CN105081615A - 一种海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂及其制备方法 - Google Patents

一种海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂，由下述重量百分比的成分构成：MgO：18～23％，CaF2：28～32％，Al2O3：18～22％，TiO2：1～5％，SiO2：18～22％，CaO：3～7％，Na3AIF6：2～5％，MnO:2～6％，S≤0.015％，P≤0.025％。该发明烧结焊剂的焊缝金属具有良好的脱渣、抗气孔等焊接工艺性能，并具有良好的抗裂性能，-40℃夏比冲击功较高，且扩散氢含量满足超低氢要求。

Description

一种海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂及其制备方法
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂及其制备方法，适用于海洋工程用460MPa级钢种埋弧配套焊接工艺。
背景技术
海洋工程用钢种类繁多、强度覆盖跨度大，针对每种强度钢板，国外知名焊材生产厂商拥有系列较为完善的焊接材料。而国内到目前为止仅有个别厂商能够提供极少数焊接材料，与国外焊材存在较大的差距。
因此，针对现有技术与与国外焊材存在的较大差距，迫切需要开展海洋工程用460MPa级焊接材料研制与工程应用研究，最终实现焊接材料工艺性能、力学性能及扩散氢含量达到国外同类焊接材料水平；形成针对海洋工程用460MPa级钢种配套焊接材料的生产能力与结构焊接施工解决方案，形成具有自主知识产权的海洋工程焊接技术和工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂，其焊接工艺性能优良且焊缝低温冲击韧性高、扩散氢含量低熔敷金属的扩散氢达到超低氢的指标要求。
本发明的技术方案是提供了一种海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂，由下述重量百分比的成分构成：MgO：18～23％，CaF2：28～32％，Al2O3：18～22％，TiO2：1～5％，SiO2：18～22％，CaO：3～7％，Na3AIF6：2～5％，MnO:2～6％，S≤0.015％，P≤0.025％。
作为一个优选实施方式，所述烧结焊剂由下述重量百分比的成分构成：MgO：22％，CaF2：28％，Al2O3：19％，TiO2：1％，SiO2：22％，CaO：3％，Na3AIF6：2％，MnO:2％，S≤0.015％，P≤0.025％。
优选的，上述烧结焊剂的粒度为10～60目。
优选的，上述烧结焊剂在焊接使用前经350℃烘干1小时。
本发明中烧结焊剂成分优选原则如下：
MgO主要作用是造渣，提高熔渣的碱度，降低扩散氢含量。本发明中，MgO是以电熔镁砂的形式加入，电熔镁砂的用量范围为焊剂总重量的18～23％，当MgO含量大于23％时，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，当MgO含量小于18％时焊剂碱度不够，焊缝冲击韧性较差；
CaF2主要作用是造渣，提高熔渣的碱度并降低焊缝中的扩散氢，从而提高焊缝金属的冲击韧性。本发明中，CaF2主要是以萤石的形式加入，萤石的用量范围为焊剂总重量的28～32％，其含量小于28％时焊剂碱度不够，且去氢效果不良，焊缝冲击韧性较差，焊道表面波纹较粗；含量大于32％时，焊接电弧稳定性变差，工艺性能不好,同时熔渣的流动性变大，焊道波纹形状紊乱，脱渣困难。
Al2O3主要作用是改变熔渣的黏度、碱度，从而较好的保护焊缝，并改善脱渣能力。本发明中，Al2O3主要是以铝矾土的形式加入，用量范围为焊剂总重量的18～22％，用量小于18％时熔渣较稀，波纹较粗；用量大于22％时，熔渣较粘，出现粘渣现象。
