不锈钢烧结焊剂各干粉组分的作用详述如下:
MgO:具有较高的熔点和高温化学稳定性,是造渣和提高焊剂碱度的有效成分,能降低焊缝金属的硫、氧含量,提高焊缝金属纯净度。含量过低时,渣壳疏松,脱渣不好,焊剂碱度不够;含量过高时则使熔渣粘度增大,抑制熔渣流动,且造成焊道表面不光,会出现麻点。主要通过镁砂来加入。
CaF2:偏碱性的盐,熔点较低,能够降低熔渣表面张力和提高熔渣流动性;其在高温下比较活泼,分解产生的氟气能够降低电弧中氢的分压,从而有效降低焊缝金属扩散氢含量。含量过低时,会使焊剂碱度不够和去氢效果不佳;含量过高时,会导致电弧不稳和焊缝波纹粗大。主要通过萤石来加入。
[0015 ZrO2:减小熔渣界面张力的有效成分,高温下可与CaF2反应生成低熔点化合物ZrF4,大幅度改善脱渣性,彻底解决横向粘渣和边缘粘渣问题,使焊缝成形美观。含量过低时,粘渣问题解决不彻底;含量过高时,由于其熔点高,会使熔渣粘度增大,同时造成高温脱渣性太好而使焊缝表面出现氧化色。主要通过锆英砂来加入。
Al2O3:调节熔渣熔点和粘度的有效成分,能使熔渣具有良好的流动性,焊缝金属与母材过渡平滑,焊缝成形美观。含量过低时上述效果不明显,含量过高时导致熔渣流动性变差,焊缝容易产生咬边、气体压坑和夹渣等缺陷。主要通过α- Al2O3来加入。
SiO2:改善焊接工艺和稳定电弧的有效成分,能改善脱渣性能和焊缝成形。含量过低时,电弧不稳;含量过高时,会使熔敷金属增硅,使熔渣粘度增大。主要通过锆英砂和硅灰石来加入。
CaO:提高焊剂碱度和熔敷金属韧性的有效成分。含量过高时,电弧不稳,焊缝成形不好,脱渣困难,易产生夹渣和熔合不佳等缺陷。主要通过硅灰石来加入。
氟化稀土:脱氧、脱硫,控制焊缝中夹杂物的形态。含量过低时效果不明显,含量过高时易导致电弧不稳。
氟硅酸钠:使焊缝成形美观的有效成分。加入适量时,焊缝波纹细小,边缘较直,宽窄均匀,堆高适中,与母材过渡平滑;含量过低时,以上效果不明显;含量过高时,则熔敷金属渗硅严重。
氧化铬绿:改善脱渣和焊缝成形的有效成分,可以减小液态金属与熔渣界面发生的Cr被SiO2氧化成Cr2O3的可能性,进而减少合金成分Cr的烧损和出现中间结晶线纹的可能性。
脱氧剂:减少焊缝中的氧含量和改善脱渣性,含量过低时脱氧效果不好,含量过高时则导致熔敷金属渗硅严重。主要通过Si含量不低于70%的Si-Fe来加入。
合金剂:向焊缝金属中渗合金,以补偿焊接过程中合金元素的烧损和调节焊缝金属成分,最终使焊缝金属得到满足要求的化学成分和相比例,其含量高会增加焊剂成本。合金剂主要包括纯度不小于98%的金属铬、钼含量不小于50%的钼铁、纯度不小于98%的金属镍、纯度不小于98%的金属锰和纯度不小于98%的金属铜中的一种或多种。
这些技术方案,包括改进的技术方案以及进一步改进的技术方案也可以互相组合或者结合,从而达到更好的技术效果。
通过采用上述技术方案,本发明具有以下的有益效果:
本发明涉及的双相不锈钢烧结焊剂,匹配ER2209焊丝,适合于石油化工设备、海水与废水处理设备、输油输气管线、造纸机械等工业领域和桥梁承重结构领域所用的含Cr 22%型双相不锈钢的焊接和堆焊;本发明的双相不锈钢烧结焊剂匹配ER2209焊丝,焊接规范平稳,脱渣性能优良,焊道宽窄均匀、堆高适中、过渡平滑,彻底解决了不锈钢埋弧焊接中容易出现的气体压坑、中间结晶线纹、横向粘渣、边缘粘渣等焊接缺陷问题,熔敷金属铁素体含量可达35%以上,因此具有良好的力学性能和耐蚀性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本专利做进一步的说明,但是本专利的保护范围包括但是不限于实施例。
[0027 (1)焊剂制备
将焊剂矿物干粉原料过100目筛、金属粉原料过40目筛后按配方配比称重,所有粉料放入搅拌机中充分干混,再加入适量水玻璃粘结剂充分湿混,然后将湿料放入造粒机中造粒,造好的焊剂颗粒送入200~250℃转动烘干炉进行40~60min低温烘干,烘干后将其送入转动烧结炉进行高温烧结,烧结温度为650~750℃,烧结时间为30~50min,出炉后冷却,筛分出10~60目的焊剂颗粒,包装,检验合格后入库,焊剂制备完成。
(2)实施例
根据本发明设计的组分含量,配制了3种焊剂粉料,配方编号为F1~F3。F1~F3三个配方焊剂均与Φ3.2mm的ER2209焊丝配合,采用20mm厚2205双相不锈钢为母材进行熔敷试板焊接。焊剂配方干粉质量配比列于表1,焊剂制备工艺列于表2,焊接规范详见表3,焊剂焊接工艺性能列于表4,ER2209焊丝化学成分列于表5,熔敷金属性能测试参照AWS A5.4-2006进行,结果列于表6。
