本發(fā)明屬焊接材料領(lǐng)域，具體涉及一種高韌性不銹鋼焊條藥皮、焊條及其制備方法，該焊條可用于316l不銹鋼的焊接，廣泛用于核電不銹鋼主管道的焊接，核電行業(yè)現(xiàn)場安裝。
背景技術(shù)：
：由于核電主管道是核島內(nèi)連接反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器以及反應(yīng)堆冷卻劑泵的厚壁鋼管，在壓水堆核電站的核島中，主管道是核島內(nèi)七大關(guān)鍵設(shè)備之一。目前,我國企業(yè)已經(jīng)掌握了主管道不銹鋼大厚壁管的關(guān)鍵制造技術(shù)，形成了穩(wěn)定的制造工藝和質(zhì)量控制要求。目前，核電主管道用e316l不銹鋼焊條按照藥皮類型大致分為：堿性藥皮、鈦鈣型和鈦酸型；其中，堿性藥皮焊條力學(xué)性能優(yōu)異但工藝性能較差，飛濺大，電弧不穩(wěn)定；鈦酸型藥皮焊條焊接工藝優(yōu)異，飛濺小，電弧穩(wěn)定但是氣孔敏感性高。目前國內(nèi)部分單位開始研發(fā)鈦鈣型e316l不銹鋼焊條。使用該焊條在焊后熔敷金屬的化學(xué)成分和力學(xué)性能基本上能夠滿足設(shè)計要求，但是在使用過程中經(jīng)過輻照會導(dǎo)致焊縫金屬的韌性顯著下降。中國公開專利號cn1958213b“新渣系不銹鋼焊條”和cn101386114ba“一種低磁導(dǎo)率不銹鋼焊條及其制備方法”所公開的藥皮組成中tio2(金紅石，鈦白粉)和硅酸鹽(鉀長石，云母)占據(jù)主體，藥皮類型為鈦酸型；中國公開專利號cn103692104a“一種堿性不銹鋼焊條及其制備方法”所公開的藥皮組成中堿性化合物(大理石，螢石)占據(jù)主體，藥皮類型為堿性藥皮；中國公開專利號cn103706963b“一種用于三代核電主管道的不銹鋼焊條及其生產(chǎn)方法”所公開的藥皮組成中堿性氧化物(氧化鈣，氟化鈣)占據(jù)主體，也屬于堿性藥皮。目前的核電主管道用e316l不銹鋼焊條藥皮類型多為堿性型和鈦酸型，塑韌性和焊接工藝性很難同時兼顧。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種高韌性不銹鋼焊條藥皮、焊條及其制備方法，該焊條屬鈦鈣型藥皮的核電主管道用e316l不銹鋼焊條，以tio2和鈣鹽為主體，使焊接工藝性，熔敷金屬的力學(xué)性能和耐蝕能力同時達(dá)到較高的水平。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種高韌性不銹鋼焊條藥皮，按質(zhì)量百分比包括如下原料：金紅石：25～30％，大理石：16～20％，鉀長石：11～15％，鈦白粉：2～5％，氧化鋁：1～2％，冰晶石：1～3％，合成云母：1～5％，氧化鉻綠：1～3％，金屬粉：20～25％，螢石：5～10％，純堿：1～3％，氮化鉻：1-3％。在上述高韌性不銹鋼焊條藥皮中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述原料中，礦物粉(上述原料中除金屬粉以外統(tǒng)稱為礦物粉)的粒度≤160目，所述金屬粉的粒度≤60目。選擇上述粒度范圍內(nèi)的原料不僅可以改善焊條的壓涂性，同時可以提高電弧穩(wěn)定性。在上述高韌性不銹鋼焊條藥皮中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述藥皮還包括鉀型水玻璃；優(yōu)選地，所述鉀型水玻璃的用量為所述藥皮中除鉀型水玻璃外的全部原料的25wt％～30wt％，更優(yōu)選為25wt％～28wt％；所述鉀型水玻璃優(yōu)選婆美度為43°的鉀型水玻璃。在上述高韌性不銹鋼焊條藥皮中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述金紅石的質(zhì)量百分比為25～28％。在上述高韌性不銹鋼焊條藥皮中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述大理石的質(zhì)量百分比為17～20％。