本發明屬于焊接技術領域，更具體地講，涉及一種能夠廣泛應用于石油化工、煤化工、鍋爐、核電等設備表面耐腐蝕堆焊的不銹鋼高速帶極電渣堆焊用燒結焊劑及其制備方法。

背景技術：

隨著國家加大石油化工和核電的發展力度，不銹鋼帶極電渣堆焊在我國石油化工、煤化工、鍋爐、核電等設備制造中越來越廣泛地被采用。與其他方法相比較，帶極堆焊具有熔敷效率高和熔池淺，熔敷金屬的化學成分和金相組織穩定.且焊道寬而平整等優點。

國內裝備制造業經過十多年的迅猛發展，國內不銹鋼帶極堆焊技術應用越來越成熟，堆焊材料國產化趨勢明顯。隨著壓力容器趨向大型化，促使帶極堆焊材料也朝著更高效、更優質的方向發展。不同的焊劑允許承載的最大堆焊速度是不同的，普通帶極電渣堆焊速度在15～22cm/min，如果超過這個速度，就不能產生足夠數量的熔渣，堆焊熔池就落在前進焊帶的后面，且焊接電渣過程不穩定，焊接熔池就失去了應有的保護，就容易產生咬邊、未焊透、成型不良等諸多焊接缺陷。

技術實現要素：

為了解決現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種能夠適應于更高焊接速度同時具有優良性能的不銹鋼高速帶極電渣堆焊用燒結焊劑及其制備方法。

本發明的一方面提供了不銹鋼高速電渣帶極堆焊用燒結焊劑，以重量份計，所述燒結焊劑包括以下組分：SiO₂ 6～10份、MgO 0.5～1份、Al₂O₃ 16～20份、CaF₂ 65～85份、CaO 2～4份和MnO 0.5～2份，其中，所述燒結焊劑適用于30～45cm/min的焊接速度。

根據本發明的不銹鋼高速電渣帶極堆焊用燒結焊劑的一個實施例，以重量份計，所述燒結焊劑包括以下組分：SiO₂ 8.5份、MgO 0.5份、Al₂O₃ 16份、CaF₂ 68份、CaO 2份和MnO 2份。

根據本發明的不銹鋼高速電渣帶極堆焊用燒結焊劑的一個實施例，以重量份計，所述燒結焊劑包括以下組分：SiO₂ 7份、MgO 1份、Al₂O₃ 17份、CaF₂ 69份、CaO 2份和MnO 1份。

根據本發明的不銹鋼高速電渣帶極堆焊用燒結焊劑的一個實施例，以重量份計，所述燒結焊劑包括以下組分：SiO₂ 6份、MgO 0.5份、Al₂O₃ 18份、CaF₂ 70份、CaO 2份和MnO 0.5份。

本發明的另一方面提供了上述不銹鋼高速電渣帶極堆焊用燒結焊劑的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

A、按照配比將所述燒結焊劑的各組分粉料混合均勻，得到第一混合料；

B、加入為所述第一混合料重量的15～20％的粘結劑混合攪拌造粒，得到第二混合料；

C、將第二混合料依次進行100～200℃的低溫烘焙和600～800℃的高溫燒結，篩分得到所述燒結焊劑。

根據本發明不銹鋼高速電渣帶極堆焊用燒結焊劑的制備方法的一個實施例，所述粘結劑為硅酸鈉水玻璃，所述低溫烘焙溫度為150℃，所述高溫燒結溫度為750℃。

本發明研發的不銹鋼高速電渣帶極堆焊用燒結焊劑適用的焊接速度可以達到45cm/min，與普通工況相比，本發明的燒結焊劑在相同時間內比普通電渣帶極堆焊的堆焊效率提高一倍，并且具有良好的焊接工藝性能和力學性能。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

下面先對本發明的不銹鋼高速電渣帶極堆焊用燒結焊劑進行詳細說明。

根據本發明的示例性實施例，以重量份計，所述不銹鋼高速電渣帶極堆焊用燒結焊劑包括以下組分：SiO₂ 6～10份、MgO 0.5～1份、Al₂O₃ 16～20份、CaF₂ 65～85份、CaO 2～4份和MnO 0.5～2份。其中，本發明的上述燒結焊劑適用于30～45cm/min的焊接速度，其在上述較高的焊接速度下，仍然具有良好的焊接工藝性能和力學性能。

