專利名稱：電渣堆焊用焊劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及對原子能用壓力容器及化學反應容器的內面等需要構造物的耐腐蝕性的部分使用帶狀電極實施堆焊時使用的電渣堆焊用焊劑，特別涉及在使用由Ni基合金構成的帶狀電極的堆焊中使用的電渣堆焊用焊劑。
背景技術：
以往，在原子能用壓力容器及化學反應容器的構造物中，對于需要耐腐蝕性的內面等，采用如下的焊接方法，即，在將帶狀電極(以下稱作帶鋼)與構造物表面(以下稱作母材)之間的空間用焊劑埋沒的狀態下，在帶鋼與母材之間流過電流，利用焊劑中所含的焊渣成分的電阻發熱，將帶鋼及母材熔融而形成焊道。對于上述焊渣成分，除了要求將熔融部分與大氣阻斷以外，還要求有整理焊道形狀、調整焊接金屬的成分的作用。電渣堆焊與埋弧堆焊相比，母材的稀釋率低，因此即使是在焊接I層的情況下也可以得到低碳且耐腐蝕性優異的焊接金屬。另外，焊道形狀良好，可以使焊道上面平滑，并且可以均勻地形成焊道寬度，此外在焊道中很少有熔合不良及焊渣卷入等焊接缺陷，在將帶鋼與母材之間的空間埋沒在熔融焊渣中的狀態下進行焊接，因此可以減少焊接金屬中所含的氧量及非金屬夾雜物，在這一點上十分優異。另一方面，雖然在焊道上以層狀形成的凝固焊渣在后面的工序中被剝離，然而當在焊道表面熱粘附有焊渣時，就無法剝離，因此需要進行該部分的修補作業。另外，一旦在焊接部產生熔合不良等焊接缺陷，則電渣堆焊法就會比其他焊接法更寬地形成焊道，因此會有導致大規模的焊接缺陷部的修補作業的問題。此外，由于利用焊渣的電阻發熱將帶鋼及母材熔融，因此電渣堆焊法的熔融溫度比電弧焊接法低，母材很難熔融，從而還有容易產生熔合不良的問題。圖1 (a)是表示電渣堆焊的側視圖，圖1 (b)是表示電渣堆焊的立體圖。如圖1 (a)所示，電渣堆焊在成為焊接對象的母材3上配置帶鋼11及料斗10，從料斗10沿圖1(b)所示的箭頭方向供給焊劑1，在將帶鋼11與母材3之間的空間用焊劑I埋沒的狀態下對帶鋼11與母材3之間施加電壓。這時，焊劑I中所含有的焊渣成分就會在帶鋼11與母材3之間進行電阻發熱，帶鋼11及母材3因該熱而熔融，成為熔融金屬4c。另外，在熔融金屬4c上，焊劑I中的焊渣成分熔融而以層狀形成熔融焊渣4b。此后，當使料斗10及帶鋼11沿焊接方向前進時，即如圖1 (b)所示，在料斗10及帶鋼11的后方，熔融金屬4C及熔融焊渣4b分別凝固起來，層狀地形成焊道4(焊接金屬4d)及其上部的凝固焊渣4a。在如此進行的電渣堆焊中，作為帶鋼，例如使用由不銹鋼或Ni基合金構成的材料。此外，還公開過用于在使用由這些材質構成的帶鋼來實施電渣堆焊時實現焊接作業的高效率化、焊道形狀的穩定化等的技術。例如，專利文獻I中，公開有如下的電渣堆焊用焊劑，即，在使用347系不銹鋼帶鋼實施電渣堆焊的情況下，與以往相比增加SiO2而對熔融焊渣賦予粘性，并且將CaF2、MgF2和/或AlF3、以及MgO的含量恰當化。根據公開的內容，該專利文獻I的焊劑通過特別是將CaF2^MgF2和/或AlF3、以及MgO的含量恰當化，可以防止焊渣剝離性的降低。另外，本申請發明人等在專利文獻2中，提出如下的電渣堆焊用焊劑，S卩，通過恰當地規定焊劑中的CaF2、NaF及Na3AlF6、A1203、SiO2以及Na2O的含量，在使用347系不銹鋼帶鋼或Ni基合金帶鋼進行堆焊的情況下，可以獲得良好的焊渣剝離性。