发明内容

本发明所要解决的技术问题是镍基焊条在焊接时，会存在电弧不稳定、熔渣覆盖差、容易产生磁偏吹等，在大电流或者焊条后半段位置时，易出现电弧吹力不足，尾端发红，药皮脱落，且在低温条件下无法保持良好的低温韧性等问题，目的在于提供交流用ENi6620镍基焊条及其制备方法与焊接方法，采用本方案，其焊条满足GB/T 13814ENi6620技术指标，具有良好的焊接工艺性能和力学性能，特别是-196℃条件下具有良好的低温韧性。

本发明通过下述技术方案实现：

交流用ENi6620镍基焊条，包括焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮，所述药皮组成和含量为：大理石6-10重量份、碳酸锶3-6重量份、萤石6-9重量份、钾冰晶粉2-5重量份、氟硼酸钾 0.5-1.5重量份、金红石2-6重量份、电解锰5-8重量份、金属铬25-30重量份、钼铁15-22重量份、钛铁2-5重量份、钨粉3-6重量份、铌铁5-9重量份、纯碱1-3重量份、钛酸钾2-6 重量份、氟化稀土1-4重量份、二氧化锆0.5-2.5重量份、稀土硅铁0.5-3.5重量份。

进一步优化，所述焊芯为纯镍焊芯。

进一步优化，所述焊芯成分为：C≤0.10wt％、Mn≤0.05wt％、Si≤0.15wt％、P≤0.020wt％、 S≤0.005wt％、Ni≥99.5wt％、Fe≤0.10wt％，余量为必不可少的杂质。

进一步优化，所述焊芯成分为：C:0.0045％、Mn:0.025％、Si:0.019％、P:0.0013％、S:0.0010％、 Ni:99.64％、Fe:0.024％，余量为必不可少的杂质。

进一步优化，所述大理石中CaCO₃含量≥96％，碳酸锶中SrCO₃≥98.50％，萤石中CaF₂含量≥96％，钾冰晶粉中F≥53.0％，Al≥13.0％，K≤32.0％，氟硼酸钾KBF₄≥98％，金红石中TiO₂≥92％，电解锰中Mn≥99.5％，金属铬中Cr≥98％，钼铁中Mo 45％-50％，钛铁中Ti 25％-35％，钨粉中W≥99％，铌铁中Nb 45％-50％，纯碱中NaCl≤0.7％，钛酸钾中K₄TiO₄≥95％，氟化稀土中REO≥83％，CeO₂≥45％，二氧化锆中ZrO₂≥95％，稀土硅铁中45％≥Si≥40％，32％≥Ce≥20％，20％≥La≥10％。

进一步优化，所述药皮组成和含量为：大理石7.5重量份、碳酸锶4.5重量份、萤石7重量份、钾冰晶粉3.5重量份、氟硼酸钾1重量份、金红石3.5重量份、电解锰6重量份、金属铬27重量份、钼铁19重量份、钛铁2.5重量份、钨粉4重量份、铌铁7.5重量份、纯碱1重量份、钛酸钾3重量份、氟化稀土1重量份、二氧化锆1重量份、稀土硅铁1重量份。

进一步优化，所述药皮组成和含量为：大理石6.5重量份、碳酸锶5.5重量份、萤石8重量份、钾冰晶粉3重量份、氟硼酸钾0.8重量份、金红石4重量份、电解锰7.2重量份、金属铬26.5重量份、钼铁17.5重量份、钛铁3重量份、钨粉3.6重量份、铌铁6.2重量份、纯碱1.2重量份、钛酸钾3.5重量份、氟化稀土1.5重量份、二氧化锆0.5重量份、稀土硅铁1.5重量份。

