用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條及其生產方法與流程

2023-07-19 11:59:41 1

本發明屬於焊接材料技術領域，更具體地講，涉及一種滿足ASME標準中ENiCrFe-1要求的用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條及其生產方法。

背景技術：

風動系統是以壓縮空氣為動力的系統及工具的統稱，其通過壓縮空氣使活塞等機件產生不同的運動來進行工作。作直線往復運動並產生衝擊力的有風鎬﹑風動鑿巖機﹑鉚釘機等；產生壓力的有壓力機﹑千斤頂﹑升降機等；產生旋轉運動的有風鑽﹑風動砂輪機等。風動系統和設備工作和使用環境複雜，這就要求其製造及焊接、修復材料在高溫下有較高的強度、耐磨性以及具有一定的抗氧化腐蝕能力等綜合性能。

由於鎳基焊條的熔敷金屬以鎳為基礎並含有其他合金元素，且在一些介質中具有很好的耐腐蝕性，所以常常用來焊接和修復風動系統設備。

由於國內軍工風動系統設備製造企業在ASME標準中ENiCrFe-1的基礎上對焊材熔敷金屬性能提出了較高的要求，普通的ENiCrFe-1難以滿足要求，所以有必要研製一種焊條熔敷金屬力學性能優良且滿足軍工風動系統設備製造要求的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條。

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焊條熔敷金屬力學性能優良且滿足軍工風動系統設備製造要求的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條及其生產方法。

本發明的一方面提供了用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條，包括鎳鉻鐵合金焊芯和裹覆於焊芯表面的藥皮，以重量份計，所述藥皮包括以下組分：金紅石粉5.5～9.5份、冰晶石粉4～7.5份、大理石粉5～9份、鈦鐵礦粉0.5～1.5份、碳酸鋇0.8～2份、海藻酸鈉0.1～0.3份、純鹼0.1～0.2份、電解錳1～2份、鈮鐵粉1.5～2.5份；其中，所述藥皮的重量為鎳鉻鐵合金焊芯重量的25～35wt％。

根據本發明用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條的一個實施例，以質量百分比計，所述金紅石中的TiO2含量≥91wt％；所述冰晶石中的F含量≥54wt％、Al含量≥15wt％、Na含量≤29wt％；所述大理石中的CaCO3含量≥96wt％；所述鈦鐵礦中的FeO含量與Fe2O3的含量之和≥45wt％、TiO2含量≥46wt％；所述碳酸鋇中的BaCO3含量≥98.5wt％；所述海藻酸鈉中的灰分含量為20～30wt％、Na2O含量為9.5～13.0wt％；所述純鹼中的Na2CO3含量≥98.5wt％；所述電解錳中的Mn含量≥99.5wt％；所述鈮鐵粉中的Nb含量≥50wt％、Si含量≤2.5wt％、Al含量≤2.0wt％、FeO含量為20～30wt％。

根據本發明用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條的一個實施例，以重量份計，所述藥皮包括以下組分：金紅石粉6份、冰晶石粉4.5份、大理石粉7份、鈦鐵礦粉1.5份、碳酸鋇1.8份、海藻酸鈉0.2份、純鹼0.2份、電解錳2份、鈮鐵粉2.5份。

根據本發明用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條的一個實施例，以重量份計，所述藥皮包括以下組分：金紅石粉9.5份、冰晶石粉7.5份、大理石粉5份、鈦鐵礦粉1份、碳酸鋇0.8份、海藻酸鈉0.2份、純鹼0.1份、電解錳1份、鈮鐵粉1.5份。

根據本發明用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條的一個實施例，以重量份計，所述藥皮包括以下組分：金紅石粉5.5份、冰晶石粉4份、大理石粉9份、鈦鐵礦粉0.5份、碳酸鋇2份、海藻酸鈉0.3份、純鹼0.2份、電解錳2份、鈮鐵粉2.5份。

根據本發明用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條的一個實施例，以質量百分比計，所述鎳鉻鐵合金焊芯包括以下成分：C≤0.04wt％、Mn 2.5～4.0wt％、Si≤0.20wt％、Cr 15.0～18.0wt％、Fe 2.0～5.0wt％、Ti 0.4～1.0wt％、Co≤0.05wt％、Nb 1.5～2.5wt％、Cu≤0.03wt％、S≤0.010wt％、P≤0.025wt％以及餘量的Ni和不可避免的雜質。

根據本發明用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條的一個實施例，所述藥皮中還包括粘結劑，所述粘結劑的重量為藥皮重量的20～28wt％；所述粘結劑是波美濃度為41°～43°的鈉水玻璃、鉀水玻璃或鉀鈉水玻璃。