TiO2主要作用改善焊缝成形、造渣和向焊缝中过渡Ti元素的作用，由于TiO2不易分解出氧原子，从而减少了因焊剂过渡到焊缝中的氧含量的增加，从而达到提升焊缝低温冲击韧性的目的。本发明中，TiO2主要是以金红石的形式加入，用量范围为焊剂总重量的2～5％，用量小于1％时作用不明显；用量大于5％时，熔渣碱度小。
Na3AIF6主要作用降低熔渣黏度，改善熔渣流动性，降低扩散氢。本发明中主要是以冰晶石的形式加入，用量范围为焊剂总重量的2～5％，当用量小于2％时，效果不明显，当用量超过5％时，渣过稀。
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。本发明中主要是以硅灰石的形式加入，用量范围为焊剂总重量的3～7％，用量小于3％时作用不明显；用量大于7％时，不便于加入。
S、P是有害杂质，若焊缝中含硫量过高，则在熔池结晶时易于偏析，从而增大了焊缝金属的热裂纹倾向，同时还降低了冲击韧性和抗腐蚀性；当钢中磷含量过高，将增加焊缝的冷脆性，降低焊缝金属的冲击韧性并使脆性转变温度升高，所以控制焊剂中的S≤0.015％、P≤0.025％以内。
另外，本发明还提供了一种海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂的制备方法，包括如下步骤：
1)按烧结焊剂原料成分进行选料，将所需原料复检合格后按照原料配方进行配比称重；
2)将步骤1)中准备好的原料放进干搅拌器中进行干搅拌，搅拌均匀后的粉料放入湿搅拌器中加入水玻璃进行湿搅拌，充分搅拌均匀；
3)将步骤2)中搅拌均匀的始料送入造粒机进行造粒；
4)将步骤3)造出的粒状焊剂经热风干燥后送入烘干炉烘干，去除水分后过筛，控制焊剂粒度大小10～60目，并送入烧结炉进行烧结；
5)烧结完出炉冷却后经检验、过筛、包装、入库。
进一步地，步骤2)中加入的水玻璃质量为粉料质量的20％。
进一步地，步骤4)中烘干炉的温度为150～200℃。
进一步地，步骤4)中烧结炉的烧结温度为800～850℃，烧结时间为1小时。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂，其焊缝金属具有良好的脱渣、抗气孔等焊接工艺性能并具有良好的抗裂性能，其夏比冲击功(-40℃)在100J以上。
(2)本发明提供的这种海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂的扩散氢含量低，满足扩散氢含量小于5ml/100g的超低氢要求。
(3)本发明提供的这种海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂严格控制原材料，降低各组分含氧量，减少原材料有害杂质，提升焊缝金属纯净度，同时添加适量CaO进一步增强焊接过程中脱S、P效果，减少有害杂质。
具体实施方式
实施例1：
本实施例提供了一种海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂，该烧结焊剂由下述重量百分比的成分构成：MgO：21％，CaF2：28％，Al2O3：18％，TiO2：5％，SiO2：18％，CaO：4％，Na3AIF6：2％，MnO：2％，S≤0.015％，P≤0.025％，余量为不可避免的杂质。
该烧结焊剂的制备方法：将所需原料复检合格后，过筛后按照配方进行配比称重，然后放进干搅拌器中进行干搅拌，搅拌均匀后的粉料放入湿搅拌器，加入粉料质量20％的水玻璃进行湿搅拌，充分搅拌均匀，搅拌好的始料送入造粒机进行造粒，造出的粒状焊剂经热风干燥后送入烘干炉，在150～200℃的温度下进行烘干，去除水分后过筛，控制粒度10～60目的焊剂送入烧结炉进行烧结，烧结温度800～850℃，烧结时间1小时，出炉冷却后经检验、过筛、包装、入库。
在焊接前，焊剂经350℃烘干1小时后进行焊接试验，配合MCJ55HG焊丝进行焊接，经检测，焊缝表面无压坑，焊缝成型良好。
本实施例制得烧结焊剂配合MCJ55HG焊丝进行焊接性能测试，其熔敷金属力学性能如表1所示，熔敷金属扩散氢含量(水银法)测试结果如表2所示。
实施例2：
