CN110076484A - 一种焊接用的免高温烧制衬垫及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种焊接用的免高温烧制衬垫及其制造方法。该种衬垫具有陶质主体，其独特之处在于：所述陶质主体为压制后的陶质毛坯，在所述陶质主体的正面开有弧形凹槽，在所述弧形凹槽内填充并固化有合金材料。制作时，选用免高温烧制的多种无机非金属原材料混合压制成陶质主体毛坯，然后在毛坯正面的浅凹槽里填充合金粉末为主的混合原料，最后压制成型和烘干成品。该种衬垫不需要高温烧制成型，节省能源，降低制造成本；而且在焊接使用时，衬垫浅凹槽里的合金元素熔入到焊缝里，提高焊缝表层的合金元素含量，改善焊缝的耐蚀性能。

Description

一种焊接用的免高温烧制衬垫及其制造方法

技术领域

本发明涉及的是一种焊接领域使用的衬垫，具体是一种免高温烧制的具有改善焊缝耐蚀性能的衬垫及其制造方法。

背景技术

在单面焊接施工时，为了保证焊缝质量，在焊件背面坡口处用带胶铝箔粘贴陶质衬垫，封堵焊接坡口，以保证焊接质量，避免焊缝出现未焊透、焊瘤等缺陷。焊接用的陶质衬垫正面有一条弧形浅凹槽，用于约束焊接熔池形态，焊后形成略微凸起的焊缝。

目前，国内外焊接领域使用的陶质衬垫一般需要经过1300℃以上高温烧制才能成型，这需要高温加热炉等设备，消耗能源，增加了制造成本。而且，一般陶质衬垫的组分不熔入到焊缝里，不能改善焊缝的性能。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种焊接衬垫及其制造方法，这种焊接衬垫不需要通过高温烧制成型，并且衬垫浅槽里的合金组分在焊接过程中还可以熔入到焊缝里，可以改善焊缝的耐蚀性能。

本发明的技术方案是：该种焊接用的免高温烧制衬垫，具有陶质主体，其独特之处在于：所述陶质主体的正面开有弧形凹槽，在所述弧形凹槽内填充并固化有合金材料填充体；所述合金材料填充体的水平表面与所述陶质主体的正面在同一个平面上。

所述陶质主体，包括如下组分：山西耐火粘土，重量百分比占陶质主体的70-75%；ZrO₂粉末，重量百分比占陶质主体的6-8%；冰晶石（Na₃AlF₆）粉末，重量百分比占主体的3-4%；滑石（3MgO·4SiO₂·H₂O）粉末，重量百分比占陶质主体的2-3%； Y₂O₃稀土氧化物粉末，重量百分比占陶质主体的0.5-1.2%；铝酸盐耐火水泥，重量百分比占陶质主体的为12-15%。

所述合金材料填充体，包括合金粉末与粘接剂。

所述合金粉末包含Cr、Ni和Fe三种金属粉末，所述三种金属粉末的含量按照如下规则确定：

当焊接母材为碳钢时，所述合金粉末中，Cr金属粉末按重量百分比占10-15%， Ni金属粉末按照重量百分比占3-5%，其余均为Fe金属粉末；

当焊接母材为碳钢外的合金钢时，所述合金粉末中，Cr金属粉末按重量百分比占20-30%， Ni金属粉末按照重量百分比占5-10%，其余均为Fe金属粉末；

当焊接母材为不锈钢时，所述合金粉末中， Cr金属粉末按照重量百分比占40-50%， Ni金属粉末按照重量百分比占20-30%，其余均为Fe金属粉末。

所述粘接剂包括铝酸盐耐火水泥和聚合物类有机胶粘剂；所述合金粉末，重量百分比占所述合金材料填充体的85-90%，所述铝酸盐耐火水泥重量百分比占所述合金材料填充体的3-7%，所述聚合物类有机胶粘剂重量百分比占所述合金材料填充体的4-8%。

前述焊接用的免高温烧制衬垫的制作方法，包括如下步骤：

第一步，制作陶质主体的原料混合物，即将重量百分比70-75%的山西耐火粘土、6-8%的ZrO₂粉末、3-4%的冰晶石（Na₃AlF₆）粉末、2-3%的滑石（3MgO·4SiO₂·H₂O）粉末、0.5-1.2%的 Y₂O₃稀土氧化物粉末和12-15%的铝酸盐耐火水泥粉末初步混合形成粉末原料，再将所述粉末原料中，按照粉末原料与水的比例7:1-8:1的重量比添加水，最后混合搅拌均匀；

