CN107309576A - 船用厚钢板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种船用厚钢板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂及其制备方法，该热固化衬垫焊剂由基础焊剂、树脂及固化剂配制而成，所述基础焊剂的组分及其重量百分比含量为：镁砂20～32％、硅灰石15～30％、氧化铝15～25％、萤石5～15％、大理石1～10％、金红石1～10％、硅铁1～5％和锰铁1～5％，以上所有组分的重量百分比之和为100％；所述树脂的含量为所述基础焊剂的总重量的5～15％；所述固化剂的含量为所述基础焊剂的总重量的1～3％。本发明使用后焊接电弧稳定，焊后脱渣性良好，焊缝反面成型美观，达到了生产效率高、焊接质量好、焊剂成本低的效果，适合于船用厚钢板的双面埋弧焊工艺。

Description

船用厚钢板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种焊接材料，尤其涉及一种船用厚钢板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂及其制备方法，属于焊接材料技术领域。

背景技术

随着我国重工业的迅速发展，埋弧自动焊工艺因其操作方便，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要求也越来越高，并且国内烧结焊剂的研发重点放到了对不同种焊接材料和在特殊焊接环境下烧结焊剂的研制。专利CN103252597A(申请号：201310220355.7，公开日：2013.08.21)公开了一种热固化衬垫焊剂及其制备方法。另外，专利CN 101564807(申请号：200910134768.7，公开日：2009.10.28)公开了一种单面潜弧焊用衬垫焊剂及使用它的单面潜弧焊方法，其中，衬垫焊剂作为衬垫与铜板一起使用，在铜板上以一定厚度散布的状态与该铜板一起被按压在被焊接钢板的坡口背面，一边从坡口表面侧形成背面焊道一边进行焊接，其中，粉化率为3.0～10.0％。但该两专利都是单面焊接方法，且可焊接的钢板厚度有限。随着现代造船业的发展，焊接过程中所用的板材厚度越来越大，且大部分厚钢板的对接焊接都要开双面的坡口。目前尚未有成熟的船用厚钢板双面焊热固化焊剂技术，从而确保被焊接钢板的坡口背面能够得到形状、外观稳定，健全的背面焊道。因此，探索出热固化衬垫焊剂及其具体制造工艺，对焊剂发展和船舶发展都具有重大意义。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种船用厚钢板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂，该热固化衬垫焊剂适用于船用厚钢板双面埋弧焊，能够改善焊缝成型，减少焊接缺陷，提高焊接质量和生产效率；本发明同时提供所述热固化衬垫焊剂的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种船用厚钢板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂，由基础焊剂、树脂及固化剂配制而成，所述基础焊剂的组分及其重量百分比含量为：镁砂20～32％、硅灰石15～30％、氧化铝15～25％、萤石5～15％、大理石1～10％、金红石1～10％、硅铁1～5％和锰铁1～5％，以上所有组分的重量百分比之和为100％；所述树脂的含量为所述基础焊剂的总重量的5～15％；所述固化剂的含量为所述基础焊剂的总重量的1～3％。

优选地，所述基础焊剂的组分及其重量百分比含量为：镁砂28％；硅灰石22％、氧化铝20％、萤石14％、大理石5％、金红石5％、硅铁3％和锰铁3％。

优选地，所述基础焊剂的组分及其重量百分比含量为：镁砂30％、硅灰石20％、氧化铝22％、萤石12％、大理石4％、金红石7％、硅铁3％和锰铁2％。

优选地，所述基础焊剂的组分及其重量百分比含量为：镁砂31％、硅灰石26％、氧化铝18％、萤石10％、大理石3％、金红石8％、硅铁2％和锰铁2％。

优选地，所述的镁砂中MgO含量≥90％；所述的硅灰石中SiO₂含量为50％～55％；所述的氧化铝中Al₂O₃含量≥85％；所述的萤石中CaF₂含量≥96％；所述的大理石中CaCO₃含量≥95％。

