CN109530975A - 一种高碱高强高韧埋弧烧结焊剂 - Google Patents

一种高碱高强高韧埋弧烧结焊剂 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高碱高强高韧埋弧烧结焊剂，包括如下质量分数的组分：钛合金3‑5份、硼铁5‑8份、氧化镁32‑37份、氧化铝22‑27份、氟化钙35‑38份。本发明所述的埋弧烧结焊剂脱渣容易、焊道成型美观，具有非常优良的工艺性能,能够将合金元素过渡到焊缝中，能够有效补充焊接过程中的合金元素烧损，保证焊缝综合性能。

Description

一种高碱高强高韧埋弧烧结焊剂
技术领域
本发明属于焊接材料领域，尤其是涉及一种高碱高强高韧埋弧烧结焊剂。
背景技术
高强钢在焊接结构中的应用日益广泛，越来越受到工程界的重视。在今后的发展中，为减轻钢材自重，开发高强钢焊材，既提高了工程的质量，又节约了材料。因此高强材料必将成为今后主要的工程材料并发挥重要作用。
根据市场反馈信息来看，在水电行业，高强钢正在逐步替代目前大量采用的500MPa级以内的低碳钢，这就预示着，高强埋弧焊材将迎来大发展，例如溪洛渡水电站、白鹤滩水电站、葛洲坝水电站等等，对高强埋弧焊材的需求量十分可观。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种高碱高强高韧埋弧烧结焊剂。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高碱高强高韧埋弧烧结焊剂，包括如下质量分数的组分：钛合金3-5份、硼铁5-8份、氧化镁33-37份、氧化铝22-27份、氟化钙35-38份。
优选的，包括如下质量分数的组分：钛合金3-5份、硼铁6-7份、氧化镁34-36份、氧化铝23-26份、氟化钙36-37份。
优选的，所述的埋弧烧结焊剂中钛元素与硼元素的总质量比为(10-15)：1。
优选的，所述的钛合金为钛铁合金，钛的质量分数为50％-55％。
优选的，所述的硼铁中硼的质量分数为2.5％-4.5％。
优选的，所述的埋弧烧结焊剂包括粘结剂，粘接剂与焊剂药粉的质量比为1：(4～5)。
优选的，所述的粘接剂为钾钠水玻璃，所述的水玻璃的模数为3.0-3.1、钾元素与钠元素的质量比为2:1。
一种制备如所述的烧结焊剂的方法，包括如下步骤：将烧结焊剂各组分按焊剂组分配比进行配料，混合后加入粘结剂混匀，然后造粒、烘干、烧结后筛选，得到烧结焊剂。
优选的，所述的烧结焊剂的粒度为10-60目；所述的烧结温度为800-900℃。
所述的埋弧烧结焊剂或用所述制备方法制备的埋弧烧结焊剂在焊接领域的应用，焊接电源直流反接，焊接热输入为18-19KJ/cm，道间温度为145-150℃。
烧结焊剂主要成分的作用：
钛合金是一种质量轻且具有良好的耐热和热强性能的材料，钛合金焊缝没有产生结晶裂纹的倾向，因此焊缝金属会有很高的强度及韧性，还可提高金属的致密度，消除气孔，显著提高焊缝的性能。
氧化镁和氧化铝作用是保证焊接电弧稳定，在电弧周围形成一种还原的气氛，防止空气中的水蒸气、二氧化碳、氮气等有害气体进入熔敷金属，生成的焊接熔渣均匀地覆盖在焊缝金属表面，减缓了焊缝金属的冷却速度，并获得良好的焊缝成形，保证熔渣具有合适的熔点、黏度、密度，熔渣在电弧的高温作用下形成熔渣，发生一系列化学冶金反应，除去氧化物及硫、磷等有害杂质。
氟化物的添加是本发明的关键技术，氟化物主要是是氟化钙，氟化钙能够与焊缝中氢结合成氟化氢气体溢出，有利于降低电弧气氛中氢的分压，从而起到去氢作用，降低了焊缝中有害元素氢的含量，减少氢致裂纹的产生。在本发明中，添加大量的氟化物来提高焊剂的碱度，含量在35-38％。