本發明提供的燒結焊劑實際上是針對較高的焊接速度工況設計的一種SiO₂-Al₂O₃-CaF₂堿性渣系。通過對熔渣的表面張力、粘度的調整，改善了熔渣的流動性；通過對熔渣熔點、線膨脹系數等方面的調整，改善了渣殼的脫渣性；通過對各物質含量的調整，確定熔渣的電導率在一個固定范圍，繼而使電渣過程穩定進行。

具體地，CaF₂能夠促進熔敷金屬精煉反應的同時降低熔敷金屬的氧含量，提高抗氣孔能力。CaF₂的熔點較低，能有效降低熔渣高溫粘度，改善熔渣流動性，并提高導電性，改善焊縫成形，且對金屬脫硫有良好影響。但是，隨著CaF₂在焊劑中的含量的增加，焊劑的綜合工藝性能下降。本焊劑中CaF₂的加入量控制在65～80份為宜。

Al₂0₃是影響脫渣性的主要成分，在SiO₂-Al₂O₃-CaF₂堿性渣系中，會使熔渣的表面張力提高且作用明顯，加之其熔點較高，高溫的膨脹系數與鐵的差異較大，隨著其加入量的增加，焊縫波紋變細.焊縫成型變好而有利于脫渣，焊接綜合工藝性能也相應的提高。但是，隨著Al₂O₃量的進一步增加，脫渣變得越來越困難，同時焊接綜合工藝性能也在逐步降低。本焊劑中Al₂0₃的加入量控制在16～20份為宜。

SiO₂是提高焊接工藝性能的主要成分，也是主要的造渣成分。SiO₂是一種酸性物質，降低焊劑堿度，焊劑中與CaF₂搭配能影響焊劑的抗氣孔能力。SiO₂能調整渣的凝固點、表面張力及熔渣高溫粘度，對焊道外觀和形狀的有重要的作用。SiO₂對脫渣性影響比較大，隨著SiO₂量的增加，脫渣變得容易，抗氧化性能也增強，表面壓坑減少，但是隨著SiO₂量的進一步增加，焊劑的焊接綜合工藝性能卻逐步地降低，在本焊接中的SiO₂量超過10份則脫渣明顯變差。因此，本焊劑中SiO₂的加入量控制在6～10份為宜。

MgO是良好的造渣材料，它能增加熔渣的透氣性，抑制表面氧化，降低酸性渣的粘度，同時降低擴散氫的含量，并具有增大熔渣表面張力的作用。隨著MgO含量的增加，熔渣的膨脹系數增加，并且焊接綜合工藝性能也在逐步的提高，但是MgO熔點較高，增大熔渣粘度，提高熔渣凝固溫度，抑制渣的流動性使焊縫成形變差，熔渣變硬，脫渣困難，因而MgO含量不能過多。本焊劑中MgO的加入量控制在0.5～1份為宜。

MnO在焊接過程中與SiO₂結合成復合的硅酸鹽，形成良好的焊渣，保護熔敷金屬，使熔敷金屬不受空氣中N和O的影響，而且被還原的錳元素是焊縫中主要合金成分，能提高焊縫強度和沖擊韌性，同時，被還原的錳與焊縫中的S化合，形成MnS起到了脫S的作用。本焊劑中MnO的加入量控制在0.5～2份為宜。

CaO是堿性氧化物，在焊劑中起造渣和提高焊劑堿度作用。CaO是較強的堿性氧化物，與S、P的結合能力較強，可以降低焊縫金屬中的S、P含量，它能有效提高焊劑抗大電流能力，改善焊縫力學性能。本焊劑中CaO的加入量控制在2～4份為宜。

根據本發明的一個優選實施例，以重量份計，所述燒結焊劑包括以下組分：SiO₂8.5份、MgO 0.5份、Al₂O₃ 16份、CaF₂ 68份、CaO 2份和MnO 2份。

根據本發明的又一個優選實施例，以重量份計，所述燒結焊劑包括以下組分：SiO₂7份、MgO 1份、Al₂O₃ 17份、CaF₂ 69份、CaO 2份和MnO 1份。

根據本發明的再一個優選實施例，以重量份計，所述燒結焊劑包括以下組分：SiO₂6份、MgO 0.5份、Al₂O₃ 18份、CaF₂ 70份、CaO 2份和MnO 0.5份。