优选地，所述的基础焊剂使用钾钠水玻璃作为粘结剂。

优选地，所述的金红石预先经过1个小时600-800℃的高温处理。

本发明的另一技术方案如下：

一种船用厚钢板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂的制备方法，其包括如下步骤：

步骤1，首先将所述基础焊剂各组分的粉料干混，干混均匀后加入钾钠水玻璃进行湿混，然后造粒，200℃下烘焙1小时，经过筛选后600-800℃高温烧结2小时，随炉冷却，过10目到50目筛子，即得所述基础焊剂；

步骤2，用占所述基础焊剂总重量1～3％的固化剂配置成浓度为44％的水溶液，装入玻璃瓶密封保存；将占所述基础焊剂总重量5～15％的树脂放入研钵中，用钵杵磨成粉末样品，装袋密封；

步骤3，将步骤1中所得的基础焊剂在180℃温度下加热30分钟，取出后立即向该基础焊剂上均匀地铺撒在步骤2中研磨好装袋的树脂粉末，同时不断地搅拌，使液态树脂充分地分布在所述基础焊剂的表面；

步骤4，将温度已经降低的基础焊剂放回炉内，当加温到110℃左右时取出该基础焊剂，边搅拌所述基础焊剂边向之均匀喷洒步骤2制备好的固化剂水溶液，然后再放回温度为110℃的电阻炉中保温一个小时去除水分，冷却后过10目到50目筛子，即得成品的热固化衬垫焊剂。

对本发明所述热固化衬垫焊剂的配方的分析：

镁砂：是所述热固化衬垫焊剂的主要成分，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32％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20％～32％。

硅灰石：也是所述热固化衬垫焊剂的主要组成成分，主要用作为造渣剂，属于稳定的氧化物，与镁砂等结合成共熔体，形成焊接熔渣。硅灰石含量较少时，电弧不稳定，易产生断弧的现象；硅灰石含量较高时，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。故本发明中硅灰石的含量为：15～30％。

氧化铝：其主要作用是造渣，稳弧，其主要成分A1₂O₃具有较高的熔点，可以调整熔渣的粘度，调整熔渣的流动性。随着氧化铝的加入量逐渐增加，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。但含量过高时熔渣的粘度过高，焊缝易产生咬边和凹坑，使焊道成形变坏。在焊剂配方中，氧化铝起到平衡碱度和改善焊接工艺性能的作用。故本发明中氧化铝的含量为：15～25％。

萤石：具有稀释熔渣的作用。脱渣性随着CaF₂的增加先变好后变坏，成形性是当CaF₂含量较低时，焊道表面波纹较粗，随着CaF₂含量的增加压痕消失，波纹变细。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。在含有大量高熔点的MgO、Al₂O₃的焊剂中萤石具有重要的调整熔渣的作用，因此本发明中萤石的含量为5～15％。

大理石：主要成分是CaCO₃，具有较强的脱硫、脱磷能力。大理石在焊接过程中释放出的CO₂，一方面可以降低焊接气氛的氢分压，有利于消除因氢引起的焊接缺陷，另一方面，可以增加液态熔池的搅拌力度，有利于冶金反应产生的熔渣上浮都熔池表面。但大理石含量增加过多时，不利于焊缝的成形性，使焊缝成形波纹变粗，同时脱渣性也随之下降。故本发明中大理石的含量为1～10％。

金红石：主要成分为TiO_2.。焊剂中金红石的加入量不需太多，但是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。故本发明中金红石的含量为1～10％。

硅铁：主要起到脱氧的作用，硅铁含量较低时，焊缝脱氧效果不佳，提高了熔渣的氧化性，影响脱渣效果，硅铁加入量过高时，会增加焊缝的硅含量，降低焊缝综合性能。故本发明中硅铁的含量为1～5％。