本实施例提供了一种海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂，该烧结焊剂由下述重量百分比的成分构成：MgO：18％，CaF2：30％，Al2O3：18％，TiO2：1％，SiO2：18％，CaO：6％，Na3AIF6：2％，MnO：6％，S≤0.015％，P≤0.025％，余量为不可避免的杂质。
该烧结焊剂的制备方法：将所需原料复检合格后，过筛后按照配方进行配比称重，然后放进干搅拌器中进行干搅拌，搅拌均匀后的粉料放入湿搅拌器，加入粉料质量20％的水玻璃进行湿搅拌，充分搅拌均匀，搅拌好的始料送入造粒机进行造粒，造出的粒状焊剂经热风干燥后送入烘干炉，在150～200℃的温度下进行烘干，去除水分后过筛，控制粒度10～60目的焊剂送入烧结炉进行烧结，烧结温度800～850℃，烧结时间1小时，出炉冷却后经检验、过筛、包装、入库。
在焊接前，焊剂经350℃烘干1小时后进行焊接试验，配合MCJ55HG焊丝进行焊接，焊缝表面无压坑，焊缝成型良好。
本实施例制得烧结焊剂配合MCJ55HG焊丝进行焊接性能测试，其熔敷金属力学性能如表1所示，熔敷金属扩散氢含量(水银法)测试结果如表2所示。
实施例3：
本实施例提供了一种海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂，该烧结焊剂由下述重量百分比的成分构成：MgO：22％，CaF2：28％，Al2O3：19％，TiO2：1％，SiO2：22％，CaO：3％，Na3AIF6：2％，MnO：2％，S≤0.015％，P≤0.025％，余量为不可避免的杂质。
该烧结焊剂的制备方法：将所需原料复检合格后，过筛后按照配方进行配比称重，然后放进干搅拌器中进行干搅拌，搅拌均匀后的粉料放入湿搅拌器，加入粉料质量20％的水玻璃进行湿搅拌，充分搅拌均匀，搅拌好的始料送入造粒机进行造粒，造出的粒状焊剂经热风干燥后送入烘干炉，在150～200℃的温度下进行烘干，去除水分后过筛，控制粒度10～60目的焊剂送入烧结炉进行烧结，烧结温度800～850℃，烧结时间1小时，出炉冷却后经检验、过筛、包装、入库。
在焊接前，焊剂经350℃烘干1小时后进行焊接试验，配合MCJ55HG焊丝进行焊接，焊缝表面无压坑，焊缝成型良好。
本实施例制得烧结焊剂配合MCJ55HG焊丝进行焊接性能测试，其熔敷金属力学性能如表1所示，熔敷金属扩散氢含量(水银法)测试结果如表2所示。
实施例4：
本实施例提供了一种海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂，该烧结焊剂由下述重量百分比的成分构成：MgO：18％，CaF2：32％，Al2O3：22％，TiO2：1％，SiO2：20％，CaO：3％，Na3AIF6：2％，MnO：2％，S≤0.015％，P≤0.025％，余量为不可避免的杂质。
该烧结焊剂的制备方法：将所需原料复检合格后，过筛后按照配方进行配比称重，然后放进干搅拌器中进行干搅拌，搅拌均匀后的粉料放入湿搅拌器，加入粉料质量20％的水玻璃进行湿搅拌，充分搅拌均匀，搅拌好的始料送入造粒机进行造粒，造出的粒状焊剂经热风干燥后送入烘干炉，在150～200℃的温度下进行烘干，去除水分后过筛，控制粒度10～60目的焊剂送入烧结炉进行烧结，烧结温度800～850℃，烧结时间1小时，出炉冷却后经检验、过筛、包装、入库。
在焊接前，焊剂经350℃烘干1小时后进行焊接试验，配合MCJ55HG焊丝进行焊接，焊缝表面无压坑，焊缝成型良好。
本实施例制得烧结焊剂配合MCJ55HG焊丝进行焊接性能测试，其熔敷金属力学性能如表1所示，熔敷金属扩散氢含量(水银法)测试结果如表2所示。
实施例5：
本实施例提供了一种海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂，该烧结焊剂由下述重量百分比的成分构成：MgO：23％，CaF2：28％，Al2O3：18％，TiO2：2％，SiO2：20％，CaO：7％，Na3AIF6：5％，MnO：2％，S≤0.015％，P≤0.025％，余量为不可避免的杂质。
