CN108581271A - 海洋工程用高性能烧结焊剂及其生产工艺 - Google Patents

海洋工程用高性能烧结焊剂及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

一种海洋工程用高性能烧结焊剂及其生产工艺，该烧结焊接的原料包括矿物粉剂和铁合金粉剂，将矿物粉剂萤石、大理石、镁砂、锰矿、锆英砂、硅灰石和铝钒土，以及合金粉剂钛铁、硅铁、硼铁和稀土钇铁，放入干粉混合机中混合均匀，加入粘结剂进行湿混和造粒，烘干后，在600℃～750℃下烧结1h，过筛，得到粒度为12目～40目的烧结焊剂。优点是：通过合理选料、配料，可以满足良好的焊接工艺要求，焊道成形稳定，适合高强钢的焊接，具有较好的机械性能，达到各国船级社要求的5Y级标准。

Description

海洋工程用高性能烧结焊剂及其生产工艺
技术领域
本发明属于海洋工程用焊接剂领域，特别涉及一种海洋工程用高性能烧结焊剂及其生产工艺。
背景技术
随着海上石油的开采和海上风电等项目的大力发展，对海洋工程项目需求的越来越多，而焊接技术在海洋工程制造中起着重要的支柱作用。但由于海洋工程项目的工作条件比较恶劣，因此对焊接质量的要求较高，尤其是低温韧性方面。
目前，在低温韧性方面各国船级社要求的5Y级标准，即-62℃，而且随着钢的强度不同，其具体数值不同。强度越高，其数值也越高，同时要求焊缝扩散氢含量小于5。在满足机械性能的同时，要求焊剂具有良好的工艺性能，即具有良好的脱渣性能和好的焊缝成形。本发明就是基于该要求研制了一种焊剂，既能满足机械性能的要求又能满足工艺性能的要求，很好的满足各国船级社要求的5Y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海洋工程用高性能烧结焊剂及其生产工艺，该烧结焊剂可满足良好的焊接工艺要求，焊道成形稳定，适合高强钢的焊接，具有较好的机械性能，达到各国船级社要求的5Y级标准。
本发明的技术解决方案是：
一种海洋工程用高性能烧结焊剂，其特殊之处在于：
该烧结焊剂按照重量百分含量包括以下原料：
Al2O3:15％～25％，CaO:5％～10％，CaF2:20％～30％，CaCO3:5％～10％，MgO:29％～40％，SiO2:10％～15％，ZrO:1％～5％，TiO2:1％～5％，MnO:1％～5％，硼铁:0.5％～2％，钛铁:0.1％～1％，稀土钇:0.1％～1％，硅铁:0.1％～1％。
进一步的，该烧结焊剂按照重量百分含量包括以下原料：
Al2O3:15％～25％，CaO:5％～5.2％，CaF2:20％～30％，CaCO3:5％～7.1％，MgO:29％，SiO2:10％～15％，ZrO:1％～1.5％，TiO2:1％～1.2％，MnO:1％～1.5％，硼铁:0.5％～1.5％，钛铁:0.5％～1％，稀土钇:0.1％～0.8％，硅铁:0.1％～1％。
一种海洋工程用高性能烧结焊剂的生产工艺，其具体步骤如下：
将萤石、大理石、镁砂、锰矿、锆英砂、硅灰石和铝钒土矿物粉剂，以及钛铁、硅铁、硼铁和稀土钇铁合金粉剂为原料，按照烧结焊剂原料成分进行配料，放入干粉混合机中混合均匀，得到混合料，然后通过定量输送设备送到湿混造粒一体机中，同时加入占混合料总质量15％～25％的粘结剂进行湿混和造粒，在100℃～200℃的热风中完成硫化烘干，通过对焊剂进行筛选，得到粒度为14目～50目的颗粒，然后在600℃～750℃下烧结1h，由于烧结过程中会出现细粉，所以烧结后再进行筛选，粒度为12目～40目，最后进行混批，得到成品烧结焊剂。
进一步的，所述粘结剂为质量比1:1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。
CaCO3：高温时会分解成CaO和CO2，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。CO2能增加氧化气分，减少焊缝扩散氢的含量，提高焊缝的机械性能。但不能加入过多，加入量过多，则焊剂熔点过高，使焊道成形变差。
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。
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。
ZrO：调整熔渣的熔点及粘度，改善焊接工艺性能；可以减少焊缝中的氮、氢含量。如果加入量过少，则达不到要求；加入过多，将使熔渣熔点提高，粘度增加，焊道成形变差。
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。
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。
硼铁：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。
