[發明專利]抗藥皮發紅開裂的鎳基焊條

有效

• 申請號: 202010091726.6
• 申請日: 2020-02-12
• 公開（公告）號: CN111112879B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 劉勝新;陳永;袁紅高;糾永濤;潘繼民;李國立;付雅迪;王靖博;連明洋
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;B23K35/20
• 代理公司: 鄭州芝麻知識產權代理事務所(普通合伙) 41173
• 代理人: 張海青

本發明屬于焊接材料領域，具體是抗藥皮發紅開裂的鎳基焊條，包括外周面上設有縱向貫通的V形凹槽、中心開設圓孔且圓孔內壁上設有縱向貫通的V形凹槽的鎳基焊芯、納米石墨烯涂層Ⅰ、納米石墨烯涂層Ⅱ和藥皮；鎳基焊芯的成分按質量百分比計為：鉻18％?22％，錳6.2％?8.0％，鉬2.2％?3.6％，鈮3.2％?4.5％，鐵2％?3.5％，硅0.9％?1.2％，鈦0.6％?0.8％，氧化鑭1.5％?2％，碳≤0.005％，其余為鎳。本發明焊芯受熱后體積膨脹小，散熱快，藥皮抗發紅和開裂性強，焊條的使用長度為藥皮長度的85％以上，有效提高了焊條使用效率，焊接工藝性好，是鎳基焊條方面的創新。

技術領域

本發明屬于焊接材料技術領域，具體是抗藥皮發紅開裂的鎳基焊條。

背景技術

鎳基焊條焊接所獲得的焊縫金屬在液氮超低溫尚具備非常高的焊態強度和沖擊韌性，同時對抵抗高濃度氯化物介質腐蝕具有不可替代性，在化工裝備制造及液化天然氣深冷裝備制造中獲得了廣泛的應用。目前，鎳基焊條使用過程中普遍存在工藝性差的缺點，其關鍵問題是焊條焊到后半段時藥皮易發紅開裂，發紅會使藥皮中的造氣劑提前分解，使熔池失去保護氣氛，從而易產生氣孔；同時，通過藥皮過渡的有益元素也會提前燒損，對焊縫金屬性能產生不利影響，更嚴重時會引起藥皮開裂或脫落而不得不終止焊接，造成了焊條的巨大浪費；另外，熔化速度增快，焊接工藝變差，飛濺增大，導致焊縫成形惡化、脫渣困難?？傊幤ぐl紅意味著藥皮組成中的造氣劑會過早分解，并過早發生一系列冶金化學反應，這將使熔池的保護及冶金過程受到嚴重影響。而藥皮的開裂則直接影響電弧的均勻性，藥皮脫落就完全失去了其冶金作用。在工程應用中，操作者通常不得不將一長段價格昂貴的剩余焊條過早報廢。對鎳基合金這種貴重焊材而言，無疑造成材料的極大浪費，也不符合節能降耗的國家政策。

鎳基焊條焊接時藥皮易于發紅開裂的原因是過度受熱且熱量不易散發。通常，焊條焊接時受到電弧的輻射熱和焊芯通電電阻熱的作用。電弧傳熱靠外熱傳遞，而焊芯電阻熱屬內熱，熱量極其難以耗散且直接作用于藥皮內表面。由于鎳基焊芯的電阻率比碳鋼焊芯大6倍以上，而導熱性又僅為碳鋼的1/3，且線膨脹系數大，在焊接過程中，強烈的電阻熱致使施焊時焊條端部熔化，在高電阻熱和低導熱性雙重因素作用下，焊芯溫度急劇升高，致使焊條藥皮受熱過高而發紅，鎳基焊芯的電阻率和線膨脹系數大（約是低碳鋼的6倍），焊接時產生大量的電阻熱而膨脹，當焊芯的膨脹變形量超過藥皮的變形能力時，藥皮就會開裂，從而使焊條的焊接工藝性能嚴重惡化，剩余焊條基本不能使用，造成資源浪費。

目前改變鎳基焊條藥皮發紅和開裂的措施主要有4種：①在鎳基焊芯周圍涂覆一層低電阻率的金屬材料，但效果不顯著；②改變藥皮組分及含量以增大塑性及透氣性，但效果有限；③利用碳鋼焊芯和含大量鎳顆粒的藥皮來達到抗發紅開裂且焊縫耐蝕性好的目的，但會造成熔敷金屬不均勻且易存在夾渣等缺陷；④采用藥芯焊絲作為焊芯，會造成中心導電性差，焊接電弧不穩定，且熔敷金屬化學成分不均勻。這4種方法各有優缺點，但均沒有考慮到焊接時采用減小或抑制鎳基焊芯膨脹的技術方案，也沒有考慮到將鎳基焊芯熔化時產生的電阻熱迅速散發的技術手段，所以取得的抗發紅開裂效果均不顯著。

申請號201210441799.9的中國專利（申請日2012年11月8日）公開了一種鎳鉻鉬合金系的鎳基焊條，包括焊芯和藥皮組成。該專利給出的焊芯是采用ERNiCrMo-3型，其鉻含量達21.0%-23.0%，正好達到鎳鉻合金電阻率最高的范圍，因此無法解決焊條藥皮發紅開裂的問題。

申請號201810340751.6的中國專利（申請日2018年4月17日）公開了一種抗藥皮發紅開裂鎳基合金焊條及其制備方法，采用的技術方案是用低鉻含量的焊芯，配合高堿度熔渣的弱氧化性及Ti、Si脫氧劑的脫氧效果，可保證所需的金屬Cr從藥皮中向焊縫中過渡，既保證了焊芯的低電阻率不致電阻內熱過大引起藥皮發紅開裂，又滿足了焊縫金屬中12%-17%的Cr含量。這種技術方案存在的缺點是大量Cr存在于藥皮中，而焊接時電弧是移動的，會造成部分組分無法全部熔化進入焊縫而是以顆粒的形式存在于熔渣中，失去其設計的意義，無法達到需求的效果。