另一方面，在所述原子能用壓力容器及化學反應容器的構造物的內面，要求焊接金屬的薄壁化及生產性的提高，因而要求如下的焊劑，即，在與其他的焊接條件相比熱量輸入量小的焊接的情況下，焊接作業性也很出色，可以獲得穩固的焊接金屬，由此可以實現穩定的焊接。針對該要求，例如在專利文獻3中，公開有2. 5至3. 5% Ni鋼的埋弧焊接中使用的熔融焊劑的組成，公開了利用熔融焊劑的合適的組成在小熱量輸入焊接中獲得焊接的穩定性的技術。 [專利文獻][專利文獻I]日本特開2008-183570號公報[專利文獻2]日本特開2010-234395號公報[專利文獻3]日本特開平7-155986號公報但是，在所述的以往技術中存在如下所示的問題。即，專利文獻I中公開的電渣堆焊用焊劑在使用添加有3質量％左右的Nb的Ni基合金帶鋼進行堆焊的情況下，焊渣大量地熱粘附在焊道表面，從而會有焊渣剝離性明顯降低的問題。另外，專利文獻2的電渣堆焊用焊劑對于熔融焊渣的導電性不夠充分，在熱量輸入量小的情況下無法獲得足夠的發熱量，另外，所產生的熱被焊劑的熔融奪走，特別是存在在低電流區域無法實施穩定的焊接的問題。例如，在焊接中頻繁地產生電弧，焊接作業性降低。另外，無法充分地獲得熔融焊劑的粘性，焊渣的形成也不足，因此還有無法獲得良好的焊接焊道外觀的問題。專利文獻3中公開的熔融焊劑雖然適于將2. 5至3. 5% Ni鋼埋弧焊接的情況，然而在使用了由Ni基合金構成的帶鋼的電渣堆焊中使用專利文獻3的熔融焊劑的情況下，因MgO量多，而使焊渣的產生量及焊接金屬的壁厚變得過大，從而會有無法獲得良好的焊接焊道形狀的問題。而且，專利文獻3中，通過增加MgO量，使熔融焊劑在熔化時易于玻璃化，然而例如通過增加SiO2的含量也很容易實現焊劑的玻璃化，并不需要增加MgO量。另外，專利文獻3的熔融焊劑對于熔融焊渣的導電性也不夠充分，與專利文獻2相同，在熱量輸入量小的情況下無法獲得足夠的發熱量，另外，所產生的熱被焊劑的熔融奪走，因而也有特別是在低電流區域無法實施穩定的焊接的問題。此外，專利文獻3的熔融焊劑因無法充分地獲得粘性，而不能獲得良好的焊道外觀，另一方面，熔融焊渣的粘性過大，焊渣剝離性降低，從而還有易于產生焊渣熱粘附等不佳狀況的問題。

發明內容
本發明是鑒于該問題而完成的，其目的在于，提供一種電渣堆焊用焊劑，其在使用了由Ni基合金構成的帶鋼的電渣堆焊中，即使在焊接時的熱量輸入量小的情況下焊接的穩定性也很出色，可以獲得良好的焊道形狀及焊道外觀。本發明的電渣堆焊用焊劑是在使用由Ni基合金構成的帶鋼實施電渣堆焊時使用的焊劑，其特征在于，是將具有包含CaF2 :5至20質量％、A1203 :10至20質量％、Si02 :40至60質量％及CaO 15至30質量％的組成的熔融焊劑，作為原料的一部分以焊劑總質量比計混合3至10質量％后燒結而得的燒結焊劑，以電渣堆焊用焊劑的總質量比計含有CaF2 55至 75 質量％、A1203 :10 至 25 質量％、Si02 :10 至 20 質量％、MgO :5. O 質量％ 以下、CaO 5. O質量％以下、BaO :5. O質量％以下及TiO2 :5. O質量％以下,含有總量為2至5質量％的選自由Na20、K2O及Li2O構成的組的I種以上。本發明的電渣堆焊用焊劑還可以含有以電渣堆焊用焊劑的總質量比計總量為10. O質量％以下的選自由S1、Mn、Cr、N1、Fe、Mo、Nb、Ta、Al及Ti構成的組的I種以上的金
