CN106736044A - 一种船用钢小坡口埋弧焊焊剂及其制备方法 - Google Patents

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吴兴祥
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NANJING JIANGKE WELDING TECHNOLOGY Co Ltd
SHANGHAI HULIN HEAVY INDUSTRY Co Ltd
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NANJING JIANGKE WELDING TECHNOLOGY Co Ltd
SHANGHAI HULIN HEAVY INDUSTRY Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种船用钢小坡口埋弧焊焊剂及其制备方法，所述埋弧焊剂包括的原料及各原料组分重量配比如下：镁砂：15～28％；白刚玉：15～30％；硅灰石：10～25％；萤石：10～20％；金红石：10～20％；锰矿：1～10％；硅铁：1‑7％；以上各组成成分的重量百分比之和为100％。本发明具有低吸湿性，焊接电弧稳定，焊剂焊后脱渣性良好，焊缝成形美观，焊后渣壳可以自动翘起，没有咬边等缺陷；生产效率高，综合成本低，焊接质量好，非常适合船用钢小坡口条件下的埋弧焊接。

Description

一种船用钢小坡口埋弧焊焊剂及其制备方法
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，尤其是涉及一种船用钢小坡口埋弧焊焊剂及其制备方法。
背景技术
随着我国重工业的迅速发展，埋弧自动焊因其操作方便，使用简单，无弧光等优势被广泛的应用到工业生产中，因此我国对烧结焊剂的需求量也越来越高，并且将国内烧结焊剂的研发重点放到了对不同种焊接材料和特殊焊接环境下的烧结焊剂研制。随着现代工业的发展，焊接过程中所用板材厚度越来越大，且大部分的厚板对接焊接都要按照规范开一定的坡口。减小厚板焊接时所开坡口的大小，可以减少焊接时焊接热量输入对母材的影响，而且节省填充金属。采用小坡口进行埋弧焊接，可节约下来很大一部分的填充金属，并且使用小坡口进行埋弧焊后，焊缝的热影响区比较窄。专利CN104384754A(申请号：201410649436.3，公开日：2015.03.04)公开了一种窄间隙焊埋弧焊剂，其焊剂的成分为：烧结α型三氧化二铝10-30份、萤石20-45份、粗镁砂15-30份、细镁砂10-25份、铝矾土10-25份、硅灰石5-15份、金红石1-15份、金属锰1-10份、硅铁1-10份。据信该发明在焊接过程中熔点、粘度和表面张力达到了较为合理的协调统一，焊接电弧稳定，焊缝外观成形质量好，但窄间隙焊要求焊剂颗粒小以保证充分渗透到焊道根部，但颗粒小容易漏掉，对焊剂颗粒要求高，生产成本高，并且焊剂脱渣性还略显不足。由于不开坡口，焊后残余应力相对较大，焊缝力学性能稍有欠缺。因此针对上述问题，本专利提出了一种小坡口埋弧焊剂，具有高效率，高质量，高脱渣性等特点，焊缝成型美观，具有优良的工艺性能和力学性能，生产成本低，非常适合小坡口埋弧焊，具有良好的市场前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种船用钢小坡口埋弧焊焊剂及其制备方法，适用于船用钢小坡口条件下的埋弧焊，焊后脱渣性非常好，具有优良的工艺性能和力学性能，可改善焊缝成型，减少焊接缺陷。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种船用钢小坡口埋弧焊焊剂及其制备方法，其焊剂由以下重量百分比的原料组成：
镁砂：15～28％；
白刚玉：15～30％；
硅灰石：10～25％；
萤石：10～20％；
金红石：10～20％；
锰矿：1～10％；
硅铁：1～7％。
以上各组成成分的重量百分比之和为100％。
