CN114619171B - 一种抗气孔型熔炼焊剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接技术领域，具体而言，涉及一种抗气孔型熔炼焊剂及其制备方法和应用。抗气孔型熔炼焊剂由按照质量百分比计的如下组分制成：CaO 28%~31%，Al₂O₃ 8%~12%，SiO₂ 28%~60%和CaF₂ 0%~31%。抗气孔型熔炼焊剂的制备方法包括：将混合均匀的各原料经过熔炼后，进行水淬，得到中间物料；将中间物料进行焙烧后，得到抗气孔型熔炼焊剂。抗气孔型熔炼焊剂在焊接船体用结构钢中的应用，抗气孔型熔炼焊剂配合焊丝，采用串列双丝埋弧焊法，对船体用结构钢进行焊接。采用该抗气孔型熔炼焊剂焊接后获得的焊缝内没有气孔缺陷，焊缝金属的针状铁素体体积分数高，焊缝成形性和脱渣性好，力学性能高。

Description

一种抗气孔型熔炼焊剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体而言，涉及一种抗气孔型熔炼焊剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着焊剂的发展，涌现了多种熔炼焊剂，例如二元系的氟硅型、氟钛型和氟锆型熔炼焊剂，再如三元系的氟硅锰型、钙硅锰型、氟硅钙型、氟铝钛型等熔炼焊剂。这些熔炼焊剂为高能电弧下连接船板钢提供了造渣、稳弧、合金过渡、熔池保护以及脱除有害杂质等冶金功能。在这些功能的加持下，滴落的金属液被熔化的母材稀释，并在气体、熔渣、金属之间的相界面上发生复杂的冶金反应。

然而，现有技术中的高碱度多元系熔炼焊剂在大线能量焊接下得到的焊缝内容易出现气孔缺陷。尽管使用酸性焊剂能够相对稳定地形成表面质量高、成形性好和没有气孔缺陷的焊缝。但是，由于酸性焊剂中的酸性氧化物含量较多，这对熔池造成的氧污染较为严重；而且在焊缝金属中形成的针状铁素体体积分数较低，焊缝承受低温冲击的能力较差，因而难以满足实际环境对产品性能的要求。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种近中性的抗气孔型熔炼焊剂，使用该抗气孔型熔炼焊剂焊接后获得的焊缝内没有气孔缺陷，同时，焊缝成形性和脱渣性好，焊缝金属的针状铁素体体积分数较高，具有良好的低温冲击韧性、维氏硬度和抗拉强度，且焊接过程中没有刺鼻性气体挥发。

本发明的第二目的在于提供一种抗气孔型熔炼焊剂的制备方法，该制备方法具有操作简单、工艺流程短、适合大批量生产等优点。

本发明的第三目的在于提供所述的抗气孔型熔炼焊剂在焊接船体用结构钢中的应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种抗气孔型熔炼焊剂，由按照质量百分比计的如下组分制成：CaO28%~31%，Al₂O₃ 8%~12%，SiO₂ 28%~60%和CaF₂ 0%~31%。

优选地，所述抗气孔型熔炼焊剂由按照质量百分比计的如下组分制成：CaO 29%~30%，Al₂O₃ 9%~11%，SiO₂ 30%~55%和CaF₂ 4%~30%。

优选地，所述抗气孔型熔炼焊剂的粒度为20目~100目。

本发明还提供了如上所述的抗气孔型熔炼焊剂的制备方法，包括如下步骤：

将混合均匀的各原料经过熔炼后，进行水淬，得到中间物料；将所述中间物料进行焙烧后，得到所述抗气孔型熔炼焊剂。

优选地，所述熔炼的温度为1500℃~1550℃，所述熔炼的保温时间为0.5h~1h。

优选地，所述焙烧的温度为650℃~750℃，所述焙烧的时间为1h~1.5h。

优选地，在所述焙烧之后，还包括将所述焙烧后的物料进行破碎和筛分的步骤。

本发明还提供了如上所述的抗气孔型熔炼焊剂在焊接船体用结构钢中的应用，所述抗气孔型熔炼焊剂配合焊丝，采用串列双丝埋弧焊法，对所述船体用结构钢进行所述焊接。

优选地，所述焊接的速度为400mm/min~600mm/min。

优选地，所述焊接的线能量为50kJ/cm~70kJ/cm。

优选地，所述焊接所用的前丝采用直流电，所述直流电的焊接电流为750A~900A，所述直流电的焊接电压为30V~40V；

所述焊接所用的后丝采用交流电，所述交流电的焊接电流为600A~700A，所述交流电的焊接电压为30V~40V。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）本发明提供的抗气孔型熔炼焊剂，采用其进行焊接后所获得的焊缝内没有气孔缺陷，并且，焊缝金属的针状铁素体体积分数较高。

