CN107138877B - 一种超薄耐高温通用焊接衬垫 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种超薄耐高温通用焊接衬垫，包括焊接垫条，所述垫条包括基层和焊剂层，所述焊剂层按质量份数计包括以下组分：CaO35～60份、MgO15～35份、SiO22～5份、玻璃纤维1～8份、Al2O320～30份、硅溶胶140～340份。采用本发明制备得到的衬垫，根据需要可以将若干的焊接衬垫条首尾连接起来，适用于各种电弧焊方法，焊接部位空间狭小也可以将焊接衬垫条单独使用。

Description

一种超薄耐高温通用焊接衬垫
技术领域
本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种超薄耐高温通用焊接衬垫。
背景技术
随着电弧焊接技术的发展，单面焊接技术在石油化工、航空航天、钢结构等领域应用广泛，该技术已成为保证工业产品质量的关键。
申请号为201510002945.1的发明申请公开了一种全位置焊接用焊剂衬垫材料及其生产工艺。该技术公开了其材料包括有烧结焊剂、酚醛树脂、乌洛托品水溶液等物质，使用该方案制备的衬垫，在焊接过程由于高温作用会使酚醛树脂等受热分解产生含C、H、O等原子，进而造成焊缝影响焊接质量。其公开了适用于全位置的焊接，但其实际上为将固化后的成品焊剂装入玻璃纤维袋中，依靠成粒状的成品焊剂在袋中的自由移动来适用于各种位置的焊接，这种方法装配复杂，大批量焊接时成本高，焊接效率低，同时会造成焊缝不规整，影响焊接质量。
发明内容
本发明针对上述不足之处而提供的一种超薄耐高温通用焊接衬垫，焊缝背部为圆弧面余高，且余高高度为1.2～1.8mm，能够达到ISO5817焊接质量标准B等级(最高级)，焊接接头成形优良，大幅度降低了接头应力集中，接头力学性能优异，焊接稳定性较好，效率较高。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种超薄耐高温通用焊接衬垫，包括焊接垫条，所述垫条包括基层和焊剂层，所述焊剂层按质量份数计包括以下组分：CaO35～60份、MgO15～35份、SiO22～5份、玻璃纤维1～8份、Al2O320～30份、硅溶胶140～340份。
本发明一实施例中，所述焊剂层的组分CaO、MgO、SiO2、Al2O3的粒度为100～150目。制成焊接垫条过程中需要后续的滚压工序，采用辊压机(辊子间隙调至0.8～1.2mm)将焊剂衬垫滚压，增加焊剂衬垫致密度和紧实度。
本发明另一实施例中，所述超薄耐高温通用焊接衬垫，所述焊剂层的组分CaO、MgO、SiO2、Al2O3的粒度为200～280目。不需要后续的滚压工序，粒径小于180目时，焊剂衬垫致密度低，在焊接过程中烧损量增大，可能出现焊漏情况，焊接后焊缝不规整；粒径大于300目时，焊接衬垫韧性大幅度降低，最大弯折角为90°，大于该弯折角度焊剂层易发生开裂现象，进而不能很好的适应形状复杂的焊缝。
进一步的，所述玻璃纤维直径选自8-15μm。在此范围内，玻璃纤维可以增强衬垫的韧性，与其余组分混合更均匀，与其余无机组分键合后再焊接时连接键断裂均一，使焊缝成圆弧形型好。
硅溶胶(mSiO2.nH2O)无臭无毒胶体溶液，胶体粒子微细(10～20nm)，有相当大的比表面积，粘度较低，从而有非常强渗透能力，因此和其它物质混合时分散性和渗透性都非常好，当硅溶胶水份蒸发时，胶体粒子牢固地附着在物体表面，粒子间形成硅氧结合。研究发现将硅溶胶作为焊剂层组分，可以使其余组分分散更均匀。相比水玻璃等类似物质，采用硅溶胶制备得到的焊接垫条可以使焊接后的焊缝成圆弧型好，且余高相比更低。进一步的，所述硅溶胶的粒径选自10～20nm，浓度为80％。
进一步的，所述焊剂层成条状固化于基层中部，焊剂层左右两侧的基层分别向上翻折与焊剂层表面贴合，并与所述焊剂层表面形成凹槽。
申请人研究发现，基层采用金属材质，焊接时可以导电，可以提高焊接质量，使焊缝成型规整，余高低；采用网格状可以提高焊剂层附着性，也能减轻重量。进一步的，所述基层采用网格状的金属材质基层；优选的，选自为80～100目条状不锈钢丝网，在该粒度下焊剂层附着性好，不易发生渗透和脱落。不锈钢钢丝网厚度选自0.4～0.8mm，在此范围内，焊剂衬垫韧性最好，大角度弯折时不会发生焊剂脱落。
本发明还提供了一种超薄耐高温通用焊接衬垫的制备方法，将若干焊接垫条排列粘接在铝箔纸表面，形成所述超薄耐高温通用焊接衬垫。
进一步的，所述焊接衬垫的厚度为0.8～1.2mm。韧性较好，能够适应形状复杂焊缝。厚度小于0.8mm，焊接电弧会完全烧损焊剂衬垫，出现焊漏情况；厚度大于1.5mm，不能适用于小空间的焊接，不能实现大角度弯折。
进一步的，所述焊接垫条的制备方法按比例将CaO、MgO、SiO2、Al2O3、玻璃纤维、硅溶胶混合形成焊剂浆料，再将焊剂浆料成条状涂覆在基层中部形成焊剂层，焊剂层两侧的基层分别向上翻折并与焊剂层表面贴合，再置于400～480℃的温度下保温处理1～2h，形成焊接垫条。
本发明有益效果：