本發明同時提供了上述不銹鋼高速電渣帶極堆焊用燒結焊劑的制備方法。根據本發明的示例性實施例，其制備方法包括以下多個步驟。

步驟A：

按照配比將燒結焊劑的各組分粉料混合均勻，得到第一混合料。例如可以采用混合器進行均勻地混合和攪拌。

步驟B：

加入為第一混合料重量的15～20％的粘結劑混合攪拌造粒，得到第二混合料。

其中，粘結劑采用外配的形式，先按照上述配比將各組分均勻混合得到第一混合料后，再稱取重量為第一混合料重量的15～20％的粘結劑加入至第一混合料中均勻混合得到第二混合料。優選地，粘結劑為硅酸鈉水玻璃。

步驟C：

將第二混合料依次進行100～200℃的低溫烘烤和600～800℃的高溫燒結，篩分得到燒結焊劑。更優選地，低溫烘焙溫度為150℃，高溫燒結溫度為750℃。

本發明的燒結焊劑配合EQ309LMo、EQ308L、EQ316L等不銹鋼焊帶進行焊接，通過使用合理的焊接工藝，能夠使整個焊接過程穩定，焊道與母材之間、焊道與焊道之間的熔合良好、脫渣容易，焊道表面成型美觀，焊縫邊緣整齊且無咬邊、氣孔、裂紋等焊接缺陷，焊接質量能夠滿足核反應堆、壓力容器腐蝕介質、石化等領域壓力容器內壁的不銹鋼帶極堆焊的要求。

應理解，本發明詳述的上述實施方式及以下實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，本領域的技術人員根據本發明的上述內容作出的一些非本質的改進和調整均屬于本發明的保護范圍。

下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。

實施例1：

將SiO₂ 8.5kg、MgO 0.5kg、Al₂O₃ 16kg、CaF₂ 68kg、CaO 2kg和MnO 2kg的粉料置于混合器內攪拌混合均勻后，加入18kg的鈉水玻璃混合造粒，再經150℃的低溫烘焙和750℃的高溫燒結、篩分即制得燒結焊劑產品。

實施例2：

將SiO₂ 7kg、MgO 1kg、Al₂O₃ 17kg、CaF₂ 69kg、CaO 2kg和MnO 1kg的工業純粉料置于混合器內攪拌混合均勻后，加入16kg的鈉水玻璃混合造粒，再經150℃的低溫烘焙、750℃的高溫燒結、篩分即制得燒結焊劑產品。

實施例3：

將SiO₂ 6kg、MgO 0.5kg、Al₂O₃ 18kg、CaF₂ 70kg、CaO 2kg和MnO 0.5kg的工業純粉料置于混合器內攪拌混合均勻后，加入17kg的鈉水玻璃混合造粒，再經150℃的低溫烘烤、750℃的高溫燒結、篩分即制得燒結焊劑產品。

將實施例1至3制備的燒結焊劑產品配合上述EQ309LMo焊帶作過渡層和上述EQ316L焊帶作耐腐層(其中，以質量百分比計，所述過渡層焊帶EQ309LMo包含以下成分：C 0.023％、Mn 2.06％、Si 0.38％、P 0.014％、S 0.003％、Cr 21.48％、Ni 13.20％、Mo 2.58％、Cu 0.072％以及余量的鐵和不可避免的雜質；所述耐腐蝕層焊帶EQ316L包含以下成分：C 0.016％、Mn 2.12％、Si 0.42％、P 0.018％、S 0.002％、Cr 18.97％、Ni 12.19％、Mo 2.62％、Cu 0.020％以及余量的鐵和不可避免的雜質)，在40mm厚的Q345E鋼板進行焊接實驗。

在45cm/min的焊接速度下，焊接工藝性能見表1，堆焊金屬的化學成分見表2，側彎、晶間腐蝕和無損檢測結果見表3。其中，焊接實驗用的堆焊母材為Q345E，以質量百分比計，其包含以下成分：C 0.14％、Mn 1.35％、Si 0.17％、Cr 0.03％、Ni0.01％、Cu 0.02％、Ti 0.002％、V 0.002％、S 0.005％、P 0.018％以及余量的Fe和不可避免的雜質。

表1焊接工藝性能

表2堆焊層熔敷金屬化學成分(％)

表3無損、晶間腐蝕、彎曲檢測情況

由表1至表3可知，實施例1-3所得燒結焊劑焊接后的各項實驗其性能均滿足石油化工、煤化工、鍋爐、核電等設備的表面耐腐蝕堆焊的技術要求。

綜上所述，本發明研發的不銹鋼高速電渣帶極堆焊用燒結焊劑適用的焊接速度可以達到45cm/min，與普通工況相比，本發明的燒結焊劑在相同時間內比普通電渣帶極堆焊的堆焊效率提高一倍，并且具有良好的焊接工藝性能和力學性能。

本發明并不局限于前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。