通过加入一定比列的钛合金和硼铁来保证Ti和B元素质量比在10-15范围内，能够保证焊后焊缝的力学性能满足工程要求，若超出该范围，对焊缝的延伸率会有较大的影响。在本发明中，钛合金含量在3-5％和硼铁含量在5-8％。
添加大量的氟化物来提高焊剂的碱度，通过控制Ti和B元素质量比，来保证焊缝的力学性能。添加特殊氟化物、氧化物能够有效降低有害元素硫、磷、氢的含量，减少对冲击韧性的破坏，提高焊缝的综合性能。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过控制Ti和B元素质量比在10-15范围内保证高强钢在焊后的力学性能良好。
(2)本发明焊剂脱渣容易、焊道成型美观，具有非常优良的工艺性能。
(3)本发明焊剂为专用烧结焊剂，能够将合金元素过渡到焊缝中，能够有效补充焊接过程中的合金元素烧损，保证焊缝综合性能。
(4)本发明焊剂能够满足大型高强钢水电站、海洋平台等的焊接要求。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1：
(1)焊剂药粉中各种原材料质量份数(份)如下表：
钛铁合金 硼铁 氧化镁 氧化铝 氟化钙
3 5 35 22 35
(2)将烧结焊剂各组分按焊剂组分配比进行配料，混合后加入质量分数为25％的钾钠水玻璃混匀，然后造粒、烘干、850℃烧结后筛选粒度为25-35目的烧结焊剂。其中钾钠水玻璃模数为3.0-3.1、钾钠元素质量比为2:1。
(3)按照上述成分制成埋弧焊剂进行检测，根据国标GB/T 36034-2018标准规定，配合高强钢SX780F，进行射线检测、超声检测以及力学性能检测。焊接规范：焊接电源为直流反接，焊接热输入为18-19KJ/cm、道间温度145-150℃。
①焊剂类型：活性焊剂。
②焊剂S和P的质量含量：
项目 S P
保证值 ≤0.005 ≤0.010
实施例1 0.003 0.008
③熔敷金属射线检测：Ⅰ级
熔敷金属超声检测：合格
④焊缝力学性能：
⑤Ti和B元素质量比：11.5
实施例2：
(1)焊剂药粉中各种原材料质量份数(份)如下表：
钛铁合金 硼铁 氧化镁 氧化铝 氟化钙
4 6 33 22 35
(2)将烧结焊剂各组分按焊剂组分配比进行配料，混合后加入质量分数为25％的钾钠水玻璃混匀，然后造粒、烘干、850℃烧结后筛选粒度为25-35目的烧结焊剂。其中钾钠水玻璃模数为3.0-3.1、钾钠元素质量比为2:1。
(3)按照上述成分制成埋弧焊剂进行检测，根据国标GB/T 36034-2018标准规定，配合高强钢SX780F，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试。焊接规范：焊接电源为直流反接，焊接热输入为18-19KJ/cm、道间温度145-150℃。
①焊剂类型：活性焊剂。
②焊剂S/P质量含量：
项目 S P
保证值 ≤0.005 ≤0.010
实施例2 0.003 0.007
③熔敷金属射线检测：Ⅰ级
熔敷金属超声检测：合格
④焊缝力学性能：
⑤Ti和B元素质量比：12.8
实施例3：
(1)焊剂药粉中各种原材料质量份数(份)如下表：
钛铁合金 硼铁 氧化镁 氧化铝 氟化钙
3 7 33 22 35
(2)将烧结焊剂各组分按焊剂组分配比进行配料，混合后加入质量分数为25％的钾钠水玻璃混匀，然后造粒、烘干、850℃烧结后筛选粒度为25-35目的烧结焊剂。其中钾钠水玻璃模数为3.0-3.1、钾钠元素质量比为2:1。
(3)按照上述成分制成埋弧焊剂进行检测，根据国标GB/T 36034-2018标准规定，配合高强钢SX780F，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试。焊接规范：焊接电源为直流反接，焊接热输入为18-19KJ/cm、道间温度145-150℃。
