CN101722377B - 一种高碱度适合高硬度埋弧焊丝用烧结焊剂 - Google Patents
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Abstract
本发明一种高碱度适合高硬度埋弧焊丝用烧结焊剂，涉及焊接技术，其组分包括MgO、AI 2O 3、CaF 2、CaO、BaCO 3、SiO 2、MnO 2、脱氧剂、Na 3AIF 6、稀土硅铁；将上述组分加入小于总重量百分比18％的钾钠混合水玻璃后，在800～850℃温度之间高温烧结制成焊剂。本发明的烧结焊剂，在使用时，焊接工艺性能优良，热态脱渣容易，电弧稳定，成形美观，无咬边、气孔和压痕等缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，是一种高碱度适合高硬度埋弧焊丝用烧结焊剂。
背景技术
堆焊过程中焊剂对金属起到保护、冶金处理和改善焊接工艺性能的作用。烧结焊剂是20世纪80年代引进的一种新型焊接材料，与熔炼焊剂相比，具有耗能小、无污染捍接工艺性能好、可以实现熔敷金属合金化、改善其力学性能等优点。这种烧结焊剂产品广泛应用于锅炉压力容器、钢厂备件、化工容器、核电站、桥梁、船舶、螺旋焊管以及管道等重要堆焊部件。
碱性烧结焊剂可以有效地降低焊缝氧含量和提高焊缝金属的韧性，尤其是对埋弧焊这种高热量输入的焊接来说，提高焊缝金属的韧性是特别突出的问题。
堆焊各类辊子用焊剂，焊剂质量的波动直接影响堆焊质量，特别是高硬度材料的堆焊，如夹送辊堆焊厚度较高(单边高达25mm)，堆焊材料硬度高(>50HRC)，堆焊过程中辊子层间温度高达300℃，堆焊过程中焊剂容易向堆焊熔敷金属中渗入S、P、O、Ai等有害杂质，造成辊面产生热裂纹。
发明内容
本发明的目的是提供一种高碱度适合高硬度埋弧焊丝用烧结焊剂，该烧结焊剂纯度较高、品质好，适合于高硬度、高耐磨辊面的堆焊作业，可提高材料的冲击韧性，净化堆焊熔敷金属的纯度，避免了因焊剂原因造成堆焊缺陷。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种高碱度适合高硬度埋弧焊丝用烧结焊剂，其原料组分包括氧化镁MgO、氧化铝AI2O3、氟化钙CaF2、氧化钙CaO、碳酸钡BaCO3、二氧化硅SiO2、二氧化锰MnO2、脱氧剂、冰晶石Na3AIF6、稀土硅铁；
将上述组分加入按总重量百分比计，为≤18％的钾钠混合水玻璃后，高温制成烧结焊剂。
所述的烧结焊剂，其所述脱氧剂，为Si—Fe、Mn—Fe、Ca—Si。
所述的烧结焊剂，其所述各组分按总重量百分比计，为：MgO：24～40％、AI2O3：16～26％、CaF2+CaO：24～38％、BaCO3：1～8％、SiO2：1～8％、MnO2：0.2～3％、Si—Fe：1～5％、Mn—Fe：1～5％、Ca—Si：0.3～2％，Na3AIF6：1～5％，稀土硅铁1～6％。
所述的烧结焊剂，其所述高温制成，是在800～850℃温度之间制成。
本发明的烧结焊剂，焊接工艺性能优良，热态脱渣容易，电弧稳定，成形美观，无咬边、气孔和压痕等缺陷。
具体实施方式
本发明的一种高碱度适合高硬度埋弧焊丝用烧结焊剂，采用MgO—CaF2—AI2O3—BaO型渣系，通过调节焊剂熔渣内的氧化镁(MgO)，碳酸钡(BaCO3)，氟化钙(CaF2)，氧化钙(CaO)，二氧化锰(MnO2)，二氧化硅(SiO2)含量，改变焊剂的物理性能—熔点、粘度、表面张力、碱度等。改善焊接时焊剂的高温脱渣性、焊缝表面成型性，来获得高的焊接工艺性能；通过添加稳弧剂等改善电弧燃烧的稳定性，向焊剂中添加合金元素，以保证焊缝中获得合理的合金元素及其配比，减少原材料中带来的有害杂质，限制有害杂质硫(S)、磷(P)及氧化物夹杂渗向焊缝，使焊缝金属具有优良的冲击韧性。可使焊缝金属中的含氢量降至≤2.0毫升/100克(II W水银法)，碱度达2.4～2.8.本发明的烧结焊剂，焊接工艺性能优良，热态脱渣容易，电弧稳定，成形美观，无咬边、气孔和压痕等缺陷。
本发明的焊剂其组分总重量百分比为：MgO：24～40％、AI2O3：16～26％、CaF2+CaO：24～38％、Baco3：1～8％、SiO2：1～8％、MnO2：0.2～3％、Si—Fe：1～5％、Mn—Fe：1～5％、Ca—Si：0.3～2％，Na3AIF6：1～5％，稀土硅铁1～6％。
试验焊剂的制造工艺为：原料质量检验→配料→搅拌→颗粒成形→低温烘焙(200℃)→高温烧结(800～850℃)→过筛→包装备用。
将上述优化的组分加入适量钾钠混合水玻璃(约占总重量的18％)高温制成烧结焊剂。与市面购买的某国外用于高硬度的烧结焊剂进行实验对比，主要比较脱渣、成型、硬度剂冲击韧性。试验焊丝采用Φ3.2mm的ZY-YD255—S，试验结果如下表1所示：