根據本發明用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條的一個實施例，以質量百分比計，所述鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條的焊接熔敷金屬包含以下成分：C≤0.08wt％、Mn≤3.5wt％、Si≤0.8wt％、S≤0.015wt％、P≤0.020wt％、Cr 13.0～17.0wt％、Fe≤11.0wt％、Cu≤0.5wt％、Nb+Ta 0.5～4.0wt％、Ni≥69wt％以及餘量的雜質；所述焊接熔敷金屬在常溫下的抗拉強度Rm≥550Mpa、屈服強度Rp0.2≥410Mpa、延伸率A≥30％。

本發明的另一方面提供了上述用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條的生產方法，將所述藥皮的各組分粉料按配比混合均勻，再加入重量為藥皮重量的20～28％的粘結劑並繼續混合均勻，隨後送入壓條機將所得藥皮裹覆在鎳鉻鐵合金焊芯上，最後經低溫烘焙和高溫烘焙製得所述用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條。

根據本發明用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條的生產方法的一個實施例，所述低溫烘焙的溫度為80～100℃，所述高溫烘焙的溫度為330～380℃。

本發明製得的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條焊接熔敷金屬的化學成分分析、射線檢測、拉伸試驗均滿足軍工的特殊要求，焊接熔敷金屬在焊態下、常溫條件下的抗拉強度(Rm)、屈服強度(Rp0.2)、延伸率(A)優良，符合ASME標準中ENiCrFe-1要求；焊接時藥皮不易發紅開裂，焊條剩餘部分短，脫渣容易，具有較好的焊接工藝性。並且，該鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條特別適用於焊接耐熱、耐高溫腐蝕、高溫持久強度要求較高的軍工風動系統設備以及航天、石油化工、食品加工設備等領域使用的Inconel 600對接及其與不鏽鋼類異種材料的焊接。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特徵和/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徵，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。

下面先對本發明用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條進行詳細的說明。

根據本發明的示例性實施例，所述用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條包括鎳鉻鐵合金焊芯和裹覆於焊芯表面的藥皮。其中，本發明中採用的鎳鉻鐵合金焊芯可以為現有鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條所使用的焊芯，優選地，以質量百分比計，所述鎳鉻鐵合金焊芯包括以下成分：C≤0.04wt％、Mn 2.5～4.0wt％、Si≤0.20wt％、Cr 15.0～18.0wt％、Fe 2.0～5.0wt％、Ti 0.4～1.0wt％、Co≤0.05wt％、Nb 1.5～2.5wt％、Cu≤0.03wt％、S≤0.010wt％、P≤0.025wt％以及餘量的Ni和不可避免的雜質。

並且，以重量份計，所述藥皮包括以下組分：金紅石粉5.5～9.5份、冰晶石粉4～7.5份、大理石粉5～9份、鈦鐵礦粉0.5～1.5份、碳酸鋇0.8～2份、海藻酸鈉0.1～0.3份、純鹼0.1～0.2份、電解錳1～2份、鈮鐵粉1.5～2.5份；其中，藥皮的重量為鎳鉻鐵合金焊芯重量的25～35wt％。上述組分與配比的藥皮能夠與鎳鉻鐵合金焊芯配合形成力學性能優良且滿足軍工風動系統設備製造要求的焊接熔敷金屬。

具體地，藥皮中金紅石粉的作用主要是穩定電弧並造渣，能夠調節熔渣的熔點、粘度、表面張力和流動性，改善焊縫成形、減小飛濺。在本發明中加入的金紅石粉對焊縫成形、電弧穩定性起關鍵作用。冰晶石粉的主要作用是造渣並調整熔渣的物理性能，還能除氫並改善焊條的工藝性能。大理石粉能夠在電弧熱的作用下分解成CaO和CO2，是焊條製造中常用的造渣、造氣材料，能夠提高熔渣的鹼度，穩定電弧並細化熔滴，增大熔渣與金屬界面張力，改善脫渣並有較好的脫硫能力。鈦鐵礦粉的主要作用是造渣，促使熔滴呈霧狀過渡，提高焊接速度，有利於焊縫脫渣和改善焊縫成型，可以部分代替金紅石並降低焊條成本。碳酸鋇的主要作用是造渣、造氣、穩定電弧，調整熔渣物理性能，改善脫渣性和壓塗性能。海藻酸鈉加入能夠增加焊條的壓塗性。純鹼能夠在焊條的壓塗過程中作為潤滑劑。電解錳的加入可起到脫硫、脫氧的作用，還可以向焊縫過渡(滲入)錳元素、提高焊縫強度。鈮鐵粉作為合金劑能夠向焊縫過渡(滲入)鈮元素，提高焊縫金屬的強度、塑性及耐熱耐腐蝕的能力。