①焊剂类型：活性焊剂。
②焊剂S/P质量含量：
③熔敷金属射线检测：Ⅰ级
熔敷金属超声检测：合格
④焊缝力学性能：
⑤Ti和B元素质量比：10.2
实施例4：
(1)焊剂药粉中各种原材料质量份数(份)如下表：
钛铁合金 硼铁 氧化镁 氧化铝 氟化钙
3 5 33 24 35
(2)将烧结焊剂各组分按焊剂组分配比进行配料，混合后加入质量分数为25％的钾钠水玻璃混匀，然后造粒、烘干、850℃烧结后筛选粒度为25-35目的烧结焊剂。其中钾钠水玻璃模数为3.0-3.1、钾钠元素质量比为2:1。
(3)按照上述成分制成埋弧焊剂进行检测，根据国标GB/T 36034-2018标准规定，配合高强钢SX780F，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试。焊接规范：焊接电源为直流反接，焊接热输入为18-19KJ/cm、道间温度145-150℃。
①焊剂类型：活性焊剂。
②焊剂S/P质量含量：
项目 S P
保证值 ≤0.005 ≤0.010
实施例4 0.004 0.007
③熔敷金属射线检测：Ⅰ级
熔敷金属超声检测：合格
④焊缝力学性能：
⑤Ti和B元素质量比：11.9
实施例5：
(1)焊剂药粉中各种原材料质量份数(份)如下表：
钛铁合金 硼铁 氧化镁 氧化铝 氟化钙
4 4 33 24 35
(2)将烧结焊剂各组分按焊剂组分配比进行配料，混合后加入质量分数为25％的钾钠水玻璃混匀，然后造粒、烘干、850℃烧结后筛选粒度为25-35目的烧结焊剂。其中钾钠水玻璃模数为3.0-3.1、钾钠元素质量比为2:1。
(3)按照上述成分制成埋弧焊剂进行检测，根据国标GB/T 36034-2018标准规定，配合高强钢SX780F，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试。焊接规范：焊接电源为直流反接，焊接热输入为18-19KJ/cm、道间温度145-150℃。
①焊剂类型：活性焊剂。
②焊剂S/P质量含量：
项目 S P
保证值 ≤0.005 ≤0.010
实施例5 0.004 0.008
③熔敷金属射线检测：Ⅰ级
熔敷金属超声检测：合格
④焊缝力学性能：
⑤Ti和B元素质量比：14.8
实施例6：
(1)焊剂药粉中各种原材料质量份数(份)如下表：
钛铁合金 硼铁 氧化镁 氧化铝 氟化钙
4 5 33 22 35
(2)将烧结焊剂各组分按焊剂组分配比进行配料，混合后加入质量分数为25％的钾钠水玻璃混匀，然后造粒、烘干、850℃烧结后筛选粒度为25-35目的烧结焊剂。其中钾钠水玻璃模数为3.0-3.1、钾钠元素质量比为2:1。
(3)按照上述成分制成埋弧焊剂进行检测，根据国标GB/T 36034-2018标准规定，配合高强钢SX780F，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试。焊接规范：焊接电源为直流反接，焊接热输入为18-19KJ/cm、道间温度145-150℃。
①焊剂类型：活性焊剂。
②焊剂S/P质量含量：
项目 S P
保证值 ≤0.005 ≤0.010
实施例6 0.003 0.007
③熔敷金属射线检测：Ⅰ级
熔敷金属超声检测：合格
④焊缝力学性能：
⑤Ti和B元素质量比：14.8
对比例1：
(1)焊剂药粉中各种原材料质量份数(份)如下表：
(2)将烧结焊剂各组分按焊剂组分配比进行配料，混合后加入质量分数为25％的钾钠水玻璃混匀，然后造粒、烘干、850℃烧结后筛选粒度为25-35目的烧结焊剂。其中钾钠水玻璃模数为3.0-3.1、钾钠元素质量比为2:1。