屬成分。發明效果由于本發明的電渣堆焊用焊劑不僅將焊劑整體的組成最佳化，而且作為燒結焊劑的原料適量地含有具有給定的組成的熔融焊劑，因此在使用了由Ni基合金構成的帶鋼的電渣堆焊中，可以確保良好的焊道形狀及焊道外觀，在將焊渣剝離性維持良好的同時，即使在焊接時的熱量輸入量小的情況下，也可以利用熔融焊劑成分的作用，將焊劑的熔點確保在最佳范圍，提高焊劑的熔化性。這樣，根據本發明，可以獲得優異的焊接的穩定性。


圖1(a)是表示電渣堆焊的側視圖，(b)是表示電渣堆焊的立體圖。圖2(a)及(b)是表示本發明的實施例中的帶鋼及焊劑與母材及焊接焊道的位置關系的圖，圖1(a)是側視圖，圖1(b)是主視圖。其中，1:電渣堆焊用焊劑，10 :料斗，11 :帶狀電極(帶鋼)，12 :進料機，13 電源供給裝置，3 :母材，4 :焊道，4a :凝固焊渣，4b :熔融焊渣，4c :熔融金屬，4d :焊接金屬
具體實施例方式下面，對本發明的實施方式進行詳細說明。本申請發明人等為了在使用了由Ni基合金構成的帶鋼的電渣堆焊中，在焊接時的熱量輸入量小的情況下也穩定地實施焊接，反復進行了各種實驗研究。即，在使用了所述帶鋼的電渣堆焊中，在使用了以往的焊劑的情況下，如果焊接電流低，熱量輸入量小，則無法充分地獲得焊劑的粘性，并且焊渣的形成不夠充分，存在無法獲得良好的焊道形狀及焊道外觀等問題。本申請發明人等為了解決該問題，發現如果將以往的電渣堆焊用焊劑中沒有添加的熔融焊劑相對于電渣堆焊用焊劑以給定的比例添加，就可以利用熔融焊劑成分的作用，促進焊劑的熔融，即使在熱量輸入量小的情況下，也可以實現穩定的焊接。此外還發現，通過將熔融焊劑的組成最佳化，可以將焊劑整體的熔點確保在最佳范圍，如果將焊劑整體的組成最佳化，還可以將焊道形狀及焊道外觀維持良好，從而形成本發明。S卩，本發明的電渣堆焊用焊劑是投入圖1 (a)、(b)所示的配置于母材3上的料斗10內的材料。該電渣堆焊用焊劑作為原料的一部分含有后述的熔融焊劑，向該熔融焊劑原料中混合其他的原料后，通過將該混合原料燒結、粉碎而整粒來制造。所得的電渣堆焊用焊劑(燒結焊劑)具有如下的組成，即，以焊劑總質量比計含有CaF2 55至75質量％、Al2O3 10至25質量％、SiO2 :10至20質量％、MgO :5. O質量％以下、CaO :5. O質量％以下、BaO :5. O質量％以下及TiO2 5. O質量％以下，含有總量為2至5質量％的選自Na20、K2O及Li2O中的I種以上。下面，對本發明的電渣堆焊用焊劑的組成中的數值限定的理由進行說明。首先，對焊劑整體中的各成分的含量的限定理由進行說明。而且，在以下的記載中，所謂焊劑總質量比是指電渣堆焊用焊劑的總質量比。"CaF2 以焊劑總質量比計為55至75質量％ ”CaF2恰當地確保熔融焊渣的電導率，提高焊接的穩定性。另外，CaF2恰當地確保熔融焊渣的粘性，改善焊接焊道的形狀。如果CaF2的含量以焊劑總質量比計小于55質量％，焊道形狀及焊道外觀就會劣化，另外，電導率過大，因電阻發熱不足，而會在焊接中頻繁地產生電弧，焊接的穩定性降低。如果CaF2的含量以焊劑總質量比計超過75質量％，則熔融焊渣的粘性過大，焊接焊道的直線性降低而使焊接焊道的形狀劣化，并且氟氣體的產生量增加而在焊接焊道中產生壓痕(痘斑)，焊道外觀劣化。由此，在本發明中，將CaF2的含量以焊劑總質量比計規定為55至75質量％。