（2）本发明提供的抗气孔型熔炼焊剂，采用其进行焊接后所获得的焊缝成形性和脱渣性好，而且具有良好的低温冲击韧性、维氏硬度和抗拉强度。此外，焊接过程内起弧容易，电弧燃烧稳定，焊接过程中没有刺鼻性气体挥发。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的焊接后得到的焊接接头的宏观形貌图；

图2为本发明实施例1提供的焊接后得到的焊缝的表面形貌图；

图3为本发明实施例1提供的焊接后得到的焊缝金属的微观组织图；

图4为本发明实施例2提供的焊接后得到的焊缝的表面形貌图；

图5为本发明实施例2提供的焊接后得到的渣壳的宏观形貌图；

图6为本发明实施例3提供的焊接后得到的焊缝的表面形貌图；

图7为本发明对比例1提供的焊接后得到的焊接接头的宏观形貌图；

图8为本发明对比例1提供的焊接后得到的焊缝的表面形貌图；

图9为本发明对比例2提供的焊接后得到的焊缝的表面形貌图；

图10为本发明对比例3提供的焊接后得到的焊接接头的宏观形貌图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明提供了一种抗气孔型熔炼焊剂，由按照质量百分比计的如下组分制成：CaO28%~31%（还可以选择29%或30%），Al₂O₃ 8%~12%（还可以选择9%、10%或11%），SiO₂ 28%~60%（还可以选择29%、30%、33%、35%、37%、39%、40%、43%、45%、48%、50%、52%、55%或58%）和CaF₂ 0%~31%（还可以选择1%、3%、5%、7%、9%、10%、13%、15%、18%、20%、23%、25%、28%或30%）。

使用该熔炼焊剂获得的焊缝内没有气孔缺陷，焊缝金属的针状铁素体体积分数较高，具有良好的低温冲击韧性、维氏硬度和抗拉强度；并且，该焊缝成形性和脱渣性好，焊接过程内起弧容易，电弧燃烧稳定，焊接过程中没有刺鼻性气体挥发。

具体地，在本发明所提供的抗气孔型熔炼焊剂中，CaO具有造渣，调节焊剂碱度，增强电弧稳定性和吸收焊接熔池内有害杂质的作用。本发明中CaO含量范围适宜，其既能够吸收焊接熔池中的S、P元素，强化焊缝金属低温韧性，又能在保证焊剂低吸潮性的同时适当降低造渣温度，达到减少焊缝表面气泡压痕数量提高焊缝成形性的目的。

SiO₂具有调节焊剂熔点、黏度和提高载流能力等优点。SiO₂作为网络形成体能显著增加熔渣的表面张力提高脱渣性。本发明中SiO₂含量范围适宜，其在抑制焊缝气孔生成的同时，会向焊接熔池内过渡金属Si以增大焊缝金属柱状晶宽度，且在与金属Mn等合金元素联合脱氧后所形成的硅锰酸盐夹杂物能够有效诱发针状铁素体的形核，进而改善焊缝金属低温力学性能。

Al₂O₃具有造渣、调节熔点和改善熔渣流动性的功效，同时Al₂O₃作为网络修饰体能够优化脱渣性。本发明中Al₂O₃含量范围适宜，使用Al₂O₃部分替代焊剂中的SiO₂，其在保证适量金属Si过渡到焊接熔池的同时还优化了熔渣网络结构，以达到减少焊缝表面气泡压痕数量提高焊缝成形性的效用。