钛铁：在焊接中，一般热输入量较高，同时冷却速度较快，其冶金过程不充分，因此其焊缝组织容易粗大，降低焊缝的机械性能，而加入一些钛铁，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。
稀土钇：能够改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，减少焊缝扩散氢含量，提高焊缝韧性，但不能加入量过多，一是当加到一定量时再增加数量时效果几乎不变，二是该材料成本高，多加造成浪费。
硅铁：主要起改善焊缝的工艺性能，同时脱氧，但不能加多，加多了会使焊缝的扩散氢增加，降低焊缝的韧性。
本发明的有益效果:
通过合理选料、配料，可以满足良好的焊接工艺要求，使焊接电弧稳定，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，焊接后的钢板连接部位具有较好的机械性能，焊道成形稳定，特别适合高强钢的焊接(比如690钢)，具有较好的机械性能，低温韧性(-62℃)方面各国船级社要求的5Y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
Al2O3:250kg，CaO:50kg，CaF2:204kg，CaCO3:50kg，MgO:290kg，SiO2:100kg，ZrO:10kg，TiO2:10kg，MnO:10kg，硼铁:5kg，钛铁:10kg，稀土钇:1kg，硅铁:10kg。
制备工艺如下：如图1所示，将萤石、大理石、镁砂、锰矿、锆英砂、硅灰石和铝钒土矿物粉剂，以及钛铁、硅铁、硼铁和稀土钇铁合金粉剂为原料，按照烧结焊剂原料成分进行配料，放入干粉混合机中混合均匀，得到混合料，然后通过定量输送设备送到湿混造粒一体机中，同时加入占混合料总质量15％的粘结剂进行湿混和造粒，所述粘结剂为质量比1:1的硅酸钾和硅酸钠，在100℃～120℃的热风中完成流化烘干，通过对焊剂进行筛选，粒度为14目～50目的颗粒进行烧结，粒度不符合要求的细粉回收，返回干粉混合机中，与混合料混合重新湿混造粒，下烧结时，烧结温度为750℃，烧结时间为1h，由于烧结过程中会出现细粉，所以烧结后再进行筛选，粒度为12目～40目为合格料，最后进行混批，得到成品烧结焊剂，粒度不符合要求的细粉回收，返回干粉混合机中，与混合料混合重新湿混造粒。
实施例2
Al2O3:150kg，CaO:52kg，CaF2:298kg，CaCO3:52kg，MgO:292kg，SiO2:100kg，ZrO:10kg，TiO2:12kg，MnO:10kg，硼铁:12kg，钛铁:1kg，稀土钇:5kg，硅铁:6kg。
将萤石、大理石、镁砂、锰矿、锆英砂、硅灰石和铝钒土矿物粉剂，以及钛铁、硅铁、硼铁和稀土钇铁合金粉剂为原料，按照烧结焊剂原料成分进行配料，放入干粉混合机中混合均匀，得到混合料，然后通过定量输送设备送到湿混造粒一体机中，同时加入占混合料总质量25％的粘结剂进行湿混和造粒，所述粘结剂为质量比1:1的硅酸钾和硅酸钠，在180℃～200℃的热风中完成流化烘干，通过对焊剂进行筛选，得到粒度为14目～50目的颗粒，然后在600℃下烧结1h，由于烧结过程中会出现细粉，所以烧结后再进行筛选，粒度为12目～40目，最后进行混批，得到成品烧结焊剂。
实施例3
Al2O3:165kg，CaO:50kg，CaF2:205kg，CaCO3:71kg，MgO:290kg，SiO2:150kg，ZrO:15kg，TiO2:10kg，MnO:15kg，硼铁:15kg，钛铁:5kg，稀土钇:8kg，硅铁:1kg。
将萤石、大理石、镁砂、锰矿、锆英砂、硅灰石和铝钒土矿物粉剂，以及钛铁、硅铁、硼铁和稀土钇铁合金粉剂为原料，按照烧结焊剂原料成分进行配料，放入干粉混合机中混合均匀，得到混合料，然后通过定量输送设备送到湿混造粒一体机中，同时加入占混合料总质量18％的粘结剂进行湿混和造粒，所述粘结剂为质量比1:1的硅酸钾和硅酸钠，在130℃～160℃的热风中完成流化烘干，通过对焊剂进行筛选，得到粒度为14目～50目的颗粒，然后在650℃下烧结1h，由于烧结过程中会出现细粉，所以烧结后再进行筛选，粒度为12目～40目，最后进行混批，得到成品烧结焊剂。
实施例4
Al2O3:150kg，CaO:50kg，CaF2:200kg，CaCO3:50kg，MgO:400kg，SiO2:100kg，ZrO:10kg，TiO2:10kg，MnO:10kg，硼铁:6kg，钛铁:4kg，稀土钇:5kg，硅铁:5kg。
将萤石、大理石、镁砂、锰矿、锆英砂、硅灰石和铝钒土矿物粉剂，以及钛铁、硅铁、硼铁和稀土钇铁合金粉剂为原料，按照烧结焊剂原料成分进行配料，放入干粉混合机中混合均匀，得到混合料，然后通过定量输送设备送到湿混造粒一体机中，同时加入占混合料总质量20％的粘结剂进行湿混和造粒，所述粘结剂为质量比1:1的硅酸钾和硅酸钠，在150℃～180℃的热风中完成流化烘干，通过对焊剂进行筛选，得到粒度为14目～50目的颗粒，然后在660℃下烧结1h，由于烧结过程中会出现细粉，所以烧结后再进行筛选，粒度为12目～40目，最后进行混批，得到成品烧结焊剂。