該CaF2的含量以焊劑總質量比計優選為60至70質量％。“Al2O3 :以焊劑總質量比計為10至25質量Al2O3被作為焊渣形成劑添加，恰當地確保焊接焊道的平滑性、始端部的浸潤性及直線性，改善焊接焊道外觀及焊接焊道形狀。如果Al2O3的含量以焊劑總質量比計小于10質量％，則無法充分地獲得這些效果，如果超過25質量％，則電阻發熱量不足而使焊劑的熔融不夠充分，在焊接中頻繁地產生電弧，焊接的穩定性降低。由此，在本發明中，將Al2O3的含量以焊劑總質量比計規定為10至25質量％。該Al2O3的含量以焊劑總質量比計優選為15至20質量％。iiSiO2 以焊劑總質量比計為10至20質量％ ”SiO2恰當地確保熔融焊渣的粘性，使焊接焊道形狀良好。如果SiO2的含量以焊劑總質量比計超過20質量％，則熔融焊渣的粘性過大，焊接焊道的直線性降低而使焊接焊道的形狀劣化、或焊接焊道寬度變得狹小而產生咬邊。通常來說，在電渣堆焊用焊劑的制造時,通過添加SiO2為主體的粘合劑而以焊劑總質量比計10質量％以上導入Si02。“Mg0、Ca0、Ti02、Ba0 :分別以焊劑總質量比計為5. O質量％以下”MgO, CaO, TiO2及BaO分別被作為焊渣形成劑添加，恰當地確保焊接焊道的平滑性及直線性，改善焊接焊道外觀及焊接焊道形狀。另外，利用熔融焊渣的對流，在帶鋼的寬度方向形成均勻的熔融焊渣，提高焊渣剝離性。如果Mg0、Ca0、Ti02 *BaO的含量以焊劑總質量比計超過5. O質量％，則熔融焊渣的對流過大而使焊渣的產生量在帶鋼的寬度方向變得不均勻，焊渣剝離性降低。而且，本發明中，不主動地添加這些成分也不會特別有問題，然而因在焊劑原料中作為雜質必然地含有，因而通常來說在焊劑中含有O.1質量％以上。“Na20、K2O及Li2O:以焊劑總質量比計含有總量為2至5質量％的I種以上”Na2O, K2O及Li2O恰當地確保熔融焊渣的熔點，提高焊接的穩定性。這些成分在電渣堆焊用焊劑的制造時由粘合劑添加，在制造出的燒結型焊劑中，其含量以焊劑總質量比計總量為2質量％以上。如果Na20、K20及Li2O的含量總量超過5質量％，則熔融焊渣的熔點就會降低，因而發熱量不足而使焊劑的熔融不夠充分，在焊接中頻繁地產生電弧，焊接的穩定性降低。由此，在本發明中，以焊劑總質量比計添加總量為2至5質量％的他20、1(20及Li2O的I種以上。該電渣堆焊用焊劑是將熔融焊劑作為燒結焊劑的原料的一部分以焊劑總質量比計混合3至10質量％而得的材料。本發明中，該熔融焊劑具有包含CaF2 :5至20質量％、Al2O3 :10至20質量％、SiO2 40至60質量％及CaO : 15至30質量％的組成。下面，對本發明的電渣堆焊用焊劑中的熔融焊劑的數值限定理由進行說明。熔融焊劑以給定的組成含有以下的各成分，例如利用電爐等加熱熔融，在冷卻凝固后，進行粉碎，利用篩分調整粒度(整粒)而制造，以玻璃狀造粒。“CaF2 :5 至 20 質量％，，熔融焊劑中的CaF2是恰當地確保熔融焊劑材料的熔點、提高其熔化性的成分。無論CaF2的含量是小于5質量％ ,還是超過20質量％ ,熔點都會過高，因而熔融焊劑材料的熔化性降低。另外，在CaF2的含量超過20質量％的情況下，在熔化時會產生熔融焊渣的飛濺。由此，熔融焊劑中的CaF2的含量為5至20質量％，更優選為10至15質量％。“Al2O3 :10 至 20 質量 ％ ”Al2O3與CaF2相同，是恰當地確保熔融焊劑材料的熔點、提高其熔化性的成分。這樣,無論Al2O3的含量是小于10質量％、還是超過20質量％ ,熔點都會過高，因而熔融焊劑材料的熔化性降低。由此，熔融焊劑中的Al2O3的含量為10至20質量％，更優選為13至17
