用于抗熔盐腐蚀镍基高温合金焊接的焊条制造技术

本发明专利技术公开了一种用于抗熔盐腐蚀镍基高温合金焊接的焊条，属于金属焊接技术领域。本发明专利技术焊条包括焊芯和药皮，所述药皮由药粉和粘结剂组成；所述药粉的组分按重量计为：30%~40%的氟化物，与氟化物重量比为1：（1.06~1.22）的碳酸盐，1%~10%的氧化钛，5%~8%的镍，1%~5%的钼，1%~5%的铬，0.1%~1%的石墨，9%~15%的锰铁与硅铁合金，1%~5%的硅酸盐。相比现有技术，本发明专利技术可满足熔盐堆所使用抗熔盐腐蚀镍基高温合金结构材料的各项焊接性能要求。金结构材料的各项焊接性能要求。金结构材料的各项焊接性能要求。

【技术实现步骤摘要】
用于抗熔盐腐蚀镍基高温合金焊接的焊条


[0001]本专利技术涉及一种焊条，尤其涉及一种用于抗熔盐腐蚀镍基高温合金焊接的焊条，属于金属焊接


技术介绍

[0002]熔盐堆作为第四代核能系统先进堆型之一，其具有灵活的燃料循环特性，固有安全性高，不需要靠近水源，可实现在线不停堆换料以及防止核扩散等优势，是目前最具发展潜力的第四代核反应堆。中国科学院2010年国家战略先导专项项目，全力研制钍基熔盐堆系统，熔盐堆选用液态熔融盐作为冷却剂，运行温度在650℃～700℃，因此，熔盐堆用结构材料需同时满足耐高温、耐辐照、耐熔盐腐蚀。针对熔盐堆用结构材料需求，多国均开发了相应的合金材料，此种合金材料的特点是具有较高Mo含量(通常为15％
‑
18％)，属于固溶强化高温耐蚀 Ni
‑
Mo
‑
Cr合金，例如美国橡树岭国家实验室开发的熔盐堆用合金是Hastelloy N 合金，ASME牌号为UNS N10003合金；我国研发的熔盐堆用高温镍基合金牌号为GH3535。这一系列镍基合金统称为抗熔盐腐蚀镍基高温合金。
[0003]熔盐堆设备的制造离不开焊接技术，焊接接头往往是核电站关键高温部件的薄弱环节，焊接接头的组织和性能关系着熔盐堆的安全性和可靠性运行。目前， GH3535作为我国熔盐堆的主要结构材料，相对应的焊丝牌号是ASME SFA 5.14 ERNiMo
‑
2。焊丝焊接主要采用手工钨极氩弧焊和氩弧钨极自动焊。在手工氩弧焊焊接中熔深浅，合金熔池流动性差，极易出现未熔合缺陷，焊缝返工影响了产品制造周期。而焊条作为手工电弧焊填充材料，其焊接效率比氩弧焊高，且操作灵活性强，适用于抗熔盐腐蚀高温镍基合金大口径、厚壁或复杂结构部件的焊接。
[0004]为了确保焊接结构高温稳定性、耐熔盐腐蚀性，抗熔盐腐蚀镍基合金焊接所用焊接材料的主要组织元素必须和母材保持一致。然而，焊条焊接过程中需要考虑药皮燃烧产生的氧化物、气体等对焊缝熔池氧化还原反应的影响，焊渣等对焊缝的保护性及脱渣性。药皮渣系碱度偏低会增加焊缝中S、P杂质含量；过高则会导致焊缝还原性增加，容易产生气孔，且操作性变差，脱渣困难。目前，国内外尚未出现匹配的焊条用于熔盐堆结构材料焊接。而现有的高温镍基合金焊条，无法满足抗熔盐腐蚀镍基高温合金的焊接性能要求。例如中国专利 CN113579561A所公布的“一种700℃级超超临界电站用镍基高温合金焊条”，其所使用的焊芯组元主要元素是Ni，其次是Cr(20％～22％)和Co(2.0％～2.5％)，Mo 含量仅有0.6％～0.9％，含量非常少。而抗熔盐腐蚀镍基高温合金Ni含量≥70％， Mo含量15％
‑
18％，Cr(6％～8％)含量较低。两者在成分和特性上有明显的差异。同时CN113579561A所公开焊条的药皮成分中碳酸钙/氟化钙比值为1，熔池粘度偏高，在焊接过程中不利于镍基合金焊接熔池的流动，也不利于有害气体溢出。因此，该焊条无法使用。
[0005]综上可知，熔盐堆焊接技术的发展迫切需要一种用于抗熔盐腐蚀镍基高温合金焊接的焊条，在此类高温合金焊芯中的合金元素成分含量多，熔池粘度高，流动性差，焊接冶金氧化还原反应过程复杂，存在合金元素烧损，因此，焊条药皮 (成分)的设计既要保证焊
接工艺性，也要考虑焊缝使用性，确保焊芯向熔池稳定过渡以及对熔池的有效保护。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种用于抗熔盐腐蚀镍基高温合金焊接的焊条，可满足熔盐堆所使用抗熔盐腐蚀镍基高温合金结构材料的各项焊接性能要求。
[0007]本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0008]一种用于抗熔盐腐蚀镍基高温合金焊接的焊条，包括焊芯和药皮，所述药皮由药粉和粘结剂组成；所述药粉的组分按重量计为：30％～40％的氟化物，与氟化物重量比为1：(1.06～1.22)的碳酸盐，1％～10％的氧化钛，5％～8％的镍，1％～5％的钼，1％～5％的铬，0.1％～1％的石墨，9％～15％的锰铁与硅铁合金，1％～5％的硅酸盐。
