CN103464931A

CN103464931A - 一种高韧性埋弧焊用烧结焊剂及制备方法

Info

Publication number: CN103464931A
Application number: CN2013103530255A
Authority: CN
Inventors: 刘鹏飞; 刘瞿; 张晓�
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-08-14
Also published as: CN103464931B

Abstract

一种高韧性埋弧焊用烧结焊剂，包括干粉组成及粘结剂，干粉组成中各组分的重量百分比为：重烧镁砂：20～30％、刚玉：20～30％、萤石：10～20％、硅灰石：10～20％、氧化锂：1～3％、金红石：4～8％、硅铁：2～4％、钛铁：1～3％、金属锰：1～3％、三氧化二硼：1～5％、氟化稀土：1～3%；粘结剂采用钾水玻璃。本发明所述烧结焊剂焊接工艺性能优良。焊接时电弧稳定、焊缝成型美观、焊缝浸润角适中、厚板坡口内底层渣极易清除。本发明所述烧结焊剂可与大部分碳钢焊丝配合使用，综合机械性能优良，尤其具有较高的低温冲击韧性。

Description

一种高韧性埋弧焊用烧结焊剂及制备方法

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，尤其涉及一种高韧性埋弧焊用烧结焊剂及制备方法。

背景技术

埋弧焊可采用熔炼焊剂和烧结焊剂配合相应焊丝进行结构焊接，其中熔炼焊剂由于耗能较大，金属烧损大等缺陷，使用范围不断缩小，而烧结焊剂由于具有耗能小，金属烧损小等特点，正不断扩大应用范围。同时，随着企业对生产效率及生产过程自动化，机械化需求的提高，埋弧焊成为低合金高强钢结构常用焊接方法之一，特别是在大厚板长焊缝的焊接过程中，埋弧焊的优势更加明显。因此对埋弧焊烧结焊剂的研究就显得十分迫切了，目前，大部分焊剂研究重点主要放在以下两个方面：一，对熔敷金属或焊缝金属的机械性能方面的提高方面，如(专利号：CN102363252A)一种低碱度高韧性的烧结焊剂；（专利号：CN101314200）高强度高韧性氟碱性烧结焊剂，该两种专利所涉及的焊剂综合性能良好，但在深坡口内第一层脱渣效果还稍显不足。二，对焊接效率方面的提高方面，如(专利号：CN1415454)一种用于多丝、高速埋弧自动焊的烧结焊剂，（专利号：CN1699009）一种用于多丝、高速埋弧自动焊的高韧性烧结焊剂，该两个专利所涉及的焊剂具有较高的焊接效率和综合机械性能，也同样存在着厚板坡口底层脱渣效果略显不足的特点，同时上述四个专利所提到的焊剂的熔敷金属的低温冲击韧性还有提高的空间，因此针对上述问题，本专利提出了一种具有优良坡口内脱渣性的高韧性埋弧焊烧结焊剂，该焊剂可以匹配大部分碳钢焊丝进行低合金钢结构的焊接，具有优良的机械性能，特别具有较高的坡口内第一层脱渣性优良和较高的熔敷金属低温冲击韧性特点，提高了焊缝的抗脆断能力，降低了操作人员的工作强度，极大程度提高了生产效率，因此，具有较好的市场前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有优良坡口内脱渣性的高韧性埋弧焊烧结焊剂，该焊剂可以匹配大部分碳钢焊丝进行低合金钢结构的焊接，，在获得符合AWS和GB/T相应标准性能要求的前提下，还具有优良的坡口底层焊缝脱渣性和较高的焊缝金属低温冲击韧性，降低操作人员的工作强度，提高工作效率和结构的安全性。