質量％。iiSiO2 40 至 60 質量 ％ ”SiO2與Al2O3及CaF2相同，是恰當地確保熔融焊劑材料的熔點、提高其熔化性的成分。另外，SiO2恰當地確保熔化后的焊劑的玻璃化，提高生產性。如果SiO2的含量小于40質量％，則熔化后的焊劑的玻璃化會變得困難，生產性降低。另外，無論SiO2的含量是小于40質量％、還是超過60質量％，熔融焊劑材料的熔點都會過高，熔化性降低。由此，熔融焊劑中的SiO2的含量為40至60質量％，更優選為45至55質量％。“CaO :15 至 30 質量CaO也與上述成分相同，是恰當地確保熔融焊劑材料的熔點、提高其熔化性的成分。這樣，無論CaO的含量是小于15質量％、還是超過30質量％，熔融焊劑材料的熔點都會過高，熔化性降低。另外，如果CaO的含量超過30質量％，熔化時的焊劑的玻璃化會變得困難，熔化性降低。由此，熔融焊劑中的CaO的含量為15至30質量％，更優選為20至25
質量％。上述熔融焊劑中的CaF2、A1203、SiO2及CaO這4種成分都是對電渣堆焊用焊劑的生產性造成影響的成分，而在4種成分中的3種成分以上的含量為優選的范圍的情況下，熔融焊劑的生產性就會明顯地提高。“熔融焊劑的添加量以焊劑總質量比計為3至10質量％ ”通過將上述熔融焊劑以燒結焊劑總質量比計3質量％以上添加到燒結焊劑中，電渣堆焊用焊劑的熔融狀態就會變為最佳的狀態，焊接的穩定性提高。如果熔融焊劑的添加量以燒結焊劑總質量比計小于3質量％，則因熔融焊劑成分不足，焊劑的熔融不能順暢地進行，電阻發熱被焊劑的熔融奪走，焊接的穩定性降低。另一方面，如果熔融焊劑的添加量以焊劑總質量比計超過10質量％，焊劑的造粒就會變得困難，電渣堆焊用焊劑的生產性降低。由此，在本發明中，將熔融焊劑成分以焊劑總質量比計添加3至10質量％。更優選將熔融焊劑成分以焊劑總質量比計添加5至8質量％。以上說明的本發明的電渣堆焊用焊劑還可以以焊劑總質量比計含有總量10. O質量％以下的選自S1、Mn、Cr、N1、Fe、Mo、Nb、Ta、Al及Ti中的I種以上的金屬成分。即，在電渣焊接中，由于帶鋼中所含的Mn及Cr等金屬成分因氧化消耗等而減少了一部分，因此優選通過向焊劑中添加金屬成分來補償減少的成分。但是，如果以焊劑總質量比計超過10質量％地添加這些金屬成分，則電阻發熱就容易被焊劑的熔融奪走，焊接的穩定性容易降低，因此將其添加量設為總量為10質量％以下。而且，雖然不添加金屬成分也不會特別有問題，然而因在焊劑中作為雜質含有，所以導入總量O.1質量％以上。下面，對使用了本實施方式的電渣堆焊用焊劑I的堆焊進行說明。首先，在母材3上配置帶鋼11及料斗10，從料斗10中沿圖1(b)所示的箭頭方向供給焊劑I。此后，在將 帶鋼11與母材3之間的空間埋沒在焊劑I中的狀態下對帶鋼11與母材3之間施加電壓。這時，焊劑I中的焊渣成分就會在帶鋼11與母材3之間產生電阻發熱，帶鋼11及母材3因該熱而熔融，成為熔融金屬4c。另外，在熔融金屬4c上，焊劑I中的焊渣成分熔融而以層狀形成熔融焊渣4b。此后，當使料斗10及帶鋼11沿焊接方向前進時，即如圖1 (b)所示，在料斗10及帶鋼11的后方，熔融金屬4C及熔融焊渣4b分別凝固起來，層狀地形成焊道4(焊接金屬4d)及其上部的凝固焊渣4a。