表 1 焊剂配方干粉质量配比
编号 |
MgO |
CaF2 |
ZrO2 |
Al2O3 |
SiO2 |
CaO |
氟化稀土 |
氟硅酸钠 |
氧化铬绿 |
脱氧剂 |
合金剂 |
F1 |
24 |
12 |
18 |
15 |
9 |
10 |
1 |
2 |
0.5 |
0.5 |
8 |
F2 |
32 |
23 |
12 |
10 |
14 |
2 |
2 |
1 |
1 |
1 |
2 |
F3 |
26 |
16 |
15 |
13 |
12 |
6 |
3 |
0.5 |
2 |
2 |
4.5 |
表1中,氟化稀土的规格为REO≥83%,CeO2/REO≥45%,F≥26%。
各个配方水玻璃为钾钠3:1水玻璃作粘结剂,F1的水玻璃粘度约800MPa·S,用量占焊剂干粉重量的19%,脱氧剂为Si含量70%的Si-Fe,合金剂中金属铬5.6%、钼含量50%的钼铁占2.4%;F3和F2的水玻璃粘度约1250MPa·S,用量占焊剂干粉重量的26%,脱氧剂为Si含量75%的Si-Fe,合金剂为钼含量55%的钼铁1.6%、余量为金属铬。
表 2 焊剂制备工艺
编号 |
干混时间/min |
水玻璃占干粉比重/% |
湿混时间/min |
低温烘干温度/℃ |
低温烘干时间/min |
高温烘干温度/℃ |
高温烘干时间/min |
焊前处理 |
F1 |
5 |
18 |
5 |
230±10 |
50 |
700±10 |
40 |
350℃×2h烘干 |
F2 |
5 |
26 |
5 |
230±10 |
50 |
700±10 |
40 |
350℃×2h烘干 |
F3 |
5 |
22 |
5 |
230±10 |
50 |
700±10 |
40 |
350℃×2h烘干 |
表 3 焊接规范
焊接电/A |
焊接电/V |
预热及道间温度/℃ |
焊接速度/cm/min |
极性 |
380~400 |
30±2 |
150以下 |
50~80 |
直流反接 |
表 4 焊接工艺性能
编号 |
电弧稳定性 |
脱渣性能 |
中间结晶线纹 |
焊道宽窄 |
焊道堆高 |
与母材过渡 |
焊道综合成形 |
F1 |
良好 |
高温不脱,低温脱渣容易,无横向粘渣,略有边缘粘渣 |
无 |
适中 |
适中 |
平滑 |
良 |
F2 |
良好 |
高温不脱,低温脱渣容易,无横向粘渣,无边缘粘渣 |
略有 |
适中 |
适中 |
平滑 |
良 |
F3 |
良好 |
高温不脱,低温脱渣容易,无横向粘渣,无边缘粘渣 |
无 |
适中 |
适中 |
平滑 |
优 |
表 5 ER2209焊丝化学成分
编号 |
C |
Cr |
Ni |
Mo |
Mn |
Si |
P |
S |
N |
Cu |
ER2209 |
0.022 |
23.08 |
8.92 |
3.06 |
1.54 |
0.49 |
0.022 |
0.0015 |
0.154 |
0.134 |
AWS A5.9-2006 |
≤0.03 |
21.5~23.5 |
7.5~9.5 |
2.5~3.5 |
0.5~2.0 |
≤0.90 |
≤0.03 |
≤0.03 |
0.08~2.0 |
≤0.75 |
表 6 熔敷金属性能测试结果
编号 |
主要合金元素含量/% |
|
|
|
|
|
|
力学性能 |
|
|
|
铁素体含量/% |
|
C |
Cr |
Ni |
Mo |
Mn |
Si |
N |
Rm/MPa |
Rp0.2/MPa |
δ5/% |
-20℃冲击功/J |
|
F1 |
0.030 |
23.2 |
8.82 |
3.33 |
0.90 |
0.78 |
0.127 |
820 |
640 |
27 |
55,47,50 |
39 |
F2 |
0.025 |
22.80 |
8.84 |
3.02 |
1.02 |
0.72 |
0.130 |
810 |
620 |
23 |
43,40,46 |
35 |
F3 |
0.027 |
23.02 |
8.76 |
3.26 |
0.98 |
0.76 |
0.120 |
815 |
630 |
25 |
51,48,45 |
37 |
AWSA5.4-2006 |
≤0.04 |
21.5~23.5 |
8.5~10.5 |
2.5~3.5 |
0.5~2.0 |
≤1.00 |
0.08~2.0 |
690 |
―― |
20 |
―― |
―― |