為了保證焊條的焊接性能滿足要求且更優，藥皮中各組分需滿足如下要求：以質量百分比計，金紅石中的TiO2含量≥91wt％；冰晶石中的F含量≥54wt％、Al含量≥15wt％、Na含量≤29wt％；大理石中的CaCO3含量≥96wt％；鈦鐵礦中的FeO含量與Fe2O3的含量之和≥45wt％、TiO2含量≥46wt％；碳酸鋇中的BaCO3含量≥98.5wt％；海藻酸鈉中的灰分含量為20～30wt％、Na2O含量為9.5～13.0wt％；純鹼中的Na2CO3含量≥98.5wt％；電解錳中的Mn含量≥99.5wt％；鈮鐵粉中的Nb含量≥50wt％、Si含量≤2.5wt％、Al含量≤2.0wt％、FeO含量為20～30wt％。

更優選地，本發明採用的藥皮各組分為：含TiO2 94.6wt％的金紅石粉、含F 55wt％的冰晶石粉、含CaCO3 98.50wt％的大理石粉、含FeO+Fe2O3 48.6wt％、TiO2 46.78wt％的鈦鐵礦粉、含BaCO3 99.3wt％的碳酸鋇、含Na2O 12.67wt％的海藻酸鈉、含Na2CO3 99.1wt％的純鹼、含Mn 99.94wt％的電解錳、含Nb 55.48wt％的鈮鐵粉，但本發明不限於此。

根據本發明的一個實施例，以重量份計，所述藥皮包括以下組分：金紅石粉6份、冰晶石粉4.5份、大理石粉7份、鈦鐵礦粉1.5份、碳酸鋇1.8份、海藻酸鈉0.2份、純鹼0.2份、電解錳2份、鈮鐵粉2.5份。

根據本發明的另一個實施例，以重量份計，所述藥皮包括以下組分：金紅石粉9.5份、冰晶石粉7.5份、大理石粉5份、鈦鐵礦粉1份、碳酸鋇0.8份、海藻酸鈉0.2份、純鹼0.1份、電解錳1份、鈮鐵粉1.5份。

根據本發明的又一個實施例，以重量份計，所述藥皮包括以下組分：金紅石粉5.5份、冰晶石粉4份、大理石粉9份、鈦鐵礦粉0.5份、碳酸鋇2份、海藻酸鈉0.3份、純鹼0.2份、電解錳2份、鈮鐵粉2.5份。

此外，為了粘合藥皮的各組分粉料，藥皮中還包括粘結劑，並且粘結劑的重量為藥皮重量的20～28wt％。優選地，粘結劑是波美濃度為41°～43°的鈉水玻璃、鉀水玻璃或鉀鈉水玻璃。

本發明保護的電焊條焊接熔敷金屬化學成分分析、射線檢測、拉伸試驗均滿足軍工的特殊要求，焊接熔敷金屬在焊態下、常溫條件下的抗拉強度(Rm)、屈服強度(Rp0.2)、延伸率(A)優良，符合ASME標準中ENiCrFe-1要求。具體地，以質量百分比計，鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條的焊接熔敷金屬包含以下成分：C≤0.08wt％、Mn≤3.5wt％、Si≤0.8wt％、S≤0.015wt％、P≤0.020wt％、Cr 13.0～17.0wt％、Fe≤11.0wt％、Cu≤0.5wt％、Nb+Ta 0.5～4.0wt％、Ni≥69wt％以及餘量的雜質；所述焊接熔敷金屬在常溫下的抗拉強度Rm≥550Mpa、屈服強度Rp0.2≥410Mpa、延伸率A≥30％。

接下來對上述用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條的生產方法進行具體描述。

根據本發明的示例性實施例，其生產方法具體為：將藥皮的各組分粉料按配比混合均勻，再加入重量為藥皮重量的20～28％的粘結劑並繼續混合均勻，隨後送入壓條機將所得藥皮裹覆在鎳鉻鐵合金焊芯上，最後經低溫烘焙和高溫烘焙製得所述用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條。

其中，粘結劑優選為波美濃度為41°～43°的鉀鈉水玻璃；低溫烘焙的溫度為80～100℃，高溫烘焙的溫度為330～380℃。

應理解，本發明詳述的上述實施方式及以下實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，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於本發明的保護範圍。

下面結合具體實施例對本發明用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條及其生產方法作進一步說明。

實施例1：

取鎳鉻鐵合金焊芯100kg且其成分(wt％)包括：C 0.020％、S 0.0018％、P 0.005％、Si 0.07％、Mn 3.15％、Cr 16.49％、Fe 2.58％、Cu 0.0046％、Ti 0.54％、Co 0.017％、Nb 1.66％以及餘量的Ni和不可避免的雜質。