该烧结焊剂的制备方法：将所需原料复检合格后，过筛后按照配方进行配比称重，然后放进干搅拌器中进行干搅拌，搅拌均匀后的粉料放入湿搅拌器，加入粉料质量20％的水玻璃进行湿搅拌，充分搅拌均匀，搅拌好的始料送入造粒机进行造粒，造出的粒状焊剂经热风干燥后送入烘干炉，在150～200℃的温度下进行烘干，去除水分后过筛，控制粒度10～60目的焊剂送入烧结炉进行烧结，烧结温度800～850℃，烧结时间1小时，出炉冷却后经检验、过筛、包装、入库。
在焊接前，焊剂经350℃烘干1小时后进行焊接试验，配合MCJ55HG焊丝进行焊接，焊缝表面无压坑，焊缝成型良好。
本实施例制得烧结焊剂配合MCJ55HG焊丝进行焊接性能测试，其熔敷金属力学性能如表1所示，熔敷金属扩散氢含量(水银法)测试结果如表2所示。
表1：熔敷金属力学性能
表2：熔敷金属扩散氢含量
综上所述，本发明提供的这种海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂焊缝金属具有良好的脱渣、抗气孔等焊接工艺性能，并具有良好的抗裂性能，-40℃夏比冲击功在100J以上，且扩散氢含量满足小于5ml/100g的超低氢要求。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂，其特征在于：所述烧结焊剂由下述重量百分比的成分构成：MgO：18～23％，CaF2：28～32％，Al2O3：18～22％，TiO2：1～5％，SiO2：18～22％，CaO：3～7％，Na3AIF6：2～5％，MnO:2～6％，S≤0.015％，P≤0.025％。
2.如权利要求1所述的海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂，其特征在于：所述烧结焊剂由下述重量百分比的成分构成：MgO：22％，CaF2：28％，Al2O3：19％，TiO2：1％，SiO2：22％，CaO：3％，Na3AIF6：2％，MnO:2％，S≤0.015％，P≤0.025％。
3.如权利要求1或2所述的海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂，其特征在于：所述烧结焊剂的粒度为10～60目。
4.如权利要求1或2所述的海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂，其特征在于：所述烧结焊剂在焊接使用前经350℃烘干1小时。
5.如权利要求1～4任一项所述的海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)按权利要求1～4任一项所述的烧结焊剂原料成分进行选料，将所需原料复检合格后按照原料配方进行配比称重；
2)将步骤1)中准备好的原料放进干搅拌器中进行干搅拌，搅拌均匀后的粉料放入湿搅拌器中加入水玻璃进行湿搅拌，充分搅拌均匀；
3)将步骤2)中搅拌均匀的始料送入造粒机进行造粒；
4)将步骤3)造出的粒状焊剂经热风干燥后送入烘干炉烘干，去除水分后过筛，控制焊剂粒度大小10～60目，并送入烧结炉进行烧结；
5)烧结完出炉冷却后经检验、过筛、包装、入库。
6.如权利要求5所述的海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中加入的水玻璃质量为粉料质量的20％。
7.如权利要求5所述的海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中烘干炉的温度为150～200℃。
8.如权利要求5～7任一项所述的海洋工程用高韧性低氢型烧结焊剂的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中烧结炉的烧结温度为800～850℃，烧结时间为1小时。
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