第二步，制作合金材料填充体的混合物，即将重量百分比85-90%的包含Cr、Ni和Fe三种金属粉末的合金粉末、3-7%铝酸盐耐火水泥和4-8%聚合物类有机胶粘剂相混合形成填充体原料，之后按照填充体原料与水的比例8:1-9:1的重量比添加水，最后混合搅拌均匀；本步骤中所述包含Cr、Ni和Fe三种金属粉末的合金粉末，三种金属粉末的含量按照如下规则确定：

当焊接母材为碳钢时，所述合金粉末中，Cr金属粉末按重量百分比占10-15%， Ni金属粉末按照重量百分比占3-5%，其余均为Fe金属粉末；

当焊接母材为碳钢外的其它合金钢时，所述合金粉末中，Cr金属粉末按重量百分比占20-30%， Ni金属粉末按照重量百分比占5-10%，其余均为Fe金属粉末；

当焊接母材为不锈钢时，所述合金粉末中， Cr金属粉末按照重量百分比占40-50%， Ni金属粉末按照重量百分比占20-30%，其余均为Fe金属粉末。

第三步，在常规衬垫模具中，先添加第一步制作完成的陶质主体的原料混合物，然后将陶质主体压制成型，形成正面带有弧形浅凹槽形状；

第四步，在第三步得到的陶质主体的弧形浅凹槽里，添加由第二步获得的合金材料填充体的混合物，然后再压制成型，使得合金材料填充体的混合物填平弧形浅凹槽，直至所述合金材料填充体的水平表面与所述陶质主体的正面在同一个平面上。

第五步，将第四步得到的陶质主体衬垫毛坯自然干燥48小时以上，然后放到烘干箱中，在120-150℃温度烘干6小时，去除水分，得到固化良好的免高温烧制衬垫。

本发明具有如下有益效果：该种衬垫不需要高温加热炉进行高温烧制成型，节省了能源，降低了制造成本；而且，在焊接使用时，衬垫浅凹槽里的合金元素熔入到焊缝里，提高焊缝表层的合金元素含量，改善了焊缝的耐蚀性能。

附图说明：

图1为本发明所述衬垫的陶质主体毛坯的结构示意图。

图2为本发明所述衬垫最后压制成型后的结构示意图。

图3为本发明所述衬垫封堵焊件背面坡口后的结构示意图。

图4为焊后衬垫与焊缝的形态的结构示意图。

图中1-陶质主体；2-合金材料填充体；3-焊件；4-粘贴用的铝箔；5-焊缝。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1和图2所示，本种焊接用的免高温烧制衬垫，具有陶质主体1，其独特之处在于：所述陶质主体的正面开有弧形凹槽，在所述弧形凹槽内填充并固化有合金材料填充体2；所述合金材料填充体的水平表面与所述陶质主体的正面在同一个平面上。

所述陶质主体，包括如下组分，山西耐火粘土，重量百分比占陶质主体的70-75%；ZrO₂粉末，重量百分比占陶质主体的6-8%；冰晶石（Na₃AlF₆）粉末，重量百分比占主体的3-4%；滑石（3MgO·4SiO₂·H₂O）粉末，重量百分比占陶质主体的2-3%； Y₂O₃稀土氧化物粉末，重量百分比占陶质主体的0.5-1.2%；铝酸盐耐火水泥，重量百分比占陶质主体的为12-15%。

具体实施时，上述组分均为无机非金属材料，山西耐火粘土，含量占陶质主体的70-75wt.%，其化学成分要求为：Al₂O₃含量百分比为30-45wt.%，SiO₂含量百分比为20wt.%-30wt.%，无益组分Fe₂O₃、K₂O和Na₂O总含量控制在15wt.%以下，其余为其它矿物质成分。

所述陶质主体的组分在山西耐火粘土的基础上，添加含量为6-8wt.%的ZrO₂粉末作为强化剂，以增强焊接时的耐高温强度；添加含量为3-4wt.%冰晶石（Na₃AlF₆）粉末和含量为2-3wt.%滑石（3MgO·4SiO₂·H₂O）粉末作为助熔剂和烧结剂，以增强焊接时的高温结晶与粘接性能，添加含量为0.5-1.2wt.%的Y₂O₃或者Li₂O稀土氧化物粉末作为改善剂，以改善陶质晶体结构和细化组织，进一步提高焊接时的高温强度。在上述基础上，添加的含量为12-15wt.%的铝酸盐耐火水泥作为非烧结粘接剂，以增强陶质主体毛坯的自身粘接性和强度。

