CN110893524B - 一种可以降低焊缝金属扩散氢的埋弧焊用焊剂及其制备方法 - Google Patents

一种可以降低焊缝金属扩散氢的埋弧焊用焊剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可以降低焊缝金属扩散氢的埋弧焊用焊剂，所述埋弧焊用焊剂包括以下质量百分比的原料：CaO10～20％、CaF25～10％、MgO45～55％、Al2O320～30％、MnO5～10％、SiO25～10％、S≤0.06％、P≤0.08％；其制备方法包括以下步骤：配料→干混→湿混→造粒→烘干→烧结→过筛；本发明提供的焊剂成分稳定，在焊接性能上具有较好的力学性能，焊缝金属熔敷良好，造渣能力强，可以降低焊缝金属扩散氢。

Description

一种可以降低焊缝金属扩散氢的埋弧焊用焊剂及其制备方法
技术领域
本发明属于焊剂领域，涉及到一种可以降低焊缝金属扩散氢的埋弧焊用焊剂及其制备方法，这种产品广泛用于含水量较重的焊接环境，例如海洋环境焊接工程，桥梁焊接工程等。
背景技术
埋弧焊是将埋弧焊剂覆盖在被焊工件上进行的，是一种常用的工业焊接工艺，它的原理与电焊条焊接其实非常相似，埋弧焊焊剂在埋弧焊接过程中起到的作用又跟电焊条外表的药皮的作用非常相似。在焊接过程中金属材料尤其是高强度材料中，一旦有过量的扩散氢存在，就有可能引发材料的氢脆，形成氢裂纹，或脆性白点降低材料性能。经过研究表明直接导致焊缝熔敷金属扩散氢增加的因素主要是因为焊接材料中含H的物质，其主要来源是焊条药皮或是埋弧焊剂中的水分和有机物等。因此焊剂中的“含水率”的高低是影响焊接性能的主要指标。
近年来，在扩散氢引发的焊接事故不断发生的情况下，虽然焊剂在使用之前都会采用添加烘干的程序来去除焊剂中的含水率，但是也只是对游离态的水进行蒸发，对扩散氢还是不能够有效的去除，传统的仅仅是依靠焊材成分和性能选材的方法，已经不能适用目前的生产发展，因为焊材功能性不足的原因导致的焊缝扩散氢含量也成为了评定焊接质量的重要指标。目前，埋弧焊接作业越来越多的应用在水汽较为潮湿的作业现场，例如海洋环境焊接工程，桥梁焊接工程等，这些环境更会增加焊剂中的扩散氢的含量，因此开发一种效降低焊缝熔敷金属扩散氢的埋弧焊用焊剂是十分有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以降低焊缝金属扩散氢的埋弧焊用焊剂及其制备方法，这种产品广泛用于含水量较重的焊接环境，例如海洋环境焊接工程，桥梁焊接工程等。
本发明采取的技术方案为：
一种可以降低焊缝金属扩散氢的埋弧焊用焊剂，所述埋弧焊用焊剂包括以下质量百分比的原料：CaO10～20％、CaF25～10％、MgO45～55％、Al2O320～30％、MnO5～10％、SiO25～10％、S≤0.06％、P≤0.08％。
本发明还提供了所述可以降低焊缝金属扩散氢的埋弧焊用焊剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：配料→干混→湿混→造粒→烘干→烧结→过筛；湿混工艺中采用聚乙烯醇作为粘结剂。
进一步地，配料工艺中，各原料按照配方量进行混合研磨，研磨后的颗粒粒度为240-280目。
干混工艺中，干混的时间控制在30分钟以上。
湿混工艺中，聚乙烯醇的重量为焊剂原料总重的15％。
造粒工艺中，将湿混好的原料采用振动容器混动成颗粒状，采用80目的目筛进行筛选。
烘干工艺中，将颗粒状焊剂放入烘干器，温度从常温开始加热，设置加热速度为15℃/min，设置烘干温度为180℃，设置保温时间为2小时。
烧结工艺中，将烘干后的焊剂放入炉中烧结加热至900℃，升温速度为10℃/min，保温2小时。
过筛工艺中，烧结后的焊剂颗粒通过50目的目筛，即可得到所述可以降低焊缝金属扩散氢的埋弧焊用焊剂。
本发明提供的技术方案中，成分设计上采用在原有焊剂配方的基础上严格控制S、P含量，适当增加MgO、Al2O3等碱性金属含量比增加焊剂的导电性以提高焊接反应热量，适当改变CaO含量配比以提高造渣能力。采用复合烧结剂(聚乙烯醇(PVA))来代替普通焊剂常采用的吸水性较强的水玻璃，降低焊剂的含水量。