CaF₂具有降低焊剂熔点、黏度以及减少焊缝金属扩散氢含量的功效。本发明中CaF₂含量范围适宜，其在与SiO₂、Al₂O₃配合使用以保证脱渣性和不产生刺鼻性气体的前提下，添加的CaF₂既能显著改善液态渣的流动性，加快电弧化渣速度进而强化熔渣对焊接熔池的保护，同时还能使焊缝提高抗氢气孔能力。

因此，采用上述用量配比有利于提高抗气孔型熔炼焊剂的综合性能。

本发明所提供的抗气孔型熔炼焊剂是一种近中性的熔炼焊剂。在本发明一些具体的实施方式中，所述抗气孔型熔炼焊剂的碱度为0.5~2.0，包括但不限于0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。优选地，所述抗气孔型熔炼焊剂的碱度为0.5~1.7，更优选为0.7~1.2。

优选地，所述抗气孔型熔炼焊剂由按照质量百分比计的如下组分制成：CaO 29%~30%，Al₂O₃ 9%~11%，SiO₂ 30%~55%和CaF₂ 4%~30%。

优选地，所述抗气孔型熔炼焊剂的粒度为20目~100目，包括但不限于30目、40目、50目、60目、70目、80目、90目中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

本发明还提供了如上所述的抗气孔型熔炼焊剂的制备方法，包括如下步骤：

将混合均匀的各原料经过熔炼后，进行水淬，得到中间物料；将所述中间物料进行焙烧后，得到所述抗气孔型熔炼焊剂。

该制备方法具有简单易行、操作流程短以及适合大批量生产等优点。

优选地，所述熔炼的温度为1500℃~1550℃，包括但不限于1510℃、1520℃、1530℃、1540℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；所述熔炼的保温时间为0.5h~1h，包括但不限于0.6h、0.7h、0.8h、0.9h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

在本发明一些具体的实施例中，所述熔炼在惰性气氛中进行。优选地，所述惰性气氛包括氮气、氩气和氦气中的至少一种。优选地，所述惰性气氛的气体流速为0.1L/min~0.5L/min，包括但不限于0.2L/min、0.3L/min、0.4L/min中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

优选地，所述焙烧的温度为650℃~750℃，包括但不限于660℃、670℃、680℃、690℃、700℃、710℃、720℃、730℃、740℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；所述焙烧的时间为1h~1.5h，包括但不限于1.1h、1.2h、1.3h、1.4h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

优选地，在所述焙烧之后，还包括将所述焙烧后的物料进行破碎和筛分的步骤。

在本发明一些具体的实施例中，经过所述破碎和筛分后的物料的粒度为20目~100目，包括但不限于30目、40目、50目、60目、70目、80目、90目中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

本发明还提供了如上所述的抗气孔型熔炼焊剂在焊接船体用结构钢中的应用，所述抗气孔型熔炼焊剂配合焊丝，采用串列双丝埋弧焊法，对所述船体用结构钢进行所述焊接。

通过采用本发明所提供的抗气孔型熔炼焊剂对特定种类的钢进行焊接，所得的焊缝具有较好的综合性能。

在本发明一些具体的实施例中，所述船体用结构钢包括AH32、DH32、EH32、FH32、AH36、DH36、EH36、FH36、AH40、DH40、EH40和FH40中的至少一种。

在本发明一些具体的实施例中，所述船体用结构钢的厚度为25mm~30mm，包括但不限于26mm、27mm、28mm、29mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

在本发明一些具体的实施例中，所述焊丝包括低合金钢焊丝。优选地，所述低合金钢焊丝包括CHW-S3、CHW-S4和CHW-S5中的至少一种。

使用本发明提供的抗气孔型熔炼焊剂配合低合金钢焊丝和船体用结构钢经串列双丝埋弧焊焊接得到的焊缝金属内针状铁素体体积分数较高，具有良好的低温冲击韧性、维氏硬度和抗拉强度，而且焊接过程中起弧容易，电弧燃烧稳定，焊后脱渣性强，焊缝成形美观。

优选地，所述焊接的速度为400mm/min~600mm/min；包括但不限于420mm/min、440mm/min、450mm/min、470mm/min、490mm/min、500mm/min、520mm/min、540mm/min、560mm/min、580mm/min中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