所述合金材料填充体，包括合金粉末与粘接剂。

所述合金粉末包含Cr、Ni和Fe三种金属粉末，所述三种金属粉末的含量按照如下规则确定：

当焊接母材为碳钢时，所述合金粉末中，Cr金属粉末按重量百分比占10-15%， Ni金属粉末按照重量百分比占3-5%，其余均为Fe金属粉末；

当焊接母材为碳钢外的合金钢时，所述合金粉末中，Cr金属粉末按重量百分比占20-30%， Ni金属粉末按照重量百分比占5-10%，其余均为Fe金属粉末；

当焊接母材为不锈钢时，所述合金粉末中， Cr金属粉末按照重量百分比占40-50%， Ni金属粉末按照重量百分比占20-30%，其余均为Fe金属粉末。

所述粘接剂包括铝酸盐耐火水泥和聚合物类有机胶粘剂。

所述合金粉末，重量百分比占所述合金材料填充体的85-90%，所述铝酸盐耐火水泥重量百分比占所述合金材料填充体的3-7%，所述聚合物类有机胶粘剂重量百分比占所述合金材料填充体的4-8%。其中，铝酸盐耐火水泥作为非烧结粘接剂，以增强陶质主体毛坯的自身粘接性和强度，聚合物类有机胶粘剂的作用在于使得合金粉末粘附在陶质主体毛坯的弧形浅凹槽里并具有一定自身强度。

前述焊接用的免高温烧制衬垫的制作方法，其制造采用常规陶质衬垫的混料和压制设备，包括如下步骤：

第一步，制作陶质主体的原料混合物，即将重量百分比70-75%的山西耐火粘土、6-8%的ZrO₂粉末、3-4%的冰晶石（Na₃AlF₆）粉末、2-3%的滑石（3MgO·4SiO₂·H₂O）粉末、0.5-1.2%的 Y₂O₃稀土氧化物粉末和12-15%的铝酸盐耐火水泥粉末初步混合形成粉末原料，再将所述粉末原料中，按照粉末原料与水的比例7:1-8:1的重量比添加水，最后混合搅拌均匀；

第二步，制作合金材料填充体的混合物，即将重量百分比85-90%的包含Cr、Ni和Fe三种元素的合金粉末、3-7%铝酸盐耐火水泥和4-8%聚合物类有机胶粘剂相混合形成填充体原料，之后按照填充体原料与水的比例8:1-9:1的重量比添加水，最后混合搅拌均匀。

本步骤中所述包含Cr、Ni和Fe三种金属粉末的合金粉末，三种金属粉末的含量按照如下规则确定：

当焊接母材为碳钢时，所述合金粉末中，Cr金属粉末按重量百分比占10-15%， Ni金属粉末按照重量百分比占3-5%，其余均为Fe金属粉末；

当焊接母材为碳钢外的其它合金钢时，所述合金粉末中，Cr金属粉末按重量百分比占20-30%， Ni金属粉末按照重量百分比占5-10%，其余均为Fe金属粉末；

当焊接母材为不锈钢时，所述合金粉末中， Cr金属粉末按照重量百分比占40-50%， Ni金属粉末按照重量百分比占20-30%，其余均为Fe金属粉末。

之所以要将Cr和Ni的含量比焊接母材偏高，是为了提高焊缝表面Cr和Ni元素含量，增强焊缝耐蚀性能，具体根据所焊接钢材种类确定。

第三步，在常规衬垫模具中，先添加第一步制作完成的陶质主体的原料混合物，然后将陶质主体压制成型，形成正面带有弧形浅凹槽形状；

第四步，在第三步得到的陶质主体的弧形浅凹槽里，添加由第二步获得的合金材料填充体的混合物，然后再压制成型，使得合金材料填充体的混合物填平弧形浅凹槽，直至所述合金材料填充体的水平表面与所述陶质主体的正面在同一个平面上。

第五步，将第四步得到的陶质主体衬垫毛坯自然干燥48小时以上，然后放到烘干箱中，在120-150℃温度烘干6小时，去除水分，得到固化良好的免高温烧制衬垫。

所述衬垫在焊接时的使用方法为：衬垫使用之前，先在烘干箱中，在240-260℃温度烘干2小时以上，去除衬垫运输和储存过程中可能吸附的潮气和大部分组织结晶水，以保证焊接时减少挥发气体，保证焊缝质量。然后，用单面带胶的铝箔将衬垫粘贴到待焊件背面坡口处，如图3所示。最后，进行焊接作业，焊接高温熔池将衬垫凹槽里的合金表层熔化，合金元素进入焊缝里，增加焊缝表层Cr、Ni合金元素含量，提高其耐蚀性能，如图4所示。