优选的，包括如下重量百分比的组成成分，萤石：14％；镁砂：20％；金红石：17％；白刚玉：25％；硅灰石：16％；锰矿：5％；硅铁：3％。
优选的，包括如下重量百分比的组成成分，萤石：12％；镁砂：24％；金红石：15％；白刚玉：27％；硅灰石：13％；锰矿：4％；硅铁：5％。
优选的，包括如下重量百分比的组成成分，萤石：16％；镁砂：22％；金红石：13％；白刚玉：30％；硅灰石：12％；锰矿：3％；硅铁：4％。
优选的，所述萤石中CaF2含量≥95％；
优选的，所述镁砂中MgO含量≥98％；
优选的，所述硅灰石中SiO2＝41～45％，CaO＝45～52％；
优选的，所述白刚玉中A12O3含量≥94％；
优选的，所述锰矿中MnO含量≥65％。
本发明中，镁砂是焊剂的主要成分，其作用是造渣，调节焊剂的碱度和提高焊剂的熔点。镁砂的主要成分是MgO，MgO是碱性氧化物，能够提高熔渣的碱度，改善熔池的低温冲击韧性，降低扩散氢。但由于MgO熔点较高，可以增加熔渣的熔点，提高熔渣的粘度，抑制熔渣的流动性，加入量超过30％时，熔渣凝固速度快，压迫焊缝成型，脱渣性不好，影响焊缝成型美观。为保证焊缝性能，本发明中镁砂的含量在15％～28％。
硅灰石也是本发明焊剂的主要组成成分，主要作为造渣剂，属于稳定的氧化物，与镁砂等结合成共熔体，形成焊接熔渣。含量较少时，电弧不稳定，易产生断弧的现象；含量较高时，熔敷金属增Si，同时熔渣的粘度过大，流动性较差。此外，SiO2具有降低熔渣表面张力的作用，有利于改善脱渣性能和焊缝成形作用。故本发明中，硅灰石含量在10～25％。
萤石：适量的萤石可以降低液态金属的表面张力，提高其流动性，使得焊缝成型美观，降低焊缝气孔敏感性，并能够降低熔敷金属的扩散氢含量。萤石含量低于10％时，使得焊缝成型不好，焊缝中易出气孔；当萤石含量超过20％时，使电弧稳定性变差，因此控制焊剂中萤石的含量为10％～20％。
白刚玉：主要成分是Al2O3。Al2O3是两性氧化物，具有较高的熔点，可以调节熔渣粘度，具有增大熔渣表面张力的作用。通过大量的试验得出，随着白刚玉的加入量逐渐增加，焊剂的焊接工艺性能逐渐得到改善，焊缝脱渣性变好，电弧趋于稳定。但过高的Al2O3含量会使焊缝弧度更尖且不平滑，易产生气孔和麻点。在焊剂配方中，白刚玉起到平衡碱度和改善焊接工艺性能的作用，加入量在15％-30％之间。
锰矿：主要成分是MnO，调整熔敷金属中的含Mn量，降低熔渣的熔点，改善熔渣的流动性有利于焊缝的成形，有利于改善熔敷金属的韧性。但是含量超过10％时，由于它的还原作用，使得熔敷金属的含氧量增加，韧性然而降低。故本发明中，锰矿含量在1～10％。
金红石：主要成分为TiO2.。金红石在焊剂成分中起到不可或缺的作用，它可以增强熔渣和焊剂的流动性能，并且可以降低焊剂和熔渣的熔点，以获得焊缝成型美观且工艺性能良好的焊缝。故本发明中，金红石含量在10～20％。
硅铁：主要作用是脱氧，防止熔敷金属产生气孔，同时可向焊缝中添加硅元素，硅元素能保证焊缝的强度，但含量不能过高，过高易导致焊缝强度过高，冲击韧性下降。故本发明中，硅铁含量在1～7％。
上述船用钢小坡口埋弧焊焊剂的制备方法，包括步骤：首先将按重量百分比称好的粉料在干混器中干混，干混均匀后放入湿拌器，加入配料总重量24％的水玻璃进行湿拌，湿拌均匀后将湿粉通过传送带送入造粒盘进行造粒，在250℃～300℃下烘焙1小时，去除水分后将焊剂过筛，将筛分后在标准颗粒范围内的焊剂在750℃～800℃温度下高温烧结1小时，随炉冷却后过10目到40目筛子，即得成品烧结焊剂。
所述的金红石预先经过600-800℃1个小时的高温处理。
使用钾钠水玻璃作为粘结剂。
本发明的积极效果：