表1对比试验结果
| 性能 | 脱渣 | 成型 | 焊态平均硬度(HRC) | 冲击韧性(αKV) | 碱度系数 |
| 国外焊剂 | 脱渣容易，但不翘起 | 波纹较细 | 50 | 8 | 2.2 |
| 自制烧结焊剂 | 熔渣自动翘起 | 波纹细密 | 52 | 11 | 2.3 |
本发明的烧结焊剂工艺性能跟国外焊剂相差不大，但机械性能却有较大的差异：硬度比国外焊剂提高2HRC，冲击韧性提高了37％。使用所研制的焊剂具有焊道光亮波纹细腻，无咬边、夹渣、压痕及具有良好的机械性能，使其相对国外更匹配高硬度焊丝的堆焊。
本发明的烧结焊剂主要组分的作用为：
1、MgO：镁砂是高熔点的碱性氧化物，是形成熔渣的主要成分，提高熔渣的碱度、降低扩散氢含量。MgO的熔点很高，提高了熔渣的粘度，抑制了熔渣的流动性。MgO具有增大熔渣表面张力的作用。在烧结焊剂中，随着镁砂含量的增加，焊剂的熔化温度和熔化温度区间都随之提高，焊道波纹细密随MgO的增加而变得细密，焊道表面光滑呈金属光亮。当MgO含量多时(超过42％)，由于MgO熔点高，增大熔渣表面张力容易造成焊道表面压痕，造成脱渣困难，也易产生咬边、夹渣等缺陷。
2、AI2O3：在烧结焊剂中它能改变熔渣的粘度、碱度，从而影响焊缝成形。AI2O3是高温状态下的稳定化合物，具有提高电弧集中性的作用。当AI2O3含量较低时，波纹较粗；当Al2O3增加时，成形变好，超过一定量时会出现粘渣现象
3、CaO：在烧结焊剂中具有提高熔渣碱度，改善熔敷金属力学性能的作用。CaO都具有调整熔渣碱度，提高熔敷金属冲击韧性、降低扩散氢含量的作用。CaO的熔点较高，可提高熔渣的粘度，抑制熔渣的流动性。通过调整CaO的含量，可获得流动性适当的熔渣。
4、BaCO3：碱性碳酸物，熔点低，利于调节渣的粘性和浸润性及增加焊剂的碱性，同时可提高脱渣能力，脱硫磷等杂质的能力。但含量超过10％时，由于在堆焊过程中产生大量的CO2，易在渣壳表面产生大量的气孔，并且使堆焊电弧不稳定，易产生段弧，所以应用量小于8％。
5、SiO2：SiO2是提高焊接工艺性能的主要组分，有调整焊道外观和形状的作用，同时它又可以降低熔渣的碱度，降低熔敷金属的韧性和塑性，不利于抗裂性能。
6、MnO2：MnO2具有降低熔渣的熔点、改善熔渣的流动性、有利于焊缝的成形、降低表面张力的作用。当MnO2的含量在在一定范围时，脱渣性良好；当增加MnO2含量时，成形变差，但压痕数量增加。
7、Si—Fe，Mn—Fe，Ca—Si：为脱氧剂，防止堆焊熔敷金属产生气孔。
8、Na3AIF6：为改善焊剂的脱渣性，可适当加入冰晶石粉。
9、CaF2：萤石具有稀释熔渣的作用。脱渣性随着CaF2的增加先变好后变差；成形性是当CaF2含量较低时，焊道表面波纹较粗，随着CaF2含量的增加压痕消失，波纹变细。同时降低熔敷金属的氢、氧含量，提高抗气孔能力，在含有大量高熔点的MgO，Al2O3的焊剂中具有重要的调整熔渣的作用。但当CaF2>24％时，电弧稳定性变差，同时熔渣的流动性变大，焊道波纹形状紊乱，脱渣困难。
该渣系焊剂的基本特点是组成熔渣的熔融氧化物和氟化物几乎不氧化焊接熔池中的合金元素，焊接熔池冶金反应完全，化学成分稳定，焊缝金属最终氧含量和扩散氢含量低并能得到韧性良好的优质焊缝金属。本焊剂配用合适的高硬度焊丝(>52HRC)堆焊修复下夹送辊，堆焊过程中辊子层间温度高达300℃，单边堆焊25mm，堆焊过程中焊剂焊接工艺性能优良，热态脱渣容易，电弧稳定，成形美观，无咬边、气孔和压痕等缺陷。堆焊后测得堆焊熔敷金属中S<0.012％，P<0.015％，氢量降至＝1.8毫升/100克(II W水银法)焊后无热裂纹和冷裂纹，完全适应于高硬度埋弧堆焊焊丝的应用。
Claims (2)
1.一种高碱度适合高硬度埋弧焊丝用烧结焊剂，其特征在于，原料组分包括MgO、AI2O3、CaF2、CaO、BaCO3、SiO2、MnO2、脱氧剂、Na3AIF6、稀土硅铁；
所述各组分按总重量百分比计，为：MgO：24～40％、AI2O3：16～26％、CaF2+CaO：24～38％、BaCO3：1～8％、SiO2：1～8％、MnO2：0.2～3％、Si-Fe：1～5％、Mn-Fe：1～5％、Ca-Si：0.3～2％，Na3AIF6：1～5％，稀土硅铁1～6％；
将上述组分加入小于总重量百分比18％的钾钠混合水玻璃后，在800～850℃温度之间制成烧结焊剂。
2.如权利要求1所述的烧结焊剂，其特征在于，所述脱氧剂，为Si-Fe、Mn-Fe、Ca-Si。
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