进一步优化，所述药皮组成和含量为：大理石8重量份、碳酸锶3重量份、萤石6重量份、钾冰晶粉4.8重量份、氟硼酸钾1.2重量份、金红石4重量份、电解锰5.5重量份、金属铬25.8重量份、钼铁16重量份、钛铁4重量份、钨粉3.2重量份、铌铁5.8重量份、纯碱1.6重量份、钛酸钾3.7重量份、氟化稀土3重量份、二氧化锆2重量份、稀土硅铁2.4 重量份。

进一步优化，交流用ENi6620镍基焊条的制备方法，包括以下步骤：

(1)将药皮粉料搅拌，并混合均匀；

(2)在搅拌后的药皮粉料中加入药粉总成分质量为20-24％、浓度为42°Be″～43°Be″的纯钾水玻璃搅拌，并混合均匀，再送入焊条涂压机内按14-16MPa的压力将其裹覆于焊芯上；

(3)再经低温85-90℃烘焙4-6.5小时、高温300-380℃保温1-2小时烘焙，即得焊条。

上述所述搅拌的搅拌时间应均≥30min。

进一步优化，交流用ENi6620镍基焊条的焊接方法，所述镍基焊条采用交流施焊，焊接位置立向上焊接，线能量10～25KJ/cm。

进一步优化，所述焊接方法采用上述的交流用ENi6620镍基焊条，该焊条与9Ni钢配套使用。

进一步优化，所述焊接方法常温熔敷金属的抗拉强度≥620Mpa、屈服强度≥350Mpa、延伸率≥32％、-196℃冲击韧性好。

进一步优化，本发明中药皮与焊条质量比为25-30：100，药粉与粘结剂质量比为100： 20～24。

本发明药粉中各成分的主要作用如下：

大理石：大理石的主要作用是造渣、造气，保护焊缝不被空气氧化和氮化，并且能够提高熔渣碱度，提高熔敷金属纯净度，降低夹杂物量，调节熔渣的熔点、粘度、熔渣与金属界面张力和表面张力，改善脱渣。

碳酸锶：其作用与大理石类似，造气造渣，增加熔渣的活性，可以使渣均匀覆盖在焊缝表面，同时具备两个优点：抗吸潮能力强于大理石；高温分解温度高于大理石，因此能对焊接熔池提供更好的保护。相同量的碳酸锶与碳酸钙相比，碳酸锶生成二氧化碳较少，同等条件下降低氧势。

萤石：调整熔渣的熔点和粘度，增加熔渣的流动性，改善熔渣的物理性能对焊缝成型、脱渣等起关键作用，也是降低焊缝中扩散氢的主要材料，但焊接过程中会分解有害气体氟化氢，会造成电弧不稳定，应该合理控制比例。

钾冰晶粉：主要作用造渣，调节熔渣的粘度核表面张力，并降低气孔敏感性。

氟硼酸钾：改善药皮压涂性，稀渣，改善熔池流动性，提高电弧稳定性。

金红石：金红石的作用主要是稳弧、造渣，能够调节熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性，改善焊缝成形、减小飞溅。对焊缝成形、电弧稳定性起关键作用。

电解锰：加入可起到脱硫、脱氧的作用，还可以向焊缝过渡锰元素，提高焊缝强度。

金属铬：向焊缝中过渡铬元素，满足熔敷金属成分要求，使焊缝具有优良的抗常温、高温氧化性能，提高耐腐蚀性。同时可以形成M23C6型碳化物，在基体内起到较好碳化物强化效果，具有固溶强化作用。

钼铁：向焊缝中过渡钼元素，满足熔敷金属成分要求，钼能显著提高焊缝金属的强度，有细化晶粒的作用，适当的钼铁加入量可提高焊缝的强度、硬度及热稳定性，但过高则会影响焊缝金属韧性。

钛铁：主要作用是脱氧、脱氮，避免氮气孔。

钨粉：向焊缝中过渡钨元素，满足熔敷金属成分要求。

铌铁：向焊缝中过渡铌元素，满足熔敷金属成分要求。Nb是强碳化物形成元素，能形成稳定碳化物NbC，该碳化物极为稳定。但随着Nb含量的增加会导致延伸率降低，这是由于NbFe2 的体积比增加而造成，过高的Nb含量显著降低熔敷金属的韧性。