在上述高韌性不銹鋼焊條藥皮中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述鉀長石的質(zhì)量百分比為13～15％。在上述高韌性不銹鋼焊條藥皮中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述金屬粉的質(zhì)量百分比為20～23％；優(yōu)選地，所述金屬粉為鉻鐵粉、鉬鐵粉和鎳粉的混合物；更優(yōu)選地，所述鉻鐵粉、鉬鐵粉和鎳粉的質(zhì)量比為4:3:3所述鉻鐵粉的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為：鉻≥60.0％，硅≤1.0％，硫≤0.025％，磷≤0.03％，碳≤0.03％，其余為鐵(符合gb5683-2008的fecr69c0.03型)；所述鎳粉的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為：鎳≥99.8％，硫≤0.01％，磷≤0.01％，碳≤0.02％(符合gb5247-1985的fnd-1型)；所述鉬鐵粉的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為：鉬≥60.0％，硅≤1.0％，硫≤0.08％，磷≤0.04％，碳≤0.10％，銅≤0.50％，其余為鐵(符合gb3649-2008的femo55-a型)。在上述高韌性不銹鋼焊條藥皮中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述鈦白粉的質(zhì)量百分比為2～3％。在上述高韌性不銹鋼焊條藥皮中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述氧化鋁的質(zhì)量百分比為1.25～1.85％。在上述高韌性不銹鋼焊條藥皮中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述冰晶石的質(zhì)量百分比為2～3％。在上述高韌性不銹鋼焊條藥皮中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述合成云母的質(zhì)量百分比為3～4％。在上述高韌性不銹鋼焊條藥皮中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述氧化鉻綠的質(zhì)量百分比為1～2％。在上述高韌性不銹鋼焊條藥皮中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述螢石的質(zhì)量百分比為7～9％。在上述高韌性不銹鋼焊條藥皮中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述純堿的質(zhì)量百分比為2％。在上述高韌性不銹鋼焊條藥皮中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述氮化鉻的質(zhì)量百分比為2％。以下詳述上述高韌性不銹鋼焊條藥皮原料用量的理由：金紅石主要作用為造渣，使電弧穩(wěn)定，熔滴過渡方式為噴射過渡，焊縫成形美觀，脫渣性好。過量使用會降低焊縫的機(jī)械性能。本發(fā)明中金紅石含量為25～30％；更優(yōu)選25～28％。大理石主要作用為造氣。大理石主要成分為caco3，在高溫時發(fā)生分解生成co2，保護(hù)焊縫不被氧化。含量過低，對焊縫保護(hù)不充分，會使焊縫含氧量增加降低焊縫機(jī)械性能和耐腐蝕性能。如果含量過高，造氣量過大使渣的黏度過大，使焊縫內(nèi)出現(xiàn)氣孔，同時電弧穩(wěn)定性降低，飛濺增加。本發(fā)明中大理石含量控制在16～20％；更優(yōu)選17～20％。鉀長石主要作用是穩(wěn)弧，鉀的電離電位很低，適量的鉀長石可以穩(wěn)弧，改善脫渣性。鉀長石是酸性鹽，能控制渣的堿度，保證焊接工藝。