采用本发明制备得到的衬垫，根据需要可以将若干的焊接衬垫条首尾连接起来，适用于各种电弧焊方法，焊接部位空间狭小也可以将焊接衬垫条单独使用；制备得到的焊接衬垫具有优良的韧性，可进行大角度弯折而不发生断裂，能够适应复杂形状的焊缝；装配简易，焊缝成型完美，无缺陷，焊接接头背面焊缝的成形美观、焊趾整齐、焊缝波纹匀称、表面光滑，以及具有良好的脱渣性能；焊缝背部余高低较小，超过ISO5817标准最高要求；背部余高较低，残余应力小；焊缝的力学性能达到船级社有关规定；焊接衬垫基层为能够导电的钢丝网，因此焊接过程电弧更加稳定；此外，一部分电流通过衬垫基层返回电流回路，因此电弧对焊缝根部的熔化充分，能够保证焊缝根部熔合较好；焊剂衬垫形成方形槽，焊接过程中电弧加热方形槽，电弧中心部位温度高于边缘部分，因此方形槽中心部位烧损量大于其他部位，从而焊缝背部为圆弧形；采用本衬垫进行结构单面焊的技术可靠、焊缝质量良好、焊接效率高、经济合算。
附图说明
图1为焊接垫条的结构示意图。
1为基层、2为焊剂层、3为凹槽。
具体实施方式
下面实施例对本发明作进一步详细的说明：
实施例1
一种超薄耐高温通用焊接衬垫的制备方法，将140份硅溶胶、与粒度为200～280目的35份CaO、15份MgO、3份SiO2、20份Al2O3及2份直径为10μm的玻璃纤维混合形成焊剂浆料，再将焊剂浆料成条状涂覆在基层中部形成焊剂层，焊剂层两侧的基层分别向上翻折并与焊剂层表面贴合，再置于400～480℃的温度下保温处理1～2h，形成焊接垫条，再将焊接垫条排列粘接在铝箔纸表面，形成所述超薄耐高温通用焊接衬垫。
实施例2
一种超薄耐高温通用焊接衬垫的制备方法，将230份硅溶胶、与粒度为200～280目的45份CaO、20份MgO、5份SiO2、25份Al2O3及6份直径为15μm的玻璃纤维混合形成焊剂浆料，再将焊剂浆料成条状涂覆在基层中部形成焊剂层，焊剂层两侧的基层分别向上翻折并与焊剂层表面贴合，再置于400～480℃的温度下保温处理1～2h，形成焊接垫条，再将焊接垫条排列粘接在铝箔纸表面，形成所述超薄耐高温通用焊接衬垫。
实施例3
一种超薄耐高温通用焊接衬垫的制备方法，将320份硅溶胶、与粒度为100～150目的60份CaO、35份MgO、1份SiO2、30份Al2O3及8份直径为8μm的玻璃纤维混合形成焊剂浆料，再将焊剂浆料成条状涂覆在基层中部形成焊剂层，厚度为1.5～2mm，待空气中静置1小时左右，涂覆浆料中水分蒸发至半凝固状态，再采用辊压机将(辊子间隙调至0.8～1.2mm)焊剂衬垫滚压，增加焊剂衬垫致密度和紧实度，随后置于400～480℃的温度下保温处理1～2h，形成焊接垫条，再将焊接垫条排列粘接在铝箔纸表面，形成所述超薄耐高温通用焊接衬垫。
采用上述三种实施方案的衬垫用于焊接试样为4mm厚的410S不锈钢，焊接设备为普通MIG焊机，选择Φ1.6mm的ER309奥氏体不锈钢焊丝。
焊接实验参数：
焊接电流 焊接电压 送丝速度 焊接速度 焊枪角度
210A 22V 50mm/s 12mm/s 85°
焊接接头性能：
余高 接头抗拉强度 衬垫最大弯折角度 脱渣性
实施例1 1.2mm 554MPa 100° 好
实施例2 1.5mm 548MPa 88° 较好
实施例3 1.4mm 560MPa 120° 较好
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种超薄耐高温通用焊接衬垫，其特征在于，包括焊接垫条，所述垫条包括基层和焊剂层，所述焊剂层按质量份数计包括以下组分：CaO35～60份、MgO15～35份、SiO22～5份、玻璃纤维1～8份、Al2O320～30份、硅溶胶140～340份；所述焊剂层的组分CaO、MgO、SiO2、Al2O3粒度为100～150目或200～280目；所述焊剂层成条状固化于基层中部，焊剂层左右两侧的基层分别向上翻折与焊剂层表面贴合，并与所述焊剂层表面形成凹槽；所述基层采用成网格状的金属材料；
所述焊接衬垫的厚度为0.8～1.2mm。
2.根据权利要求1所述超薄耐高温通用焊接衬垫，其特征在于：所述玻璃纤维直径选自8-15μm。
3.根据权利要求1所述超薄耐高温通用焊接衬垫，其特征在于：所述硅溶胶的粒径为10～20nm，浓度为80％。
4.根据权利要求1所述超薄耐高温通用焊接衬垫，其特征在于：所述基层为80～100目条状不锈钢丝网。
5.如权利要求1～4任一所述超薄耐高温通用焊接衬垫的制备方法，其特征在于：将若干焊接垫条排列粘接在铝箔纸表面，形成所述超薄耐高温通用焊接衬垫。
6.根据权利要求5所述超薄耐高温通用焊接衬垫的制备方法，其特征在于：所述焊接垫条的制备方法为按比例将CaO、MgO、SiO2、Al2O3、玻璃纤维、硅溶胶混合形成焊剂浆料，再将焊剂浆料成条状涂覆在基层中部形成焊剂层，焊剂层两侧的基层分别向上翻折并与焊剂层表面贴合，再置于400～480℃的温度下保温处理1～2h，形成焊接垫条。
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