CN103962751A - 高效埋弧焊用烧结焊剂及其生产工艺 - Google Patents

高效埋弧焊用烧结焊剂及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

一种高效埋弧焊用烧结焊剂及其生产工艺，烧结焊剂包括正面焊剂和反面焊剂，正面焊组成为：Al2O3、CaO、CaF2、MgO、SiO2、TiO2、B2O3、Fe粉、硅钙合金；反面焊剂组成为：Al2O3、CaF2、MgO、MnO、SiO2、TiO2、Fe2O3、硅钙合金。工艺是：将原料按照焊剂成分进行配料，放入搅拌机中搅拌均匀，得到混合料，加入粘结剂，进行造粒，在200℃~300℃进行低温烘干后，筛选后进行烧结，再次筛选，得到产品烧结焊剂。该烧结焊剂可满足良好的单面焊双面工艺要求，反面焊道成形稳定，适合高速焊接，具有较好的机械性能，达到各国船级社要求的3Y级标准。

Description

高效埋弧焊用烧结焊剂及其生产工艺
技术领域
本发明涉及一种高效埋弧焊用烧结焊剂及其生产工艺。
背景技术
焊接技术在船舶制造中起着重要的支柱作用，焊接效率和质量的提高，可以缩短造船周期，并且有利于开发高吨位的船舶建造。船舶制造拼板焊接中，传统的埋弧自动焊技术是首先从一面焊接，然后翻转板材焊接另一面。该技术存在以下缺点：①由于板材面积较大，翻转钢板时需要较多的起重设备，并且对厂房的高度要求较高；②翻转板材浪费时间，焊接效率低。
随着焊接技术的发展，单面焊双面成形技术在船舶制造中广泛应用，实现了一面焊接可以两面成型，不用翻转板材，提高了焊接的效率。但对应单面焊双面成型的焊接材料还存在工艺性能和机械性能方面的问题，比如焊剂发气量大，反面焊道成形不稳定。CN101537550 公开了“一种埋弧烧结焊剂及其生产方法”，该烧结焊剂可用于单面焊双面，但存在只能满足在0℃下的冲击吸收功≥34KJ，力学性能只能符合2Y级要求的问题，不适于较高速度的焊接，不能很好的满足各国船级社要求-20℃的冲击吸收功≥34KJ的3Y级标准的生产要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高效埋弧焊用烧结焊剂及其生产工艺，该烧结焊剂可满足良好的单面焊双面工艺要求，反面焊道成形稳定，适合高速焊接，具有较好的机械性能，达到各国船级社要求的3Y级标准。
本发明的技术解决方案是：
一种高效埋弧焊用烧结焊剂，包括正面焊剂和反面焊剂，其特殊之处在于：
正面焊剂按照重量百分含量由以下成分组成：
Al2O3:3%~6.8%，CaO:5%~10%，CaF2:3%~7%，MgO:18%~25%，SiO2:15.2%~20%，TiO2:3%~8%，B2O3:0.5%~2%，Fe粉:30%~38%，硅钙合金:1%~5%；
反面焊剂按照重量百分含量由以下成分组成：
Al2O3:40%~50%，CaF2:5%~10%，MgO:5%~10%，MnO:5%~12%，SiO2:10%~18%， TiO2:7%~12%，Fe2O3:1%~4.8%，硅钙合金:5%~10%。
所述烧结焊剂，正面焊剂按照重量百分含量由以下成分组成：
Al2O3：5%， CaO：8%， CaF2：5%， MgO：25%，SiO2：15.2%， TiO2：8%， B2O3 ：0.8%，Fe粉：30%， 硅钙合金：3%；
反面焊剂按照重量百分含量由以下成分组成：
Al2O3:50%，CaF2：5%， MgO：10%， MnO：8.2%， SiO2：10%， TiO2：7%， Fe2O3：4.8%，硅钙合金：5%。
所述烧结焊剂，正面焊剂按照重量百分含量由以下成分组成：
Al2O3：6.8%， CaO：5%， CaF2：7%， MgO：21.2%，SiO2：18.5%， TiO2：3%， B2O3 ：1.5%，Fe粉：32%， 硅钙合金：5%；
反面焊剂按照重量百分含量由以下成分组成：
Al2O3:42%，CaF2：10%， MgO：6%， MnO：5%， SiO2：18%， TiO2：9%， Fe2O3：3%，硅钙合金：7%。