为了使得焊剂在焊接过程中充分反应进一步去除扩散氢，在后续的制备方法中要对配方加大搅拌混匀时间，在湿混的工序中增加细粉状的聚乙烯醇(PVA)粘结剂代替传统的钠钾水玻璃粘结剂，在烧结的工序中采用缓慢加热的参数进行温控，过筛的工序采用目数较低的目筛进行筛选。
有现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明的一种可以降低焊缝金属扩散氢的埋弧焊用焊剂成分稳定，在焊接性能上具有较好的力学性能，焊缝金属熔敷良好，造渣能力强。
2)通过对焊缝熔敷金属扩散氢的测定，试验在相同的工艺下与比较例中的焊剂进行对比，本发明的焊剂的扩散氢含量要远远低于比较例中的焊剂。
附图说明
图1为采用实施例1中的焊剂焊接试样后，试样焊缝区低倍金相组织图；
图2为采用实施例1中的焊剂焊接试样后，试样焊缝区高倍金相组织图；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
各实施例中的焊剂的化学成分见表1。
表1焊剂的主要组成部分(质量分数，％)
Figure BDA0002311820920000031
Figure BDA0002311820920000041
成分设计上采用在原有焊剂配方的基础上严格控制S、P含量，适当增加MgO、Al2O3等碱性金属含量比增加焊剂的导电性以提高焊接反应热量，适当改变CaO含量配比以提高造渣能力。采用复合烧结剂来代替吸水性较强的水玻璃，降低焊剂的含水量。
为了使得焊剂在焊接过程中充分反应进一步去除扩散氢，在后续的制备方法中要对配方加大搅拌混匀时间，在湿混的工序中增加细粉状的聚乙烯醇(PVA)粘结剂代替传统的钠钾水玻璃粘结剂，在烧结的工序中采用缓慢加热的参数进行温控，过筛的工序采用目数较低的目筛进行筛选。
焊剂的制备方法细节如下：
1)配料：
按焊剂的主要组成部分的质量百分数进行各种原料的配比，并对原料进行研磨，颗粒度要求为240-280目；
2)干混：
原料配比好之后进行搅拌混匀，时间控制在30分钟以上，使其充分搅拌；
3)湿混：
湿混中采用添加细粉状的聚乙烯醇(PVA)粘结剂代替传统的钠钾水玻璃粘结剂，其重量控制在焊剂原料总重的15％，采用缓慢加入并持续搅拌的方式使其充分搅拌混匀；
4)造粒：
将湿混好的原料采用振动容器混动成颗粒状，采用80目的目筛进行筛选；
5)烘干：
将颗粒状焊剂原料放入烘干器，温度从常温开始加热，设置加热速度为15℃/min，设置烘干温度为180℃，设置保温时间为2小时；
6)精磨：
将烘干后的焊剂放入研磨机进行精磨，研磨时间1小时，研磨后颗粒粒度要求300目；
7)烧结：
将烘干后的焊剂放入炉中烧结加热至900℃，升温速度为10℃/min，保温2小时；
8)过筛：
烧结后的焊剂颗粒通过50目的目筛，得到最终成品；
选取本发明焊剂、比较例1中的焊剂和比较例2中的焊剂各2组、采用相同的焊接工艺参数(焊丝H08MnA，焊接倾角：前倾，电流700A，电压34V，焊接速度50cm/min)对相同试样(Q345B板材，厚度10mm)进行焊接后，对焊缝金属进行扩散氢及焊缝区的力学性能进行测量，结果见表2。
表2焊缝金属扩散氢结果数据
Figure BDA0002311820920000051
表3焊缝力学性能对比
Figure BDA0002311820920000052
Figure BDA0002311820920000061
比较例1
表4焊剂的主要组成部分(质量分数，％)
Figure BDA0002311820920000062
对比与本发明焊剂，常规焊剂中的粘结剂采用的是水玻璃(Na2SiO3～H2O)，此种粘结剂具有较强的亲水性。在制作工艺方面如下：
1)配料：
按焊剂的主要组成部分的质量百分数进行各种原料的配比，并对原料进行研磨，颗粒度要求为200目；
2)干混：
原料配比好之后进行搅拌混匀，时间控制在30分钟以上，使其充分搅拌；
3)湿混：
湿混中采用添加粉状的水玻璃(Na2SiO3～H2O)粘结剂，其重量控制在焊剂原料总重的15％，采用缓慢加入并持续搅拌的方式使其充分搅拌混匀；
4)造粒：
将湿混好的原料采用振动容器混动成颗粒状，采用80目的目筛进行筛选；
5)烘干：
将颗粒状焊剂原料放入烘干器，温度从常温开始加热，设置加热速度为20℃/min，设置烘干温度为150℃，设置保温时间为1小时；