如果含量過低，不利于電弧的穩(wěn)定和脫渣性；如果含量過高，使焊縫金屬容易產(chǎn)生氣孔；因此本發(fā)明中鉀長石含量控制在11～15％；更優(yōu)選13～15％。螢石主要成分是caf2，螢石是強(qiáng)稀釋劑，能夠降低液態(tài)金屬的表面張力，使焊縫中的氣體易于逸出，同時能夠脫氫和脫硫。含量過低，焊縫中容易出現(xiàn)氣孔。含量過高，破壞電弧的穩(wěn)定性，使焊接工藝變差。本發(fā)明中螢石的含量為5～10％，更優(yōu)選7～9％。冰晶石主要成分是na3alf6，其主要的作用是改善熔渣的流動性，含量為1～3％，優(yōu)選為2～3％。合成云母和氧化鉻綠主要作用分別改善壓涂性和提高焊縫的強(qiáng)度，使電焊條能承受350℃的烘烤，其含量為合成云母：1～5％，氧化鉻綠：1～3％。優(yōu)選含量為合成云母：3～4％，氧化鉻綠：1～2％。合成云母和氧化鉻綠用量過高會出現(xiàn)脫渣、爆渣等，而二者用量過低時壓涂性能差。純堿的主要作用是改善壓涂性能，含量為1～3％，優(yōu)選為2％。氮化鉻的加入是為了向焊縫中過渡n元素，含量為1～3％，優(yōu)選為2％。鈦白粉的主要作用是造渣劑和穩(wěn)弧劑，含量過高則使藥粉過于細(xì)小不利于壓涂，過低則達(dá)不到穩(wěn)弧的效果，因此本發(fā)明中鈦白粉含量控制在2～5％，優(yōu)選含量為2～3％。氧化鋁的主要作用是造渣的作用，含量過高則易形成焊縫夾渣，過低則影響渣殼成型，因此本發(fā)明中氧化鋁含量控制在1～2％，優(yōu)選含量為1.25～1.85％。本發(fā)明中的金屬粉為鉻鐵、鉬鐵和鎳粉。主要作用是補(bǔ)充焊接過程中的鉻、鉬和鎳的元素?zé)龘p，保證焊縫金屬中鐵素體和奧氏體的比例達(dá)到合理的水平。金屬粉含量控制在20～25％，優(yōu)選為20～23％。在上述高韌性不銹鋼焊條藥皮中，作為一種優(yōu)選實施方式，按質(zhì)量百分比包括如下原料：金紅石：25～28％，大理石：17～20％，鉀長石：13～15％，鈦白粉：2～3％，氧化鋁：1.25～1.85％，冰晶石：2～3％，合成云母：3～4％，氧化鉻綠：1～2％，金屬粉：20～22％，螢石：7～9％，純堿：1～2％，氮化鉻：1～2％。一種高韌性不銹鋼焊條，包括：焊芯和設(shè)置于所述焊芯外表面的上述藥皮。在高韌性不銹鋼焊條中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述藥皮的厚度為所述焊芯的直徑的50％。在高韌性不銹鋼焊條中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述焊芯為316l不銹鋼。一種上述高韌性不銹鋼焊條的制備方法，包括如下步驟：藥皮制備步驟：首先，按照上述藥皮質(zhì)量百分比組成稱取除鉀型水玻璃以外的原料，混合均勻；然后，向混勻的物料中加入婆美度為43°的鉀型水玻璃，攪拌均勻后，得到藥皮混合物；焊條制備步驟：將所述藥皮混合物壓涂在焊芯外，經(jīng)高溫烘烤處理，最終得到所述焊條。上述制備方法中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述鉀型水玻璃的加入量占所述混勻的物料的總重量的25％～30％；更優(yōu)選為25％～28％。上述制備方法中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述壓涂采用螺旋壓涂機(jī)完成，所述壓涂即在涂覆的過程中同時進(jìn)行壓制。上述制備方法中，作為一種優(yōu)選實施方式，所述高溫烘烤處理的溫度為320-380℃，時間為1.5-2.5h；更優(yōu)選地，所述高溫烘烤處理的溫度為350℃，時間為2h。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：用本發(fā)明的高韌性不銹鋼焊條，焊接工藝性好，焊接電流160a時，電壓24～28v，焊縫成形美觀，脫渣良好，且熔敷金屬的力學(xué)性能和耐蝕能力均能達(dá)到較高水平。