所述烧结焊剂，正面焊剂按照重量百分含量由以下成分组成：
Al2O3：3%， CaO：10%， CaF2：3%， MgO：18%，SiO2：20%， TiO2：5%， B2O3 ：2%，Fe粉：38%， 硅钙合金：1%；
反面焊剂按照重量百分含量由以下成分组成：
Al2O3:40%，CaF2：8%， MgO：5%， MnO：12%， SiO2：12%， TiO2：12%， Fe2O3：1%，硅钙合金：10%。
一种高效埋弧焊用烧结焊剂的生产工艺，其具体步骤如下：
以铝矾土、硅灰石、萤石、重烧镁砂、石英、金红石钛白粉、硼砂、硅钙合金和铁粉，或铝矾土、萤石、重烧镁砂、锰矿、石英、金红石钛白粉、硅钙合金和Fe2O3为原料，按照焊剂成分进行配料，放入搅拌机中搅拌均匀，得到混合料，加入占混合料总质量18%~20%的粘结剂，进行造粒，在200℃~300℃进行低温烘干后，进行筛选，得到粒度为16目~50目的颗粒，然后在380℃~400℃下烧结3h后，筛选出粒度为16目~50目的颗粒，即为产品烧结焊剂。
所述粘结剂为按照质量比1:1混合的硅酸钾和硅酸钠。
烧结焊剂主要成分的作用：
Al2O3 ：主要是造渣剂，能提高焊剂熔点，使焊道表面光滑。加入量过少，则达不到要求，加入量过多，则焊剂熔点过高，使焊道成形变差。
CaO ：主要是造渣剂，能提高焊剂熔点和碱度，改善脱渣性和减少硫、磷的影响。加入量过少，则达不到要求，加入量过多，则焊剂熔点过高，使焊道成形变差，容易使焊剂吸潮。
CaF2 ：主要是造渣剂，能够提高焊剂的碱度，降低焊剂的熔点，增加焊渣的流动性，减少氢对焊缝的影响。加入量过少，则达不到要求，加入量过多，则焊渣变得太稀，使焊道成形变差，同时降低电弧稳定性。
MgO ：主要是造渣剂，能提高焊剂熔点和碱度，纯净焊缝金属，提高焊缝的力学性能。加入量过少，则达不到要求，加入量过多，则焊剂熔点过高，使焊道成形变差，焊缝中扩散氢增加。
MnO ：能够电弧稳定性，减少焊渣的粘度因而能提高焊接速度，同时能减少焊缝中硫的影响。焊接时能向焊缝中过渡一些锰，起到改善焊缝机械性能的作用。加入量过少，则达不到要求，加入量过多，则焊渣过稀，使焊道成形变差，同时焊缝中增锰过多，反而降低机械性能。
SiO2 ：主要是造渣剂，能够提高焊渣的粘度和降低焊剂的碱度，改善脱渣性能。加入量过少，则达不到要求，加入量过多，则焊渣过粘，使焊道成形变差，同时因焊剂碱度降低，使合金烧损增加。
TiO2 ：改善焊接工艺性能，同时焊接时能向焊缝中过渡一些钛，与焊缝中的硼联合作用起到细化焊缝晶粒的作用。加入量过少，则达不到要求，加入量过多，则降低焊剂碱度，增加合金元素的烧损量。
B2O3 ：焊接时能向焊缝中过渡一些硼，与焊缝中的钛联合作用起到细化焊缝晶粒的作用。加入量过少，则达不到要求，加入量过多，则硼过渡量增加，降低焊缝机械性能。
Fe粉 ：焊接过程中被熔化填充焊缝中，提高焊接的熔敷效率，达到高效焊接。加入量过少，则熔敷效率较低，达不到要求，加入量过多，则焊接工艺性变差。
硅钙合金 ：在高效焊接中，一般热输入量较高，其焊缝组织容易粗大，降低焊缝的机械性能，而加入一些硅钙合金，能使其焊缝微合金化，细化焊缝晶粒，从而提高焊缝机械性能。加入量过少，则起不到作用，加入量过多，则增加焊缝强度，使其超标。
本发明的有益效果:
以Al2O3、CaO、CaF2、MgO、SiO2为造渣剂，根据正面焊剂和反面焊剂对焊接性能的不同要求，合理配料，并加入MnO以改善机械性能和提高焊接速度，加入TiO2、B2O3和硅钙合金配合使用，细化晶粒，从而保证焊缝机械性能；配制的烧结焊剂焊接电弧稳定，脱渣良好，焊缝宽度及高度比较均匀一致，熔合良好，过渡圆滑，焊缝成形美观，同时无咬边、气孔、夹渣等缺陷，满足良好的单面焊双面工艺要求，反面焊道成形稳定，适合高速焊接，具有较好的机械性能，达到各国船级社要求的3Y级标准。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
正面焊剂按重量百分比由以下成分组成：