优选地，所述焊接的线能量为50kJ/cm~70kJ/cm，包括但不限于52kJ/cm、54kJ/cm、56kJ/cm、58kJ/cm、60kJ/cm、62kJ/cm、64kJ/cm、66kJ/cm、68kJ/cm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

优选地，所述焊接所用的前丝采用直流电，所述直流电的焊接电流为750A~900A，包括但不限于770A、790A、800A、820A、840A、860A、880A中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；所述直流电的焊接电压为30V~40V，包括但不限于31V、32V、33V、34V、35V、36V、37V、38V、39V中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

所述焊接所用的后丝采用交流电，所述交流电的焊接电流为600A~700A，包括但不限于620A、640A、650A、660A、680A、690A中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；所述交流电的焊接电压为30V~40V，包括但不限于31V、33V、34V、35V、36V、37V、38V、39V中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。

在本发明一些具体的实施例中，采用本发明所提供的抗气孔型熔炼焊剂在焊接船体用结构钢后，所得的焊缝金属的针状铁素体体积分数≥74vol.%（包括但不限于75vol.%、77vol.%、79vol.%、80vol.%、82vol.%、84vol.%、85vol.%中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值），-40℃冲击吸收功≥67J（包括但不限于68J、69J、70J、72J、74J、75J、77J、79J、80J、82J、84J、85J、88J、90J中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值），维氏硬度≥234HV（包括但不限于235HV、237HV、239HV、240HV、243HV、245HV、248HV、250HV、253HV、255HV、258HV、260HV中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值），抗拉强度≥660MPa（包括但不限于665MPa、670MPa、675MPa、680MPa、685MPa、690MPa、695MPa、700MPa、705MPa、710MPa、715MPa、720MPa、725MPa、730MPa中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值）。

优选地，采用本发明所提供的抗气孔型熔炼焊剂在焊接船体用结构钢后，所得的焊缝金属的针状铁素体体积分数为74vol.%~84vol.%，-40℃冲击吸收功为67J~84J，维氏硬度为234.30HV~253.34HV，抗拉强度为661MPa~724MPa。

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

本发明以下各实施例和对比例中所使用的CHW-S3焊丝，是指H10Mn2型焊丝，其生产厂家为四川大西洋焊接材料股份有限公司。

本发明以下各实施例和对比例中所使用的CHW-S4焊丝，是指H10MnSi型焊丝，其生产厂家为四川大西洋焊接材料股份有限公司。

本发明以下各实施例和对比例中所使用的CHW-S5焊丝，是指H08Mn2SiA型焊丝，其生产厂家为四川大西洋焊接材料股份有限公司。

实施例1

本实施例提供的抗气孔型熔炼焊剂由按照质量百分比计的如下组分制成：CaO30%，Al₂O₃ 10%，SiO₂ 30%和CaF₂ 30%。该熔炼焊剂的碱度为1.7。

本实施例提供的抗气孔型熔炼焊剂的制备方法包括如下步骤：

（1）按照上述配方称取各组分，并混合均匀，得到混合物料；在流速为0.3L/min的氩气保护下，将上述混合物料于1530℃下熔化，持续保温1h（即进行熔炼），得到液态熔渣；然后将该液态熔渣进行水淬，得到中间物料。

（2）将步骤（1）中得到的中间物料在700℃焙烧1h，然后再将焙烧后的物料依次进行破碎和筛分，得到粒度为20目~100目的抗气孔型熔炼焊剂。

将上述制得的抗气孔型熔炼焊剂在300℃下烘干1h，然后配合焊丝（具体为CHW-S3，直径为4.0mm），采用串列双丝埋弧焊法，对船体用结构钢（具体为EH36级船板钢，厚度为30mm）进行焊接，所述焊接的工艺参数如下：焊接的速度为450mm/min；焊接过程中的线能量为65kJ/cm。焊接过程中所用的前丝采用直流电，直流电的焊接电流为875A，焊接电压为30V；后丝采用交流电，交流电的焊接电流为600A，焊接电压为38V。