此時，如果帶鋼11與母材3之間的空間沒有埋沒在焊劑中，就會在帶鋼11與母材3之間產生電弧。這樣，一旦產生電弧，就很容易向熔融金屬表面卷入焊渣，焊渣剝離性降低，還容易產生焊渣的熱粘附，因此很難在后面的工序中剝離。另外，由于沒有良好地進行焊渣形成，因此焊接焊道形狀雜亂、或容易在焊接金屬中混入非金屬夾雜物。所以，最好在不妨礙料斗10及帶鋼11的行進的范圍中，向帶鋼11與母材3之間的空間以足夠大的量供給焊劑。[實施例]下面，對表示本發明的電渣堆焊用焊劑的效果的實施例，與其比較例相比較地進行具體說明。首先，將熔融焊劑材料以給定的比例投入電爐內，利用電爐加熱·熔融后，冷卻而得到固體的熔融焊劑材。將各熔融焊劑材料的組成表示于表1-1及表1-2中。將該熔融焊劑材粉碎后，進行整粒，作為燒結焊劑的原料的一部分混合，得到具有表2-1及表2-2所示的組成的電渣堆焊用焊劑。將電渣堆焊用焊劑中的熔融焊劑的添加量一并表示于表1-ι及表1-2中。而且，在表1-1及表1-2中，對于無法得到熔融焊劑材的，熔融焊劑的添加量一欄是空欄。另外，在表2-1及表2-2中，記載有O的數值的欄表示各成分的含量為雜質水平。在表2-1及表2-2中，將來自水玻璃的SiO2的添加量作為4質量％換算。對于各實施例及比較例，評價了由焊劑原料制造電渣堆焊用焊劑時的生產性。將電洛堆焊用焊劑的生產性良好的情況設為〇，將不良的情況設為X，表不于表6-1及表6-2中。[表 1-1]
權利要求
1.一種電渣堆焊用焊劑，是在使用由Ni基合金構成的帶狀電極實施電渣堆焊時使用的焊劑，其特征在于，所述電渣堆焊用焊劑是將具有包含CaF2 5至20質量％、A1203 :10至20質量％、SiO2 40至60質量％及CaO : 15至30質量％的組成的熔融焊劑，作為原料的一部分以焊劑總質量比計混合3至10質量％后燒結而得的燒結焊劑，以焊劑總質量比計含有CaF2 :55至75質量％、A1203 :10至25質量％、SiO2 :10至20質量％、]\%0 :5. O質量％以下、CaO :5. O質量％以下、BaO :5. O質量％以下及TiO2 :5. O質量％ 以下，并含有總量為2至5質量％的選自由Na20、K20及Li2O構成的組的I種以上。
2.根據權利要求1所述的電渣堆焊用焊劑，其特征在于，還含有以焊劑總質量比計總量為10. O質量％以下的選自由S1、Mn、Cr、N1、Fe、Mo、Nb、 Ta、Al及Ti構成的組的I種以上的金屬成分。
全文摘要
本發明提供一種電渣堆焊用焊劑，其在使用了由Ni基合金構成的帶鋼的電渣堆焊中，即使在焊接時的熱量輸入量小的情況下，焊接的穩定性也很優異，可以得到良好的焊道形狀及焊道外觀。電渣堆焊用焊劑(1)在使用由Ni基合金構成的帶鋼實施電渣堆焊時使用。該焊劑(1)是將包含CaF25至20質量％、Al2O310至20質量％、SiO240至60質量％及CaO15至30質量％的熔融焊劑作為燒結焊劑的原料的一部分以焊劑總質量比計混合3至10質量％后燒結而得的燒結焊劑。此外，將焊劑整體的組成最佳化。
文檔編號B23K35/362GK102990251SQ20121030808
公開日2013年3月27日 申請日期2012年8月27日 優先權日2011年9月13日
發明者澤田有志, 渡邊博久, 川本裕晃 申請人:株式會社神戶制鋼所