[发明专利]镍基合金埋弧焊接用烧结焊剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种镍基合金埋弧焊接用烧结焊剂，属于焊接材料技术领域。所述焊剂适用于石油化工，冶金，原子能，海洋开发，航空，航天等行业镍基合金结构件的埋弧焊接。

背景技术

镍基合金（Ni≥55%）是重要的结构材料，对有害成分特别敏感并能溶解气体，焊接比较困难：一方面，液态镍能够大量溶解O₂、H₂、和CO气体，而在冷凝期溶解度急剧下降，造成气孔和氢脆，并且由于焊接时镍的氧化会形成Ni-NiO低熔点共晶体，这些低熔点共晶体于结晶时分布在晶界上，易发生脆性；另一方面，Ni与S和P有很强的化学亲和力，很易在粗大的晶界上形成低熔点共晶化合物，降低焊缝强度并导致结晶裂纹。

一般广泛采用埋弧自动焊接镍基合金中，埋弧自动焊热源集中，通过金属与熔渣的冶金反应可以使熔池金属达到精炼、脱氧和变性处理，使焊缝金属化学成分均一。由于焊剂层的静压力作用使焊缝成形改善，形成的渣壳能保护熔池免于受到空气中的氧和其他气体的侵害。采用一般常用的“150”、“431”、“430”、“433”等熔炼焊剂进行埋弧焊接镍基合金完全不适用。尽管焊缝成形良好，脱渣容易，但所得焊缝易出现气孔，裂纹等缺陷。并且采用这些焊剂所得的焊缝金属具有粗大的铸态组织，晶粒方向性很强，在晶界有较厚的低熔点共晶薄膜，导致焊缝强度、塑性下降。

烧结焊剂与熔炼焊剂相比，具有制造容易，能量消耗低，对环境污染小，焊缝化学成分易于调整等特点。与此同时，应用烧结焊剂埋弧焊方法所得到的焊缝金属合金化的效果好，其综合性能能够得到有效的保证。为此，研究开发出一种适用于镍基合金埋弧焊接用烧结焊剂，以保证焊缝金属得到精炼，具有除S、P作用，防止裂纹等缺陷的发生，便成为业内的期待。

发明内容

本发明解决的技术问题是，研制一种具有焊接过程稳定、脱氧性强、抗焊接裂纹性能强以及焊缝成形良好等优点的镍基合金埋弧焊接渣系为CaF₂- CaO- Al₂O₃的烧结焊剂，以满足制造业日益发展的需要。

本发明实现其目的的策略是：根据镍基合金焊丝的焊接特点，在保证焊接工艺性良好的条件下，尽量提高焊剂的碱度，使其具备强的脱氧能力，并有效脱除S、P，充分保证焊缝金属的机械性能。

本发明的技术方案是，以CaF₂、MgO、Al₂O₃、CaCO₃为焊剂的主要组分，通过调整熔渣的碱度、粘度、表面张力等来改善焊剂的工艺性能和焊缝金属的抗裂能力。同时增加少量的Ti和Mn，以充分排除焊缝中的氧，脱去S、P杂质元素，增加焊缝金属的机械性能。

本发明所述烧结焊剂的组分及各组分的重量百分含量是，

CaF₂ ：25～35%，MgO：10～20%，Al₂O₃ ：30～40%，CaCO₃ ：5～10%，Ti ： 3～8%，Mn：3～8%。

对本发明各种组分的限定理由如下：

CaF₂：主要用于作造渣剂、脱硫和去氢成分。CaF₂溶点较低，在高温作用下比较活泼，能与SiO₂反应生成SiF₄气体，这些气体能排除电弧区的氢气，防止氢溶解于金属中，减少产生气孔的机会。由于熔点低，对熔渣起稀释作用，会降低熔渣熔点。当焊剂中CaF₂过高时，电离所得的F^-离子极易夺取电弧中的电子，使焊接电弧的稳定性降低，从而导致堆焊层金属成形变差。为此本发明将CaF₂的含量限定在30～40%之间。

MgO：作为造渣剂。它能提高熔渣的碱度和改善熔渣覆盖和堆焊层金属成形。MgO的熔点很高，提高了溶渣的粘度，抑制了熔渣的流动性。MgO具有增大熔渣表面张力的作用。为了保证烧结焊剂有较高的熔点和碱度，为此本发明将MgO的含量限定在10～20%之间。