锰铁：是良好的脱氧剂和脱硫剂，可以提高焊缝的强度，改善焊缝的韧性，但锰铁的含量不宜过高，否则容易产生焊缝中心裂纹。故本发明中锰铁的含量为1～5％。

树脂：在基础焊剂的表面覆上一层树脂膜，能够使热固化衬垫焊剂具有能够在高温下固化的性能。

固化剂：用于与树脂发生固化反应，使热固化衬垫焊剂具有能够在高温下固化的性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

采用所述热固化衬垫焊剂后焊接电弧稳定，焊后脱渣性良好，焊缝反面成型美观；从而达到了生产效率高、焊接质量好、焊剂成本低的效果，本发明非常适合于船用厚钢板的双面埋弧焊工艺。

具体实施方式

本发明提供了一种船用厚钢板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂，该热固化衬垫焊剂由基础焊剂、树脂及固化剂配制而成，所述基础焊剂的组分及其重量百分比含量为：镁砂20～32％、硅灰石15～30％、氧化铝15～25％、萤石5～15％、大理石1～10％、金红石1～10％、硅铁1～5％和锰铁1～5％，以上所有组分的重量百分比之和为100％；所述树脂的含量为所述基础焊剂的总重量的5～15％；所述固化剂的含量为所述基础焊剂的总重量的1～3％。所述的萤石中CaF₂含量≥96％。所述的氧化铝中Al₂O₃含量≥85％。所述的镁砂中MgO含量≥90％。所述的硅灰石中SiO₂含量为50％～55％。所述的大理石中CaCO₃含量≥95％。所述的基础焊剂使用钾钠水玻璃作为粘结剂。所述的金红石预先经过1个小时600-800℃的高温处理。

所述船用厚钢板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂的制备方法包括如下步骤：

步骤1，首先将所述基础焊剂各组分的粉料干混，干混均匀后加入钾钠水玻璃进行湿混，然后造粒，200℃下烘焙1小时，经过筛选后600-800℃高温烧结2小时，随炉冷却，过10目到50目筛子，即得所述基础焊剂。

步骤2，用占所述基础焊剂总重量1～3％的固化剂配置成浓度为44％的水溶液，装入玻璃瓶密封保存；将占所述基础焊剂总重量5～15％的树脂放入研钵中，用钵杵磨成粉末样品，装袋密封。

步骤3，将步骤1中所得的基础焊剂在180℃温度下加热30分钟，取出后立即向该基础焊剂上均匀地铺撒在步骤2中研磨好装袋的树脂粉末，同时不断地搅拌，使液态树脂充分地分布在所述基础焊剂的表面。

步骤4，将温度已经降低的基础焊剂放回炉内，当加温到110℃左右时取出该基础焊剂，边搅拌所述基础焊剂边向之均匀喷洒步骤2制备好的固化剂水溶液，然后再放回温度为110℃的电阻炉中保温一个小时去除水分，冷却后过10目到50目筛子，即得成品的热固化衬垫焊剂。

以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

一种船用厚板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂，该热固化衬垫焊剂由基础焊剂和树脂及固化剂组成，其基础焊剂由以下重量百分比的原料组成：镁砂：28％；硅灰石：22％；氧化铝：20％；萤石：14％；大理石：5％；金红石：5％；硅铁：3％；锰铁：3％。

所述热固化衬垫焊剂的制备方法是首先将基础焊剂所有组分的粉料干混，干混均匀后加入水玻璃进行湿混，然后造粒，200℃下烘焙1小时，筛选，600-800℃高温烧结2小时，随炉冷却，过10目到50目筛子，即得基础焊剂。然后用占所述基础焊剂总重量1～3％的固化剂配置成浓度为44％的水溶液，并装入玻璃瓶密封保存。将占所述基础焊剂总重量5～15％的树脂放入研钵中，用钵杵磨成粉末样品，装袋密封。将基础焊剂在180℃加热30分钟，取出并立即向基础焊剂上均匀地铺撒研磨好的树脂粉末，同时不断地搅拌，使液态树脂充分的分布在基础焊剂表面。再将温度降低的基础焊剂放回炉内，当到110℃左右时取出焊剂，边搅拌边均匀喷洒固化剂水溶液，再放回温度为110℃电阻炉中保温一个小时去除水分。冷却后过10目到50目筛子，即得成品热固化衬垫焊剂。