本发明的另外一个目的是提供上述高韧性埋弧焊烧结焊剂的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种高韧性埋弧焊用烧结焊剂，包括干粉组成及粘结剂，干粉组成中各组分的重量百分比为：重烧镁砂：20～30％、刚玉：20～30％、萤石：10～20％、硅灰石：10～20％、氧化锂：1～3％、金红石：4～8％、硅铁：2～4％、钛铁：1～3％、金属锰：1～3％、三氧化二硼：1～5％、氟化稀土：1～3%；粘结剂采用M=2.6，20℃时40~43 Be的钾水玻璃。

一种高韧性埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，先将重量百分比为重烧镁砂：20～30％、刚玉：20～30％、萤石：10～20％、硅灰石：10～20％、氧化锂：1～3％、金红石：4～8％、硅铁：2～4％、钛铁：1～3％、金属锰：1～3％、三氧化二硼：1～5％、氟化稀土：1～3%的干粉按比例混合均匀后，再加入M=2.6，20℃时40~43 Be的钾水玻璃作为粘结剂造粒，再经200℃低温烘干1h、780℃高温烧结40min，再经冷却、筛分、包装，焊剂制备完成。

本发明所述的高韧性埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，所述筛分的焊剂颗粒为20～60目。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：本烧结焊剂中各成分的主要作用简述如下：

重烧镁砂：具有造渣，调节熔渣的碱度、粘度、流动性和改善焊缝成型的作用。当电熔镁砂含量超过30％时，熔渣的粘度降低，熔渣流动性变差，覆盖性降低，当重烧镁砂含量低于20％时，熔渣流动性过好，导致焊缝成形变差，同时导致熔渣碱度下降，焊接时降低坡口内第一层脱渣性和熔敷金属的低温冲击韧性。因而将焊剂中电熔镁砂含量控制在20～30％。

萤石：适量的萤石可以降低液态金属的表面张力，降低熔敷金属的氢含量，改善熔渣的物理性能，降低焊缝气孔敏感性。萤石含量低于10％时，使得熔渣流动性过好，焊缝成型不好，焊缝中氢含量较高，且易出现气孔。当萤石含量超过20％时，使电弧稳定性变差，焊缝成型变差，因此控制焊剂中萤石的含量为10～20％。

刚玉：主要作用是造渣，形成硅铝酸盐，调节熔渣的熔点，粘度。当刚玉含量低于20％时，熔渣的熔点及粘度较低，渣壳的脆性降低，覆盖性较差；当刚玉含量高于30％时，熔渣的碱度下降，熔渣的脱氧作用降低，影响了熔敷金属的低温冲击韧性。因而控制焊剂中刚玉含量为20～30％。

硅灰石：主要用作造渣，形成硅酸盐改善熔渣熔点及熔滴过渡性能，还具有除硫作用。当硅灰石含量低于10％时，造渣量较少，不能形成足量的硅酸盐化合物，降低了渣壳的脆性，熔滴过渡颗粒较大，焊缝波纹较粗，当硅灰石含量高于20％时，会增大对焊缝的渗硅，影响焊缝的性能。因而应控制焊剂中硅灰石含量为10～20％。

金红石：主要用作细化熔点，改善焊缝成型和改善脱渣性。当焊剂中金红石含量小于1％时，焊缝波纹较粗、焊缝有部分粘渣现象，当焊剂中金红石含量达到5％时，熔渣脱落完全，但容易降低熔渣碱度，降低焊缝的综合性能。因此控制焊剂中金红石含量为1～5％。

金属锰：加入主要起到脱氧，脱硫和调节熔渣粘度的作用,并且过渡到金属中调整焊缝金属的强度。锰加入量低于1％时，脱氧、脱硫效果不明显，锰加入量达到3％时，韧性调整效果达到最佳，因此控制焊剂中金属锰的含量为1～3％。

钛铁和硅铁：钛铁和硅铁加入主要起到脱氧的作用，钛铁，硅铁含量分别小于1％和2%时，焊缝脱氧效果不佳，提高了熔渣的氧化性，影响脱渣效果，硅铁加入量高于4％时，会增加焊缝中硅含量，降低焊缝综合性能。钛铁达到3％脱氧效果最好，但增加了成本，因而控制硅铁和钛铁加入量分别为2～4%和1～3％。