纯碱：润滑作用，改善焊条的压涂性能，使焊条表面光滑美观。

钛酸钾：主要作用使改善焊条焊接工艺性能，同时对改善焊条的压涂性能和稳定焊接电弧有益。含量过多，药皮吸潮性增加，含量较低，改善焊条焊接工艺性不明显。

氟化稀土：主要作用为稀渣，净化焊缝，改善熔渣流动性，提高焊缝金属低温冲击韧性。高温下分解成稀土、氟原子，生成稀土硫化物、稀土氧化物浮于熔渣。能明显降低焊缝金属 S含量及氧含量，改善焊缝的夹杂物形态，使夹杂物呈细小球状、弥散分布，对焊缝金属起到明显的净化作用和变质作用。有利于改善焊缝的低温冲击韧性。

二氧化锆：在焊接过程中发生化学变化，引起熔渣热膨胀系数的改变，有利于焊缝脱渣。

稀土硅铁：作为脱氧剂，并向焊缝金属中过渡稀土元素，具有脱氧和净化焊缝的作用。熔敷金属中加入稀土元素，可明显降低焊缝金属硫含量，抑制熔敷金属液态裂纹、细化晶粒，有利于焊缝的低温冲击韧性。

纯钾水玻璃：作为粘结剂，同时向熔渣中提供硅氧化物，能够调节熔融焊渣粘性，使熔渣覆盖良好，改善焊缝成型。纯钾水玻璃相较于钾钠水玻璃对于改善交流电弧稳弧性具有更显著作用。

本发明中的％-如无特别说明，该符号为质量百分比。

本发明即通过上述药皮成分的有机组配并与纯镍焊芯配合从而实现其发明目的，焊芯可以从市场上购买，均为市售产品。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

(1)本发明中，所公开的交流用ENi6620焊条具有电弧稳定、飞溅小、脱渣好，焊缝成型美观等优良焊接工艺性能，且全位置焊接操作性能佳。

(2)本发明中，药皮采用CaO-SrO-CaF₂-SiO₂-TiO₂-ZrO₂渣系，药皮碱度高。通过大量试验，调整焊条药皮中大理石、萤石、碳酸锶、金红石、钾冰晶粉比例，能获得良好的工艺性能。

(3)本发明中，采用碳酸锶替代部分碳酸钙，同等条件下，碳酸锶分解产生的二氧化碳更少，焊接气氛氧化性较小，有利于合金元素过渡，且电弧更加柔和，有效改善焊接飞溅，减小飞溅造成的合金元素损失。

(4)本发明中，钾冰晶石相比萤石具有更强稀渣作用，冰晶石中含有低电离电位K离子，可以改善交流电弧稳弧性。

(5)本发明中，药皮组成中加入金属锰、稀土硅铁、钛铁联合脱氧，能保证合金过渡。

(6)本发明中，采用氟化稀土和稀土硅铁复合形式加入，有利于稀土元素过渡，稀土元素引入能净化焊缝，提高焊缝纯净度，改善焊缝力学性能，特别是低温冲击韧性。

(7)本发明中，采用纯镍棒丝替代合金丝，解决了药皮发红、开裂脱落的问题。

(8)本发明中，焊条对9Ni钢进行焊接，采用交流施焊，立向上焊接，焊接热输入10～ 25KJ/cm，常温熔敷金属的抗拉强度≥620Mpa、屈服强度≥350Mpa、延伸率≥32％、-196℃冲击韧性好。焊条接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、脱渣好，焊缝成型美观，全位置焊接操作性能佳。制备方法简单，操作方便。

(9)本发明主要用于Ni9％(UNSK81340)钢的焊接，焊缝金属具有与钢相同的线膨胀系数，也可以用于异种钢及难焊合金的焊接。