实施例5
Al2O3:150kg，CaO:100kg，CaF2:200kg，CaCO3:100kg，MgO:290kg，SiO2:100kg，ZrO:16kg，TiO2:15kg，MnO:15kg，硼铁:8kg，钛铁:2kg，稀土钇:2kg，硅铁:2kg。
将萤石、大理石、镁砂、锰矿、锆英砂、硅灰石和铝钒土矿物粉剂，以及钛铁、硅铁、硼铁和稀土钇铁合金粉剂为原料，按照烧结焊剂原料成分进行配料，放入干粉混合机中混合均匀，得到混合料，然后通过定量输送设备送到湿混造粒一体机中，同时加入占混合料总质量22％的粘结剂进行湿混和造粒，所述粘结剂为质量比1:1的硅酸钾和硅酸钠，在160℃～180℃的热风中完成流化烘干，通过对焊剂进行筛选，得到粒度为14目～50目的颗粒，然后在720℃下烧结1h，由于烧结过程中会出现细粉，所以烧结后再进行筛选，粒度为12目～40目，最后进行混批，得到成品烧结焊剂。
实施例6
Al2O3:150kg，CaO:50kg，CaF2:200kg，CaCO3:50kg，MgO:290kg，SiO2:105kg，ZrO:46kg，TiO2:46kg，MnO:46kg，硼铁:5kg，钛铁:3kg，稀土钇:4kg，硅铁:5kg。
将萤石、大理石、镁砂、锰矿、锆英砂、硅灰石和铝钒土矿物粉剂，以及钛铁、硅铁、硼铁和稀土钇铁合金粉剂为原料，按照烧结焊剂原料成分进行配料，放入干粉混合机中混合均匀，得到混合料，然后通过定量输送设备送到湿混造粒一体机中，同时加入占混合料总质量23％的粘结剂进行湿混和造粒，所述粘结剂为质量比1:1的硅酸钾和硅酸钠，在150℃～170℃的热风中完成流化烘干，通过对焊剂进行筛选，得到粒度为14目～50目的颗粒，然后在670℃下烧结1h，由于烧结过程中会出现细粉，所以烧结后再进行筛选，粒度为12目～40目，最后进行混批，得到成品烧结焊剂。
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
设备名称 型号 数量 生产厂家
直流埋弧焊机 INDEALARC DC-1500 1台 林肯电器
2试验用钢板
试验编号 钢板 规格
实施例1 F690 20mm
实施例2 F690 20mm
实施例3 F690 20mm
3焊接试验规范
4焊缝熔敷金属的力学性能
5焊缝熔敷金属的扩散氢含量
试验编号 扩散氢含量mg/100g
实施例1 4.6
实施例2 4.7
实施例3 4.2
通过上面的力学性能数据可以看出，虽然焊接线能量不同，但三种试验结果差距不大，均能以较大的余量满足船级社5Y级别的标准。
6焊接工艺性能
通过三组配方的试验，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。因此其工艺性能几乎没有区别，均能满足生产的要求。
以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种海洋工程用高性能烧结焊剂，其特征是：
该烧结焊剂按照重量百分含量包括以下原料：
Al2O3:15％～25％，CaO:5％～10％，CaF2:20％～30％，CaCO3:5％～10％，MgO:29％～40％，SiO2:10％～15％，ZrO:1％～5％，TiO2:1％～5％，MnO:1％～5％，硼铁:0.5％～2％，钛铁:0.1％～1％，稀土钇:0.1％～1％，硅铁:0.1％～1％。
2.根据权利要求1所述的海洋工程用高性能烧结焊剂，其特征是：
该烧结焊剂按照重量百分含量包括以下原料成分：
Al2O3:15％～25％，CaO:5％～5.2％，CaF2:20％～30％，CaCO3:5％～7.1％，MgO:29％，SiO2:10％～15％，ZrO:1％～1.5％，TiO2:1％～1.2％，MnO:1％～1.5％，硼铁:0.5％～1.5％，钛铁:0.5％～1％，稀土钇:0.1％～0.8％，硅铁:0.1％～1％。
3.一种如权利要求1或2所述的海洋工程用高性能烧结焊剂的生产工艺，其特征是：具体步骤如下：
将萤石、大理石、镁砂、锰矿、锆英砂、硅灰石和铝钒土矿物粉剂，以及钛铁、硅铁、硼铁和稀土钇铁合金粉剂为原料，按照烧结焊剂原料成分进行配料，放入干粉混合机中混合均匀，得到混合料，然后送入混合造粒一体机中，同时加入占混合料总质量15％～25％的粘结剂进行湿混和造粒，在100℃～200℃下硫化烘干，过筛，得到粒度为14目～50目的颗粒，然后在600℃～750℃下烧结1h，过筛，得到粒度为12目～40目的烧结焊剂。
4.根据权利要求3所述的海洋工程用高性能烧结焊剂的生产工艺，其特征是：所述粘结剂为质量比1:1的硅酸钾和硅酸钠。
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