氧化锂和三氧化二硼：这两种物质的主要作用是和金红石一起调整熔渣的膨胀系数，改善熔渣的坡口内底层脱渣性。当氧化锂和三氧化二硼含量小于1％时，坡口内第一层焊缝熔渣的脱渣性较差，当氧化锂和三氧化二硼分别达到3%和5％时，熔渣收缩稍微严重，影响熔渣的保护效果，因此焊剂中氧化锂和三氧化二硼的含量均应控制在1～5％。

氟化稀土主要用作去氢、净化焊缝，当氟化稀土加入量低于1％时，焊缝的净化作用不明显，当氟化稀土加入量高于3％时，净化效果也趋于平缓，因而氟化稀土的加入量应控制在1～3％。

另外，本发明所述烧结焊剂焊接工艺性能优良。焊接时电弧稳定、焊缝成型美观、焊缝浸润角适中、厚板坡口内底层渣极易清除。本发明所述烧结焊剂可与大部分碳钢焊丝配合使用，综合机械性能优良，尤其具有较高的低温冲击韧性。

具体实施方式

以下通过具体实施方式的描述对本发明做进一步说明，但这并非对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种变型或改性，只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。

表1为实施例1到实施例3的焊剂干粉成分重量百分比配比表。

表1 实施例干粉成分重量百分比配比

将重量百分比为表1实施例1~实施例3的焊剂干粉按比例混合均匀后，再加入M=2.6，20℃时40~43 Be的钾水玻璃作为粘结剂造粒，再经200℃低温烘干1h、780℃高温烧结40min，然后随空冷却，过20～60目筛，包装、制成成品焊剂。

表2为实施例1到实施例3的焊丝及熔敷金属化学成分。

表2 实施例焊丝及熔敷金属化学成分

实施例中熔敷金属的力学性能如表3所示。

表3 实施例熔敷金属力学性能

试验脱渣性：按照GB/T 25776-2010标准中脱渣性试验要求，在标准V型坡口内，对上述实施例和一例国内主流焊剂进行坡口内脱渣性比较如表4所示。

表4 实施例试验脱渣性的比较

样本	实施例1	实施例2	实施例3	某主流焊剂
					底层脱渣率（%）	31	44	60	17

底层脱渣率D=(l₀-l)/l₀×100%。l₀-焊道总长度（mm）；l-未脱渣总长度（mm）

试验工艺性：各实施例配方渣壳较脆，硬度适中，焊缝成形良好，且具有较高的低温冲击性能，配合H09Mn2H焊丝的熔敷金属性能达到AWS A5.17、GB/T5293及NB/T47018标准要求。

Claims

1.一种高韧性埋弧焊用烧结焊剂，包括干粉组成及粘结剂，其特征是：干粉组成中各组分的重量百分比为：重烧镁砂：20～30％、刚玉：20～30％、萤石：10～20％、硅灰石：10～20％、氧化锂：1～3％、金红石：4～8％、硅铁：2～4％、钛铁：1～3％、金属锰：1～3％、三氧化二硼：1～5％、氟化稀土：1～3%；粘结剂采用M=2.6，20℃时40~43 Be的钾水玻璃。

2.一种如权利要求1所述的高韧性埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，其特征是：将重量百分比为重烧镁砂：20～30％、刚玉：20～30％、萤石：10～20％、硅灰石：10～20％、氧化锂：1～3％、金红石：4～8％、硅铁：2～4％、钛铁：1～3％、金属锰：1～3％、三氧化二硼：1～5％、氟化稀土：1～3%的干粉按比例混合均匀后，再加入M=2.6，20℃时40~43 Be的钾水玻璃作为粘结剂造粒，再经200℃低温烘干1h、780℃高温烧结40min，再经冷却、筛分、包装，焊剂制备完成。

3.一种如权利要求1所述的高韧性埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，其特征是：所述筛分的焊剂颗粒为20～60目。