实施例二

一种船用厚板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂，该焊剂由基础焊剂和树脂及固化剂组成，其基础焊剂由以下重量百分比的原料组成：镁砂：30％；硅灰石：20％；氧化铝：22％；萤石：12％；大理石：4％；金红石：7％；硅铁：3％；锰铁：2％。

所述热固化衬垫焊剂的制备方法是首先将基础焊剂所有组分的粉料干混，干混均匀后加入水玻璃进行湿混，然后造粒，200℃下烘焙1小时，筛选，600-800℃高温烧结2小时，随炉冷却，过10目到50目筛子，即得基础焊剂。然后用占所述基础焊剂总重量1～3％的固化剂配置成浓度为44％的水溶液，并装入玻璃瓶密封保存。将占所述基础焊剂总重量5～15％的树脂放入研钵中，用钵杵磨成粉末样品，装袋密封。将基础焊剂在180℃加热30分钟，取出并立即向基础焊剂上均匀地铺撒研磨好的树脂粉末，同时不断地搅拌，使液态树脂充分的分布在基础焊剂表面。再将温度降低的基础焊剂放回炉内，当到110℃左右时取出焊剂，边搅拌边均匀喷洒固化剂水溶液，再放回温度为110℃电阻炉中保温一个小时去除水分。冷却后过10目到50目筛子，即得成品热固化衬垫焊剂。

实施例三

一种船用厚板双面焊热固化衬垫焊剂，该焊剂由基础焊剂和树脂及固化剂组成，其基础焊剂由以下重量百分比的原料组成：镁砂：31％；硅灰石：26％；氧化铝：18％；萤石：10％；大理石：3％；金红石：8％；硅铁：2％；锰铁：2％。

所述热固化衬垫焊剂的制备方法是首先将基础焊剂所有组分的粉料干混，干混均匀后加入水玻璃进行湿混，然后造粒，200℃下烘焙1小时，筛选，600-800℃高温烧结2小时，随炉冷却，过10目到50目筛子，即得基础焊剂。然后用占所述基础焊剂总重量1～3％的固化剂配置成浓度为44％的水溶液，并装入玻璃瓶密封保存。将占所述基础焊剂总重量5～15％的树脂放入研钵中，用钵杵磨成粉末样品，装袋密封。将基础焊剂在180℃加热30分钟，取出并立即向基础焊剂上均匀地铺撒研磨好的树脂粉末，同时不断地搅拌，使液态树脂充分的分布在基础焊剂表面。再将温度降低的基础焊剂放回炉内，当到110℃左右时取出焊剂，边搅拌边均匀喷洒固化剂水溶液，再放回温度为110℃电阻炉中保温一个小时去除水分。冷却后过10目到50目筛子，即得成品热固化衬垫焊剂。

实施例四

一种船用厚板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂，该热固化衬垫焊剂由基础焊剂和树脂及固化剂组成，其基础焊剂由以下重量百分比的原料组成：镁砂：32％；硅灰石：30％；氧化铝：25％；萤石：9％；大理石：1％；金红石：1％；硅铁：1％；锰铁：1％。

实施例五

一种船用厚板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂，该焊剂由基础焊剂和树脂及固化剂组成，其基础焊剂由以下重量百分比的原料组成：镁砂：25％；硅灰石：15％；氧化铝：15％；萤石：15％；大理石：10％；金红石：10％；硅铁：5％；锰铁：1％。

实施例六

一种船用厚板双面焊热固化衬垫焊剂，该焊剂由基础焊剂和树脂及固化剂组成，其基础焊剂由以下重量百分比的原料组成：镁砂：20％；硅灰石：29％；氧化铝：20％；萤石：5％；大理石：9％；金红石：9％；硅铁：4％；锰铁：4％。

