[发明专利]超低氢高碱度烧结焊剂

说明书

本发明属于焊接材料。主要适用于核反应堆压力容器及其它重要压力容器的焊接。

核反应堆压力容器是核电站等最关键的设备，它维系着整个核电站及其它其要设施的安全。焊接是制造核反应堆压力容器的最主要的制造工艺，而焊接接头又往往是这一类承压设备中最薄弱环节。在核反应堆的运转过程中，焊接接头与其所焊接的承压壳体一样，每平方厘米要承受1×10¹⁹中子流的冲击，因此，不仅要求焊接接头具有良好塑性韧性和较高的强度，而且还要求具有优异的抗辐照脆化性能。

据L.E.Steele研究表明(Technical Reports Series No.163)，在金属材料及其焊缝金属中，P是对中子辐照脆化最敏感的元素，不仅降低焊缝金属的低温韧性，而且使辐照脆化温度大大提高，严重威胁核反应堆的安全运行。因此，作为核反应堆压力容器等焊接之用的焊剂，不仅要求焊剂本身的含磷量低，而且还要求对焊缝金属具有脱磷效果。另外，核反应堆压力容器多为厚壁容器，通常采用窄间隙埋弧焊，因此，对焊剂的工艺性能，特别是脱渣性能和焊道成形性均有较高的要求。

在现有的核反应堆压力容器焊接用的焊剂中，主要有熔炼焊剂和烧结焊剂两个类型。上海钢铁研究所和冶金部钢铁研究总院1992年10月所公开300MW核电工程压力容器焊接材料鉴定会资料之一——《主焊缝用焊丝及焊条芯研制生产总结》一文中所涉及的HJ153焊剂，就是专用于300MW核反应堆压力容器焊接的、与相应焊丝匹配的焊剂。该焊剂为熔炼型焊剂。当它与548焊丝相匹配施焊时，所得焊缝金属虽然具有较高的强度，但低温韧性并不理想，-30℃温度下冲击功为46J；更重要的是所得焊缝金属的含P量较高，达0.017％，比548焊丝的含P量(0.08％)还有所上升。也就是说，HJ153焊剂本身不仅不具备脱磷作用，而且还有增磷倾向，致使焊缝金属的抗辐照脆化性能较低。

本发明的目的在于提供一种不仅具有优异的低温塑韧性能和窄间隙埋弧焊工艺性能，而且具有显著的脱磷效果和抗辐照脆化性能好的超低氢高碱度烧结焊剂。

根据上述目的，本发明采用了MgO-CaO-SiO₂-Al₂O₃高碱度渣系，为了使焊剂具有脱磷性能，本发明采取了以下措施：

1).提高熔渣的碱度，碱度系数B_IIW为2.5～3.0    

2).在不影响焊缝金属韧性的前提下，适当增加焊剂的氧化性，增加焊剂氧化性的具体措施是：采用大理石，而不象许多烧结焊剂那样采用硅灰石，大理石分解放出氧化性气氛，实现氧化脱磷：

[P]+—O₂＝PO_2.5

适当增加氧化性，不仅有利于脱磷，而且还有助于降低扩散氢含量。

3).通过添加CaF₂，使熔渣熔点适当降低，有助于脱磷。

4).用BaO部分取代CaO，从而提高脱磷效果。

同时，为了改善焊剂的工艺性能，特别是窄间隙根部的脱渣性，焊剂中不加冰晶石(Na₃AlF₆)，而加入少量的稀土镁(REMg)。

基于上述考虑，本发明的具体组份(重量％)为：CaCO₃ 15～25％，MgO22～30％，SiO₂ 10～15％，AL₂O₃ 15～20％，CaF₂ 12～18％，BaCO₃ 4～9％，Li₂O 1～2.5％，K₂O 0.5～3％，Na₂O 0.5～3％，REMg 0.2～5％。

在焊剂的生产方法上，为了改善焊剂的工艺性能，特别是窄间隙根部的脱渣性，还将烧结温度提高到780～890℃，另外，将焊剂的最终粒度控制在14～60目，利于细化焊道的表面波纹。

本发明的生产工艺如下：首先按化学组份配料，随后混料；混合均匀后，过筛，通过40目筛，同时去除物料中夹杂物；过筛的粉末进行湿调，用水玻璃作粘结剂调湿均匀；接着造粒，并在温度100～150℃下烘焙，最后在温度780～890℃下高温烧结成形，再过筛，即成为成品。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)具有显著的脱磷效果，可使焊缝金属的磷含量相对于焊丝的含磷量降低0.02～0.03％，即焊缝金属的磷含量低于焊丝磷含量。