6)烧结：
将烘干后的焊剂放入炉中烧结加热至900℃，升温速度为20℃/min，保温2小时；
7)过筛：
烧结后的焊剂颗粒通过50目的目筛，得到最终成品；
比较例2
表5焊剂主要组成部分(质量分数，％)
Figure BDA0002311820920000071
1)配料：
按焊剂的主要组成部分的质量百分数进行各种原料的配比，并对原料进行研磨，颗粒度要求为240目；
2)干混：
原料配比好之后进行搅拌混匀，时间控制在30分钟以上，使其充分搅拌；
3)湿混：
湿混中采用添加粉状的水玻璃(Na2SiO3～H2O)粘结剂，其重量控制在焊剂原料总重的15％，采用缓慢加入并持续搅拌的方式使其充分搅拌混匀；
4)造粒：
将湿混好的原料采用振动容器混动成颗粒状，采用80目的目筛进行筛选；
5)烘干：
将颗粒状焊剂原料放入烘干器，温度从常温开始加热，设置加热速度为15℃/min，设置烘干温度为180℃，设置保温时间为2小时；
6)烧结：
将烘干后的焊剂放入炉中烧结加热至900℃，升温速度为20℃/min，保温1小时；
7)过筛：
烧结后的焊剂颗粒通过50目的目筛，得到最终成品；
实例说明：
1)本发明的一种可以降低焊缝金属扩散氢的埋弧焊用焊剂成分稳定，在焊接性能上具有较好的力学性能，焊缝金属熔敷良好，造渣能力强。
2)通过对焊缝区低倍组织和金相组织可见，采用本发明焊剂进行的焊接作业的焊缝区的金属组织融合平稳，没有出现氢脆、孔洞等缺陷。金属的金相组织过渡较好，具有较好的焊接性能。
3)通过对焊缝熔敷金属扩散氢的测定，试验在相同的工艺下采用常规焊剂和市面上的低湿性焊剂作对比，使用本发明的焊剂的焊缝金属的扩散氢含量要远远低于常规焊剂和低湿性焊剂。
上述参照实施例对一种可以降低焊缝金属扩散氢的埋弧焊用焊剂及其制备方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可以降低焊缝金属扩散氢的埋弧焊用焊剂，其特征在于，所述埋弧焊用焊剂包括以下质量百分比的原料：CaO10～20％、5％≤CaF2﹤10％、MgO 50～55％、Al2O320～30％、MnO5～10％、SiO25～10％、S≤0.06％、P≤0.08％；所述埋弧焊用焊剂中以聚乙烯醇作为粘结剂。
2.一种如权利要求1所述的可以降低焊缝金属扩散氢的埋弧焊用焊剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：配料→干混→湿混→造粒→烘干→烧结→过筛；湿混工艺中采用聚乙烯醇作为粘结剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，配料工艺中，各原料按照配方量进行混合研磨，研磨后的颗粒粒度为240-280目。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，干混工艺中，干混的时间控制在30分钟以上。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，湿混工艺中，聚乙烯醇的重量为焊剂原料总重的15％。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，造粒工艺中，将湿混好的原料采用振动容器混动成颗粒状，采用80目的目筛进行筛选。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，烘干工艺中，将颗粒状焊剂放入烘干器，温度从常温开始加热，设置加热速度为15℃/min，设置烘干温度为180℃，设置保温时间为≥2小时。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，烧结工艺中，将烘干后的焊剂放入炉中烧结加热至900℃，升温速度为10℃/min，保温2小时。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，过筛工艺中，烧结后的焊剂颗粒通过50目的目筛，即可得到所述可以降低焊缝金属扩散氢的埋弧焊用焊剂。
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