(3)按照上述成分制成埋弧焊剂进行检测，根据国标GB/T 36034-2018标准规定，配合高强钢SX780F，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试。焊接规范：焊接电源为直流反接，焊接热输入为18-19KJ/cm、道间温度145-150℃。
①焊剂类型：活性焊剂。
②焊剂S/P质量含量：
项目 S P
保证值 ≤0.005 ≤0.010
对比例1值 0.004 0.006
③熔敷金属射线检测：Ⅰ级
熔敷金属超声检测：合格
④焊缝力学性能：
⑤Ti和B元素质量比：9.6
对比例2：
焊剂药粉中各种原材料质量份数(份)如下表：
钛铁合金 硼铁 氧化镁 氧化铝 氟化钙
9 7 31 22 34
(2)将烧结焊剂各组分按焊剂组分配比进行配料，混合后加入质量分数为25％的钾钠水玻璃混匀，然后造粒、烘干、850℃烧结后筛选粒度为25-35目的烧结焊剂。其中钾钠水玻璃模数为3.0-3.1、钾钠元素质量比为2:1。
(3)按照上述成分制成埋弧焊剂进行检测，根据国标GB/T 36034-2018标准规定，配合高强钢SX780F，进行熔敷金属化学成分分析、熔敷金属力学性能测试。焊接规范：焊接电源为直流反接，焊接热输入为18-19KJ/cm、道间温度145-150℃。
①焊剂类型：活性焊剂。
②焊剂S/P质量含量：
项目 S P
保证值 ≤0.005 ≤0.010
对比例1值 0.004 0.006
③熔敷金属射线检测：Ⅰ级
熔敷金属超声检测：合格
④焊缝力学性能：
⑤Ti和B元素质量比：22
所述实施例和对比例中钛铁合金中钛元素的质量分数为52％。硼铁中硼元素的质量分数为27.3％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种高碱高强高韧埋弧烧结焊剂，其特征在于：包括如下质量分数的组分：钛合金3-5份、硼铁5-8份、氧化镁33-37份、氧化铝22-27份、氟化钙35-38份。
2.根据权利要求1所述的一种高碱高强高韧埋弧烧结焊剂，其特征在于：包括如下质量分数的组分：钛合金3-5份、硼铁6-7份、氧化镁34-36份、氧化铝23-26份、氟化钙36-37份。
3.根据权利要求1所述的一种高碱高强高韧埋弧烧结焊剂，其特征在于：所述的埋弧烧结焊剂中钛元素与硼元素的总质量比为(10-15)：1。
4.根据权利要求1所述的一种高碱高强高韧埋弧烧结焊剂，其特征在于：所述的钛合金为钛铁合金，钛的质量分数为50％-55％。
5.根据权利要求1所述的一种高碱高强高韧埋弧烧结焊剂，其特征在于：所述的硼铁中硼的质量分数为2.5％-4.5％。
6.根据权利要求1所述的一种高碱高强高韧埋弧烧结焊剂，其特征在于：所述的埋弧烧结焊剂包括粘结剂，粘结剂与焊剂药粉的质量比为1：(4～5)。
7.根据权利要求6所述的一种高碱高强高韧埋弧烧结焊剂，其特征在于：所述的粘接剂为钾钠水玻璃，所述的水玻璃的模数为3.0-3.1、钾元素与钠元素的质量比为2:1。
8.制备如权利要求1-7任一项权利要求所述的烧结焊剂的制备方法，包括如下步骤：将烧结焊剂各组分按焊剂组分配比进行配料，混合后加入粘结剂混匀，然后造粒、烘干、烧结后筛选，得到烧结焊剂。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的烧结焊剂的粒度为10-60目；所述的烧结温度为800-900℃。
10.如权利要求1-7任一项权利要求所述的埋弧烧结焊剂或用权利要求8-9任一项权利要求所述制备方法制备的埋弧烧结焊剂在焊接领域的应用，其特征在于：焊接电源直流反接，焊接热输入为18-19KJ/cm，道间温度为145-150℃。
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