使用以上热固化衬垫焊剂配合GB H08MnA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：

本发明所述的热固化衬垫焊剂配合上表面焊剂SJ101，在焊接电流350-420A，电压28-33V，焊接速度310-350mm/min的条件下进行，焊接过程电弧稳定，焊缝正反面成型美观，脱渣非常容易，没有咬边等缺陷，力学性能结果符合国标GB/T 12470-2003中的规定，非常适合船用厚钢板的双面埋弧焊工艺。

本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明等同或等效的技术方案，均落在本发明要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种船用厚钢板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂，其特征在于：所述热固化衬垫焊剂由基础焊剂、树脂及固化剂配制而成，所述基础焊剂的组分及其重量百分比含量为：镁砂20～32％、硅灰石15～30％、氧化铝15～25％、萤石5～15％、大理石1～10％、金红石1～10％、硅铁1～5％和锰铁1～5％，以上所有组分的重量百分比之和为100％；所述树脂的含量为所述基础焊剂的总重量的5～15％；所述固化剂的含量为所述基础焊剂的总重量的1～3％。

2.如权利要求1所述的船用厚钢板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂，其特征在于：所述的基础焊剂的组分及其重量百分比含量为：镁砂28％；硅灰石22％、氧化铝20％、萤石14％、大理石5％、金红石5％、硅铁3％和锰铁3％。

3.如权利要求1所述的船用厚钢板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂，其特征在于：所述的基础焊剂的组分及其重量百分比含量为：镁砂30％、硅灰石20％、氧化铝22％、萤石12％、大理石4％、金红石7％、硅铁3％和锰铁2％。

4.如权利要求1所述的船用厚钢板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂，其特征在于：所述的基础焊剂的组分及其重量百分比含量为：镁砂31％、硅灰石26％、氧化铝18％、萤石10％、大理石3％、金红石8％、硅铁2％和锰铁2％。

5.如权利要求1所述的船用厚钢板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂，其特征在于：所述的镁砂中MgO含量≥90％；所述的硅灰石中SiO₂含量为50％～55％；所述的氧化铝中Al₂O₃含量≥85％；所述的萤石中CaF₂含量≥96％；所述的大理石中CaCO₃含量≥95％。

6.如权利要求1所述的船用厚钢板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂，其特征在于：所述的基础焊剂使用钾钠水玻璃作为粘结剂。

7.如权利要求1所述的船用厚钢板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂，其特征在于：所述的金红石预先经过1个小时600-800℃的高温处理。

8.一种权利要求1所述船用厚钢板双面埋弧焊热固化衬垫焊剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：

步骤1，首先将所述基础焊剂各组分的粉料干混，干混均匀后加入钾钠水玻璃进行湿混，然后造粒，200℃下烘焙1小时，经过筛选后600-800℃高温烧结2小时，随炉冷却，过10目到50目筛子，即得所述基础焊剂；

步骤2，用占所述基础焊剂总重量1～3％的固化剂配置成浓度为44％的水溶液，装入玻璃瓶密封保存；将占所述基础焊剂总重量5～15％的树脂放入研钵中，用钵杵磨成粉末样品，装袋密封；

步骤3，将步骤1中所得的基础焊剂在180℃温度下加热30分钟，取出后立即向该基础焊剂上均匀地铺撒在步骤2中研磨好装袋的树脂粉末，同时不断地搅拌，使液态树脂充分地分布在所述基础焊剂的表面；

步骤4，将温度已经降低的基础焊剂放回炉内，当加温到110℃左右时取出该基础焊剂，边搅拌所述基础焊剂边向之均匀喷洒步骤2制备好的固化剂水溶液，然后再放回温度为110℃的电阻炉中保温一个小时去除水分，冷却后过10目到50目筛子，即得成品的热固化衬垫焊剂。