取藥皮25.7公斤且藥皮中各組分的重量配比如下：含TiO2 94.6wt％的金紅石粉6kg；含F55wt％的冰晶石粉4.5kg；含CaCO3 98.50wt％的大理石粉7kg；含FeO+Fe2O348.6wt％、TiO2 46.78wt％的鈦鐵礦粉1.5kg；含BaCO3 99.3wt％的碳酸鋇1.8kg；含Na2O 12.67wt％的海藻酸鈉0.2kg；含Na2CO3 99.1wt％的純鹼0.2kg；含Mn 99.94wt％的電解錳2kg；含Nb 55.48wt％的鈮鐵粉2.5kg。

將藥皮的上述粉料按照配比混合均勻後，加入波美濃度為41°～43°的鉀鈉水玻璃6.3kg混合均勻，然後送入壓條機內將其包裹在於鎳鉻鐵合金焊芯上，再經100℃的低溫烘焙3小時、360℃的高溫烘焙1小時，即得1#鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條。

將所得的1#鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條進行焊接實驗，電弧穩定、飛濺小，脫渣性良好，全位置焊接性能優良，焊縫成型美觀，焊道高度適中；其熔敷金屬成分(wt％)包括：C 0.049％、Mn 2.85％、Si 0.39％、S 0.009％、P 0.0053％、Cr 15.97％、Fe 8.28％、Cu 0.022％、Nb+Ta 2.12％、Ni 69.91％以及餘量的雜質；熔敷金屬在常溫下的力學性能：Rm為648Mpa、Rp0.2為416Mpa、A為40.5％；X射線檢測合格。

實施例2：

本實施例除藥皮中各組分的重量不同外，其餘均與實施例1相同。

本實施例中，取藥皮26.6公斤且藥皮中各組分的重量配比如下：含TiO2 94.6wt％的金紅石粉9.5kg；含F 55wt％的冰晶石粉7.5kg；含CaCO3 98.50wt％的大理石粉5kg；含FeO+Fe2O3 48.6wt％、TiO2 46.78wt％的鈦鐵礦粉1kg；含BaCO3 99.3wt％的碳酸鋇0.8kg；含Na2O 12.67wt％的海藻酸鈉0.2kg；含Na2CO3 99.1wt％的純鹼0.1kg；含Mn 99.94wt％的電解錳1kg；含Nb 55.48wt％的鈮鐵粉1.5kg。並且最終製得2#鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條。

將所得的2#鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條進行焊接實驗，其熔敷金屬成分(wt％)包括：C 0.044％、Mn 3.0％、Si 0.42％、S 0.0084％、P 0.0044％、Cr 15.91％、Fe 8.16％、Cu 0.023％、Nb+Ta 1.99％、Ni 69.97％以及餘量的雜質；熔敷金屬在常溫下的力學性能：Rm為658Mpa、Rp0.2為435Mpa、A為40.5％；X射線檢測合格。

實施例3：

本實施例除藥皮中各成分重量不同外，其餘與實施例1均相同。

本實施例中，取藥皮26公斤且藥皮中各組分的重量配比如下：含TiO294.6wt％的金紅石粉5.5kg；含F 55wt％的冰晶石粉4kg；含CaCO3 98.50wt％的大理石粉9kg；含FeO+Fe2O3 48.6wt％、TiO2 46.78wt％的鈦鐵礦粉0.5kg；含BaCO3 99.3wt％的碳酸鋇2kg；含Na2O 12.67wt％的海藻酸鈉0.3kg；含Na2CO3 99.1wt％的純鹼0.2kg；含Mn 99.94wt％的電解錳2kg；含Nb 55.48wt％的鈮鐵粉2.5kg。並且最終製得3#鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條。

將所得的3#鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條進行焊接實驗，其熔敷金屬成分(wt％)包括：C 0.048％、Mn 3.05％、Si 0.32％、S 0.0099％、P 0.0046％、Cr 15.99％、Fe 6.4％、Cu 0.021％、Nb+Ta 2.07％、Ni 70.67％以及餘量的雜質；熔敷金屬在常溫下的力學性能：Rm為647Mpa、Rp0.2為418Mpa、A為43％；X射線檢測合格。

綜上所述，本發明用於軍工風動系統的鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條的焊接熔敷金屬力學性能優良，滿足軍工風動系統設備製造要求，其中，熔敷金屬成分中Ni≥69wt％；室溫Rm≥550Mpa、Rp0.2≥410Mpa、A≥30.0％。此外，該鎳鉻鐵合金鋼鎳基焊條特別適用於焊接耐熱、耐高溫腐蝕、高溫持久強度要求較高的軍工風動系統設備以及航天、石油化工、食品加工設備等領域使用的Inconel 600對接及其與不鏽鋼類異種材料的焊接。

本發明並不局限於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徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。