焊接后得到的焊接接头的宏观形貌如图1所示，能够看出，具有大熔深且无气孔缺陷。焊缝的表面形貌如图2所示，能够看出，表面光滑无粘渣，未被氧化变色，具有金属光泽，焊缝成形性好。焊缝金属的微观组织如图3所示，能够看出，微观组织主要有针状铁素体和多边形铁素体组成，其中针状铁素体体积分数高。并且，该焊缝经射线检测无缺陷（验收等级1级）；焊接过程中没有刺鼻性气体挥发。

实施例2

本实施例提供的抗气孔型熔炼焊剂由按照质量百分比计的如下组分制成：CaO30%，Al₂O₃ 10%，SiO₂ 45%和CaF₂ 15%。该熔炼焊剂的碱度为0.9。

本实施例提供的抗气孔型熔炼焊剂的制备方法与实施例1相同。

将上述制得的抗气孔型熔炼焊剂在200℃下烘干1.5h，然后配合焊丝（具体为CHW-S4，直径为3.2mm），采用串列双丝埋弧焊法，对船体用结构钢（具体为EH36级船板钢，厚度为25mm）进行焊接，所述焊接的工艺参数如下：焊接的速度为500mm/min；焊接过程中的线能量为60kJ/cm。焊接过程中所用的前丝采用直流电，直流电的焊接电流为850A，焊接电压为32V；后丝采用交流电，交流电的焊接电流为625A，焊接电压为36V。

焊接后得到的焊缝的表面形貌如图4所示，能够看出，表面光滑无粘渣，未被氧化变色，具有金属光泽，焊缝成形性好。渣壳的宏观形貌如图5所示，可以看出，渣壳表面具有明显的“鱼鳞纹”形貌，且没有气泡残留。并且，该焊缝经射线检测无缺陷（验收等级1级）；焊接过程中没有刺鼻性气体挥发。

实施例3

本实施例提供的抗气孔型熔炼焊剂由按照质量百分比计的如下组分制成：CaO30%，Al₂O₃ 10%和SiO₂ 60%。该熔炼焊剂的碱度为0.5。

本实施例提供的抗气孔型熔炼焊剂的制备方法与实施例1相同。

将上述制得的抗气孔型熔炼焊剂在400℃下烘干0.5h，然后配合焊丝（具体为CHW-S5，直径为5.0mm），采用串列双丝埋弧焊法，对船体用结构钢（具体为EH36级船板钢，厚度为26mm）进行焊接，所述焊接的工艺参数如下：焊接的速度为550mm/min；焊接过程中的线能量为55kJ/cm。焊接过程中所用的前丝采用直流电，直流电的焊接电流为780A，焊接电压为38V；后丝采用交流电，交流电的焊接电流为660A，焊接电压为31V。

焊接后得到的焊缝的表面形貌如图6所示，能够看出，表面光滑无粘渣，未被氧化变色，具有金属光泽，焊缝成形性好。并且，该焊缝经射线检测无缺陷（验收等级1级）；焊接过程中没有刺鼻性气体挥发。

实施例4

本实施例提供的抗气孔型熔炼焊剂由按照质量百分比计的如下组分制成：CaO28%，Al₂O₃ 8%，SiO₂ 54%和CaF₂ 10%。该熔炼焊剂的碱度为0.7。

本实施例提供的抗气孔型熔炼焊剂的制备方法包括如下步骤：

（1）按照上述配方称取各组分，并混合均匀，得到混合物料；在流速为0.1L/min的氩气保护下，将上述混合物料于1500℃下熔化，持续保温1h，得到液态熔渣；然后将该液态熔渣进行水淬，得到中间物料。

（2）将步骤（1）中得到的中间物料在650℃焙烧1.5h，然后再将焙烧后的物料依次进行破碎和筛分，得到粒度为20目~100目的抗气孔型熔炼焊剂。

将上述制得的抗气孔型熔炼焊剂在300℃下烘干1h，然后配合焊丝（具体为CHW-S3，直径为4.0mm），采用串列双丝埋弧焊法，对船体用结构钢（具体为EH36级船板钢，厚度为28mm）进行焊接，其中，焊接的工艺参数与实施例1完全相同。