[0009]优选地，焊芯与药粉的重量比值为6.8：3.2。
[0010]优选地，所述粘结剂各组分占药粉重量的百分比为：海藻酸钙0.1％～2％，海藻酸钾0.1％～1.5％，海藻酸钠0.1％～1.5％，钾钠水玻璃25％～30％。
[0011]优选地，所述氟化物为以下氟化物材料中的一种或者两种及两种以上的混合：萤石、氟化钡、氟化钠、氟化钾。
[0012]优选地，所述碳酸盐为以下碳酸盐材料中的一种或者两种及两种以上的混合：大理石、白云石、碳酸钡、碳酸钠、碳酸钾。
[0013]优选地，所述硅酸盐为石英砂或/和长石。
[0014]进一步地，所述药粉在制备过程中，其中的氟化物经过温度为500～550℃，保温时间为1～1.5h的高温预处理。
[0015]进一步优选地，所述用于抗熔盐腐蚀镍基高温合金焊接的焊条的制备工艺具体如下：
[0016]1)预处理：将氟化物进行所述高温预处理；
[0017]2)干混：其中，碳酸盐颗粒度40目100％通过，氟化物颗粒度40目100％通过，氧化钛颗粒度40目100％通过，硅酸盐颗粒度40目100％通过，镍粉颗粒度80 目100％通过，钼粉颗粒度120目100％通过，金属铬40目100％通过，锰铁与硅铁合金颗粒度40目100％通过，石墨颗粒度300目通过90％，将上述各粉料按比例配置后搅拌均匀；
[0018]3)湿混：将干混后的混合粉按比例逐步加入粘结剂，并不断搅拌直至均匀；
[0019]4)压涂：把湿拌好的药粉均匀的涂覆在焊芯上；
[0020]5)烘焙：将压涂好的湿焊条烘干处理，烘干温度380～400℃，保温时间2～2.5h。
[0021]优选地，所述焊芯的质量百分比组分为：Cr 6％～8％，Fe 3％～4.5％，C0.04％～0.08％，Si 0.3％～0.5％，Mo 15％～18％，Co≤0.2％，Mn≤0.8％，W≤0.25％，V≤0.2％， Al+Ti≤0.35％，Cu≤0.1％，B≤0.002，余量为Ni。
[0022]相比现有技术，本专利技术及其优选及改进技术方案具有以下有益效果：
[0023]本专利技术焊条的药皮配方采用了独特的氟化物
‑
碳酸盐
‑
氧化钛的碱性渣系，药皮中的氟化物稀释了焊接熔池，提高了镍基合金焊接熔池的流动性，有利于有害气体溢出，同时氟离子与氢结合，降低了熔池中的扩散氢含量，防止了氢气孔的产生；由于镍基高温合金中合金元素成分较多，熔池流动性差，为了保持熔池合理的粘稠度，本专利技术进一步优化了氟化
物：碳酸盐的质量百分比比值为 (1.06～1.22)：1；本专利技术药粉中加入了氧化钛，提高了液态熔池的表面张力，改善了药皮的难脱渣特性；本专利技术药粉中加入了石墨，很好的细化了过渡熔滴，减小了飞溅，同时石墨在合金组织中弥散本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于抗熔盐腐蚀镍基高温合金焊接的焊条，包括焊芯和药皮，所述药皮由药粉和粘结剂组成；其特征在于，所述药粉的组分按重量计为： 30%~40%的氟化物，与氟化物重量比为1：（1.06~1.22）的碳酸盐，1%~10%的氧化钛，5%~8%的镍，1%~5%的钼，1%~5%的铬， 0.1%~1%的石墨，9%~15%的锰铁与硅铁合金，1%~5%的硅酸盐。2.如权利要求1所述用于抗熔盐腐蚀镍基高温合金焊接的焊条，其特征在于，焊芯与药粉的重量比值为6.8：3.2。3.如权利要求1所述用于抗熔盐腐蚀镍基高温合金焊接的焊条，其特征在于，所述粘结剂各组分占药粉重量的百分比为：海藻酸钙0.1%~2%，海藻酸钾0.1%~1.5%，海藻酸钠0.1%~1.5%，钾钠水玻璃25%~30%。4.如权利要求1所述用于抗熔盐腐蚀镍基高温合金焊接的焊条，其特征在于，所述氟化物为以下氟化物材料中的一种或者两种及两种以上的混合：萤石、氟化钡、氟化钠、氟化钾。5.如权利要求1所述用于抗熔盐腐蚀镍基高温合金焊接的焊条，其特征在于，所述碳酸盐为以下碳酸盐材料中的一种或者两种及两种以上的混合：大理石、白云石、碳酸钡、碳酸钠、碳酸钾。6.如权利要求1所述用于抗熔盐腐蚀镍基高温合金焊接的焊条，其特征在于，所述硅酸盐为石英砂或/和长石。7.如权利要求1所述用于抗熔盐腐蚀镍基高温合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志军，陈振刚，袁晓丹，何斌，黎超文，姚衡，蒋力，
申请(专利权)人：上海焊接器材有限公司，
类型：发明
国别省市：