发明一种船用钢小坡口埋弧焊焊剂及其制备方法，具有低吸湿性，焊接电弧稳定，焊剂焊后脱渣性良好，焊缝成形美观，焊后渣壳可以自动翘起，具有优良的焊接工艺性能和力学性能，生产效率高，综合成本低，焊接质量好，解决了船用钢小坡口条件下焊接的难题。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面通过具体实例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种船用钢小坡口埋弧焊焊剂，其矿物原料组分所占重量百分比为：萤石：20％；镁砂：20％；金红石：14％；白刚玉：15％；硅灰石：18％；锰矿：10％；硅铁：3％。焊剂的制备方法是首先将按重量百分比称好的粉料在干混器中干混，干混均匀后放入湿拌器，加入配料总重量24％的水玻璃进行湿拌，湿拌均匀后将湿粉通过传送带送入造粒盘进行造粒，在250℃～300℃下烘焙1小时，去除水分后将焊剂过筛，将筛分后在标准颗粒范围内的焊剂在750℃～800℃温度下高温烧结1小时，随炉冷却后过10目到40目筛子，即得成品烧结焊剂。
实施例2
一种船用钢小坡口埋弧焊焊剂，其矿物原料组分所占重量百分比为：萤石：10％；镁砂：28％；金红石：20％；白刚玉：24％；硅灰石：10％；锰矿：1％；45硅铁7％。焊剂的制备方法是首先将按重量百分比称好的粉料在干混器中干混，干混均匀后放入湿拌器，加入配料总重量24％的水玻璃进行湿拌，湿拌均匀后将湿粉通过传送带送入造粒盘进行造粒，在250℃～300℃下烘焙1小时，去除水分后将焊剂过筛，将筛分后在标准颗粒范围内的焊剂在750℃～800℃温度下高温烧结1小时，随炉冷却后过10目到40目筛子，即得成品烧结焊剂。
实施例3
一种船用钢小坡口埋弧焊焊剂，其矿物原料组分所占重量百分比为：萤石：14％；镁砂：15％；金红石：10％；白刚玉：30％；硅灰石：25％；锰矿：5％；45硅铁：1％。焊剂的制备方法是首先将按重量百分比称好的粉料在干混器中干混，干混均匀后放入湿拌器，加入配料总重量24％的水玻璃进行湿拌，湿拌均匀后将湿粉通过传送带送入造粒盘进行造粒，在250℃～300℃下烘焙1小时，去除水分后将焊剂过筛，将筛分后在标准颗粒范围内的焊剂在750℃～800℃温度下高温烧结1小时，随炉冷却后过10目到40目筛子，即得成品烧结焊剂。
使用以上焊剂配合GB/T H10MnSi埋弧焊丝进行焊接，对应熔敷金属力学性能见下表：
通过上述试验结果验证力学性能：
上述焊接试验在电流300-420A，电压28-30V，焊接速度270-350mm/min的条件下进行，电弧稳定，焊缝成型美观，脱渣非常容易，没有咬边等缺陷，力学性能结果符合国标GB/T12470-2003中的规定，非常适合船用钢小坡口条件下埋弧焊。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种船用钢小坡口埋弧焊焊剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：
镁砂：15～28％；
白刚玉：15～30％；
硅灰石：10～25％；
萤石：10～20％；
金红石：10～20％；
锰矿：1～10％；
硅铁：1-7％。
2.如权利要求1所述的一种船用钢小坡口埋弧焊焊剂，其特征在于：所述萤石中CaF2含量≥95％。
3.如权利要求1所述的一种船用钢小坡口埋弧焊焊剂，其特征在于：所述电熔镁砂中MgO含量≥98％。
4.如权利要求1所述的一种船用钢小坡口埋弧焊焊剂，其特征在于：所述白刚玉中A12O3含量≥94％。
5.如权利要求1所述的一种船用钢小坡口埋弧焊焊剂，其特征在于：所述锰矿中MnO含量≥65％。
6.如权利要求1-5任一所述的一种船用钢小坡口埋弧焊焊剂的制备方法，其特征在于：包括步骤：首先将按重量百分比称好的粉料在干混器中干混，干混均匀后放入湿拌器，加入配料总重量24％的水玻璃进行湿拌，湿拌均匀后将湿粉通过传送带送入造粒盘进行造粒，在250℃～300℃下烘焙1小时，去除水分后将焊剂过筛，将筛分后在标准颗粒范围内的焊剂在750℃～800℃温度下高温烧结1小时，随炉冷却后过10目到40目筛子，即得成品烧结焊剂。
7.如权利要求6所述的一种船用钢小坡口埋弧焊焊剂的制备方法，其特征在于：所述的金红石预先经过600-800℃1个小时的高温处理。
8.如权利要求6所述的一种船用钢小坡口埋弧焊焊剂的制备方法，其特征在于：使用钾钠水玻璃作为粘结剂。
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