Al2O3：5公斤， CaO：8公斤， CaF2：5公斤， MgO：25公斤，SiO2：15.2公斤， TiO2：8公斤， B2O3 ：0.8公斤，Fe粉：30公斤， 硅钙合金：3公斤；
反面焊剂按重量百分比由以下成分组成：
Al2O3:50公斤，CaF2：5公斤， MgO：10公斤， MnO：8.2公斤， SiO2：10公斤， TiO2：7公斤， Fe2O3：4.8公斤，硅钙合金：5公斤；
焊剂生产采用如下工艺进行：
以铝矾土、硅灰石、萤石、重烧镁砂、石英、金红石钛白粉、硼砂、硅钙合金和铁粉为原料，按照正面焊剂成分进行配料，放入搅拌机中搅拌均匀，得到混合料，加入占混合料总质量18%的粘结剂，所述粘结剂为按照质量比1:1混合的硅酸钾和硅酸钠，进行造粒，在200℃进行低温烘干后，进行筛选，得到粒度为16目~50目的颗粒，然后在380℃下烧结3h后，筛选出粒度为16目~50目的颗粒，即为产品烧结焊剂。
铝矾土、萤石、重烧镁砂、锰矿、石英、金红石钛白粉、硅钙合金和Fe2O3为原料，按照反面焊剂成分进行配料，放入搅拌机中搅拌均匀，得到混合料，加入占混合料总质量18%的粘结剂，所述粘结剂为按照质量比1:1混合的硅酸钾和硅酸钠，进行造粒，在200℃进行低温烘干后，进行筛选，得到粒度为16目~50目的颗粒，然后在380℃下烧结3h后，筛选出粒度为16目~50目的颗粒，即为产品烧结焊剂。
实施例2
正面焊剂按重量百分比由以下成分组成：
Al2O3：6.8公斤， CaO：5公斤， CaF2：7公斤， MgO：21.2公斤，SiO2：18.5公斤， TiO2：3公斤， B2O3 ：1.5公斤，Fe粉：32公斤， 硅钙合金：5公斤；
反面焊剂按重量百分比由以下成分组成：
Al2O3:42公斤，CaF2：10公斤， MgO：6公斤， MnO：5公斤， SiO2：18公斤， TiO2：9公斤， Fe2O3：3公斤，硅钙合金：7公斤；
焊剂生产采用如下工艺进行：
以铝矾土、硅灰石、萤石、重烧镁砂、石英、金红石钛白粉、硼砂、硅钙合金和铁粉为原料，按照正面焊剂成分进行配料，放入搅拌机中搅拌均匀，得到混合料，加入占混合料总质量20%的粘结剂，所述粘结剂为按照质量比1:1混合的硅酸钾和硅酸钠，进行造粒，在300℃进行低温烘干后，进行筛选，得到粒度为16目~50目的颗粒，然后在400℃下烧结3h后，筛选出粒度为16目~50目的颗粒，即为产品烧结焊剂。
铝矾土、萤石、重烧镁砂、锰矿、石英、金红石钛白粉、硅钙合金和Fe2O3为原料，按照反面焊剂成分进行配料，放入搅拌机中搅拌均匀，得到混合料，加入占混合料总质量20%的粘结剂，所述粘结剂为按照质量比1:1混合的硅酸钾和硅酸钠，进行造粒，在300℃进行低温烘干后，进行筛选，得到粒度为16目~50目的颗粒，然后在400℃下烧结3h后，筛选出粒度为16目~50目的颗粒，即为产品烧结焊剂。
实施例3
正面焊剂按重量百分比由以下成分组成：
Al2O3：3公斤， CaO：10公斤， CaF2：3公斤， MgO：18公斤，SiO2：20公斤， TiO2：5公斤， B2O3 ：2公斤，Fe粉：38公斤， 硅钙合金：1公斤；
反面焊剂按重量百分比由以下成分组成：
Al2O3:40公斤，CaF2：8公斤， MgO：5公斤， MnO：12公斤， SiO2：12公斤， TiO2：12公斤， Fe2O3：1公斤，硅钙合金：10公斤；
焊剂生产采用如下工艺进行：
以铝矾土、硅灰石、萤石、重烧镁砂、石英、金红石钛白粉、硼砂、硅钙合金和铁粉为原料，按照正面焊剂成分进行配料，放入搅拌机中搅拌均匀，得到混合料，加入占混合料总质量19%的粘结剂，所述粘结剂为按照质量比1:1混合的硅酸钾和硅酸钠，进行造粒，在240℃进行低温烘干后，进行筛选，得到粒度为16目~50目的颗粒，然后在390℃下烧结3h后，筛选出粒度为16目~50目的颗粒，即为产品烧结焊剂。
铝矾土、萤石、重烧镁砂、锰矿、石英、金红石钛白粉、硅钙合金和Fe2O3为原料，按照反面焊剂成分进行配料，放入搅拌机中搅拌均匀，得到混合料，加入占混合料总质量19%的粘结剂，所述粘结剂为按照质量比1:1混合的硅酸钾和硅酸钠，进行造粒，在240℃进行低温烘干后，进行筛选，得到粒度为16目~50目的颗粒，然后在390℃下烧结3h后，筛选出粒度为16目~50目的颗粒，即为产品烧结焊剂。