輻照后熔敷金屬的韌性盡管會下降，但是由于具有較大的韌性余量，所以即使下降也仍然符合使用要求。具體實施方式以下實施例對本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍包含但不限于下述各實施例。以下實施例中使用的各種試劑和原料均為市售產(chǎn)品。實施例本實施例按照表1-4中的藥皮原料，制備了a、b、c、d三組焊條，其中，焊芯為316l不銹鋼。具體制備方法是：按照表1-4中所述組成稱取藥皮原料，混合均勻后，加入占上述藥皮原料總重量的26.5％、婆美度為43°的鉀型水玻璃，攪拌均勻后經(jīng)螺旋壓涂機(jī)壓涂在焊芯外，再經(jīng)過高溫烘烤，即在350℃烘干2小時，即制得焊條。表1a組焊條的藥皮原料組成材料名稱質(zhì)量百分比/％材料名稱質(zhì)量百分比/％金紅石30冰晶石3大理石17鈦白粉2鉀長石11螢石8氧化鋁1純堿2合成云母2鉻鐵12氧化鉻綠2鎳粉4氮化鉻2鉬鐵4表2b組焊條的藥皮原料組成材料名稱質(zhì)量百分比/％材料名稱質(zhì)量百分比/％金紅石25冰晶石2.5大理石20鈦白粉2鉀長石13螢石8氧化鋁1.5純堿1合成云母3鉻鐵12氧化鉻綠2鎳粉4氮化鉻2鉬鐵4表3c組焊條的藥皮原料組成表4d組焊條的藥皮原料組成材料名稱質(zhì)量百分比/％材料名稱質(zhì)量百分比/％金紅石26冰晶石2.5大理石19鈦白粉2鉀長石13螢石8氧化鋁1.5純堿1合成云母3鉻鐵12氧化鉻綠2鎳粉4氮化鉻2鉬鐵4對比例本對比例按照表5-6中的藥皮原料，制備了e和f兩組焊條，其中，焊芯為316l不銹鋼。具體制備方法是：按照表5-6中所述組成稱取藥皮原料，混合均勻后，加入占上述藥皮原料總重量的26.5％、婆美度為43°的鉀型水玻璃，攪拌均勻后經(jīng)螺旋壓涂機(jī)壓涂在焊芯外，再經(jīng)過高溫烘烤，即在350℃烘干2小時，即制得焊條。表5e組焊條的藥皮原料組成表6f組焊條的藥皮原料組成材料名稱質(zhì)量百分比/％材料名稱質(zhì)量百分比/％金紅石30冰晶石2大理石13鈦白粉2鉀長石8螢石9氧化鋁4純堿2合成云母4鉻鐵12氧化鉻綠2鎳粉5氮化鉻2鉬鐵5實驗例(1)焊接試驗采用上述實施例和對比例制備的電焊條進(jìn)行焊接試驗，焊接電流為160a，焊接電壓為24～28v。所有的焊接試驗都均按照gb/t983-2012執(zhí)行。a、b、c、d四組焊條焊接過程中飛濺非常小，電弧穩(wěn)定，過渡方式主要為噴射過渡，脫渣性能非常好且能自動翹渣，成型好，顯示出優(yōu)異的焊接工藝性，常溫塑韌性具有較大富余量；特別是d組焊條焊接工藝性更加優(yōu)異。相對而言，e、f組焊條施焊后不易脫渣，成型差，不適合核電主管道焊接使用。(2)本實施例a、b、c、d四組焊條施焊后熔敷金屬化學(xué)成分組成見表7，從該表中可以看出熔敷金屬化學(xué)成分比較穩(wěn)定，符合不銹鋼焊條國家標(biāo)準(zhǔn)。表7a、b、c、d四組焊條施焊后熔敷金屬化學(xué)成分wt％，余量為鐵。(3)本實施例a、b、c和d四組焊條施焊后進(jìn)行熔敷金屬力學(xué)性能測試，結(jié)果見表8，從該表中可以看出拉伸性能不僅滿足不銹鋼焊條國家標(biāo)準(zhǔn)，而且具有較高的高溫性能。表8本實施例a、b、c和d四組焊條施焊后熔敷金屬力學(xué)性能(4)本實施例a、b、c和d四組焊條施焊后進(jìn)行沖擊試驗，結(jié)果見表9，從該表中可以看出沖擊吸收功符合不銹鋼焊條的國家標(biāo)準(zhǔn)，同時達(dá)到較高的水平。表9本實施例a、b、c和d四組焊條施焊后沖擊試驗數(shù)據(jù)(5)不銹鋼晶間腐蝕試驗按gb/t4334.5-2000進(jìn)行試驗。尺寸80×20×3(單位：mm)的晶間腐蝕試樣在沸騰的加有銅屑的h2so4-cuso4溶液中煮16小時，然后使用直徑為5mm的壓頭彎曲180°。a、b、c和d四組焊條的試樣全部都合格。以上(3)、(4)和(5)三組實驗結(jié)果表明本發(fā)明的力學(xué)性能和耐腐蝕性能均能達(dá)到很高的水平。當(dāng)前第1頁12