Claims (2)

1.一种焊接用的免高温烧制衬垫，具有陶质主体（1），其特征在于：所述陶质主体的正面开有弧形凹槽，在所述弧形凹槽内填充并固化有合金材料填充体（2）；所述合金材料填充体的水平表面与所述陶质主体的正面在同一个平面上；

所述陶质主体，包括如下组分，

山西耐火粘土，按照重量百分比占陶质主体的70-75%；

ZrO₂粉末，按照重量百分比占陶质主体的6-8%；

冰晶石（Na₃AlF₆）粉末，按照重量百分比占陶质主体的3-4%；

滑石（3MgO·4SiO₂·H₂O）粉末，按照重量百分比占陶质主体的2-3%；

Y₂O₃稀土氧化物粉末，按照重量百分比占陶质主体的0.5-1.2%；

铝酸盐耐火水泥，按照重量百分比占陶质主体的12-15%；

所述合金材料填充体，包括合金粉末与粘接剂；

所述合金粉末包含Cr、Ni和Fe三种金属粉末，所述三种金属粉末的含量按照如下规则确定：

当焊接母材为碳钢时，所述合金粉末中，Cr金属粉末按重量百分比占10-15%， Ni金属粉末按照重量百分比占3-5%，其余均为Fe金属粉末；

当焊接母材为碳钢外的其它合金钢时，所述合金粉末中，Cr金属粉末按重量百分比占20-30%， Ni金属粉末按照重量百分比占5-10%，其余均为Fe金属粉末；

当焊接母材为不锈钢时，所述合金粉末中， Cr金属粉末按照重量百分比占40-50%， Ni金属粉末按照重量百分比占20-30%，其余均为Fe金属粉末；

所述粘接剂包括铝酸盐耐火水泥和聚合物类有机胶粘剂；

所述合金粉末，重量百分比占所述合金材料填充体的85-90%，所述铝酸盐耐火水泥重量百分比占所述合金材料填充体的3-7%，所述聚合物类有机胶粘剂重量百分比占所述合金材料填充体的4-8%。

2.一种焊接用的免高温烧制衬垫的制作方法，包括如下步骤：

第一步，制作陶质主体的原料混合物，即将重量百分比70-75%的山西耐火粘土、6-8%的ZrO₂粉末、3-4%的冰晶石（Na₃AlF₆）粉末、2-3%的滑石（3MgO·4SiO₂·H₂O）粉末、0.5-1.2%的Y₂O₃稀土氧化物粉末和12-15%的铝酸盐耐火水泥粉末初步混合形成粉末原料，再将所述粉末原料中，按照粉末原料与水的比例7:1-8:1的重量比添加水，最后混合搅拌均匀；

第二步，制作合金材料填充体的混合物，即将重量百分比85-90%的包含Cr、Ni和Fe三种金属粉末的合金粉末、3-7%铝酸盐耐火水泥和4-8%聚合物类有机胶粘剂相混合形成填充体原料，之后按照填充体原料与水的比例8:1-9:1的重量比添加水，最后混合搅拌均匀；

本步骤中所述包含Cr、Ni和Fe三种金属粉末的合金粉末，三种金属粉末的含量按照如下规则确定：

当焊接母材为碳钢时，所述合金粉末中，Cr金属粉末按重量百分比占10-15%， Ni金属粉末按照重量百分比占3-5%，其余均为Fe金属粉末；

当焊接母材为碳钢外的其它合金钢时，所述合金粉末中，Cr金属粉末按重量百分比占20-30%， Ni金属粉末按照重量百分比占5-10%，其余均为Fe金属粉末；

当焊接母材为不锈钢时，所述合金粉末中， Cr金属粉末按照重量百分比占40-50%， Ni金属粉末按照重量百分比占20-30%，其余均为Fe金属粉末；

第三步，在常规衬垫模具中，先添加第一步制作完成的陶质主体的原料混合物，然后将陶质主体压制成型，形成正面带有弧形浅凹槽形状；

第四步，在第三步得到的陶质主体的弧形浅凹槽里，添加由第二步获得的合金材料填充体的混合物，然后再压制成型，使得合金材料填充体的混合物填平弧形浅凹槽，直至所述合金材料填充体的水平表面与所述陶质主体的正面在同一个平面上；

第五步，将第四步得到的陶质主体衬垫毛坯自然干燥48小时以上，然后放到烘干箱中，在120-150℃温度烘干6小时，去除水分，得到固化良好的免高温烧制衬垫。