利用本发明实施例1～实施例3的烧结焊剂进行焊接试验。
1、试验装置
采用的试验装置以及型号如表1所示：
表1
2、试验用钢板
该试验用钢板的规格如表2所示：
表2
3、 焊接试验规范
焊接试验规范指标如表3所示：
表3
4、焊接接头的力学性能
焊接后的焊接接头的力学性能检测数据如表4所示：
表4
通过表4中的力学性能数据可以看出，三个实施例的试验结果均能以较大的余量满足船级社3Y级别的标准。
5、焊接工艺性能
通过本发明实施例1～实施例3的三组配方和三组板厚的试验，结果表明其焊接电弧稳定，脱渣良好，焊缝宽度及高度比较均匀一致，熔合良好，过渡圆滑，焊缝成形美观，同时无咬边、气孔、夹渣等缺陷，均能满足生产的要求。

Claims (6)

1.一种高效埋弧焊用烧结焊剂，包括正面焊剂和反面焊剂，其特征是：
正面焊剂按照重量百分含量由以下成分组成：
Al2O3:3%~6.8%，CaO:5%~10%，CaF2:3%~7%，MgO:18%~25%， SiO2:15.2%~20%，TiO2:3%~8%，B2O3:0.5%~2%，Fe粉:30%~38%，硅钙合金:1%~5%；
反面焊剂按照重量百分含量由以下成分组成：
Al2O3:40%~50%，CaF2:5%~10%，MgO:5%~10%，MnO:5%~12%，SiO2:10%~18%， TiO2:7%~12%，Fe2O3:1%~4.8%，硅钙合金:5%~10%。
2.根据权利要求1所述的高效埋弧焊用烧结焊剂，其特征是：所述烧结焊剂，正面焊剂按照重量百分含量由以下成分组成：
Al2O3：5%， CaO：8%， CaF2：5%， MgO：25%，SiO2：15.2%， TiO2：8%， B2O3 ：0.8%，Fe粉：30%， 硅钙合金：3%；
反面焊剂按照重量百分含量由以下成分组成：
Al2O3:50%，CaF2：5%， MgO：10%， MnO：8.2%， SiO2：10%， TiO2：7%， Fe2O3：4.8%，硅钙合金：5%。
3.根据权利要求1所述的高效埋弧焊用烧结焊剂，其特征是：所述烧结焊剂，正面焊剂按照重量百分含量由以下成分组成：
Al2O3：6.8%， CaO：5%， CaF2：7%， MgO：21.2%，SiO2：18.5%， TiO2：3%， B2O3 ：1.5%，Fe粉：32%， 硅钙合金：5%；
反面焊剂按照重量百分含量由以下成分组成：
Al2O3:42%，CaF2：10%， MgO：6%， MnO：5%， SiO2：18%， TiO2：9%， Fe2O3：3%，硅钙合金：7%。
4.根据权利要求1所述的高效埋弧焊用烧结焊剂，其特征是：所述烧结焊剂，正面焊剂按照重量百分含量由以下成分组成：
Al2O3：3%， CaO：10%， CaF2：3%， MgO：18%，SiO2：20%， TiO2：5%， B2O3 ：2%，Fe粉：38%， 硅钙合金：1%；
反面焊剂按照重量百分含量由以下成分组成：
Al2O3:40%，CaF2：8%， MgO：5%， MnO：12%， SiO2：12%， TiO2：12%， Fe2O3：1%，硅钙合金：10%。
5.如权利要求1~4所述的一种高效埋弧焊用烧结焊剂的生产工艺，其特征是：
以铝矾土、硅灰石、萤石、重烧镁砂、石英、金红石钛白粉、硼砂、硅钙合金和铁粉，或铝矾土、萤石、重烧镁砂、锰矿、石英、金红石钛白粉、硅钙合金和Fe2O3为原料，按照焊剂成分进行配料，放入搅拌机中搅拌均匀，得到混合料，加入占混合料总质量18%~20%的粘结剂，进行造粒，在200℃~300℃进行低温烘干后，进行筛选，得到粒度为16目~50目的颗粒，然后在380℃~400℃下烧结3h后，筛选出粒度为16目~50目的颗粒，即为产品烧结焊剂。
6.根据权利要求5所述的一种高效埋弧焊用烧结焊剂的生产工艺，其特征是：所述粘结剂为按照质量比1:1混合的硅酸钾和硅酸钠。
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