实施例5

本实施例提供的抗气孔型熔炼焊剂由按照质量百分比计的如下组分制成：CaO31%，Al₂O₃ 12%，SiO₂ 37%和CaF₂ 20%。该熔炼焊剂的碱度为1.2。

本实施例提供的抗气孔型熔炼焊剂的制备方法包括如下步骤：

（1）按照上述配方称取各组分，并混合均匀，得到混合物料；在流速为0.5L/min的氩气保护下，将上述混合物料于1550℃下熔化，持续保温0.5h，得到液态熔渣；然后将该液态熔渣进行水淬，得到中间物料。

（2）将步骤（1）中得到的中间物料在750℃焙烧1h，然后再将焙烧后的物料依次进行破碎和筛分，得到粒度为20目~100目的抗气孔型熔炼焊剂。

将上述制得的抗气孔型熔炼焊剂在300℃下烘干1h，然后配合焊丝（具体为CHW-S3，直径为4.0mm），采用串列双丝埋弧焊法，对船体用结构钢（具体为AH40级船板钢，厚度为30mm）进行焊接，其中，焊接的工艺参数与实施例1完全相同。

对比例1

本对比例提供的熔炼焊剂由按照质量百分比计的如下组分制成：CaO 30%，Al₂O₃10%，SiO₂ 15%和CaF₂ 45%。该熔炼焊剂的碱度为3.8。

本对比例提供的熔炼焊剂的制备方法和焊接方法及其参数均与实施例2相同。

焊接后得到的焊接接头的宏观形貌如图7所示，能够看出，焊缝表面塌陷，未焊满，成形性差，同时有气孔缺陷。焊接后得到的焊缝的表面形貌如图8所示，能够看出，焊缝表面粗糙过度，失去金属光泽，并存在大量气泡压痕和表面气孔缺陷同时伴有少量粘渣。并且，该焊缝经射线检测存在虫形气孔缺陷（验收等级3级）；焊接过程中有刺鼻性气体挥发。

对比例2

本对比例提供的熔炼焊剂由按照质量百分比计的如下组分制成：CaO 30%，Al₂O₃10%和CaF₂ 60%。该熔炼焊剂的碱度为18.0。

本对比例提供的熔炼焊剂的制备方法和焊接方法及其参数均与实施例2相同。

焊接后得到的焊缝的表面形貌如图9所示，能够看出，渣壳与焊缝无法自发脱离，焊缝形面不良，表面粗糙过度并存在大量表面气孔缺陷。并且，该焊缝经射线检测存在虫形气孔缺陷（验收等级3级）；焊接过程中有刺鼻性气体挥发。

对比例3

本对比例提供的熔炼焊剂由按照质量百分比计的如下组分制成：CaO 30%，Al₂O₃10%，SiO₂ 5%和CaF₂ 55%。该熔炼焊剂的碱度为8.5。

本对比例提供的熔炼焊剂的制备方法和焊接方法及其参数均与实施例2相同。

焊接后得到的焊接接头的宏观形貌如图10所示，能够看出，有气孔缺陷。并且，该焊缝经射线检测存在虫形气孔缺陷（验收等级3级）；焊接过程中有刺鼻性气体挥发。

对比例4

本对比例提供的熔炼焊剂由按照质量百分比计的如下组分制成：CaO 30%，Al₂O₃10%，MnO 10%，SiO₂ 30%和CaF₂ 20%。该熔炼焊剂的碱度为1.6。

本对比例提供的熔炼焊剂的制备方法和焊接方法及其参数均与实施例2相同。

对比例5

本对比例提供的熔炼焊剂由按照质量百分比计的如下组分制成：CaO 30%，Al₂O₃10%，MgO 20%，SiO₂ 20%和CaF₂ 20%。该熔炼焊剂的碱度为2.8。

本对比例提供的熔炼焊剂的制备方法和焊接方法及其参数均与实施例2相同。

对比例6

将实施例1制得的熔炼焊剂在300℃下烘干1h，然后配合焊丝（具体为CHW-S80，生产厂家为四川大西洋焊接材料股份有限公司），采用串列双丝埋弧焊法，对船体用结构钢（具体为EH690级船板钢，厚度为30mm）进行焊接，所述焊接的工艺参数与实施例1相同。

对比例7

将实施例1制得的熔炼焊剂在300℃下烘干1h，然后配合焊丝（具体为CHW-S3，直径为4.0mm），采用串列双丝埋弧焊法，对船体用结构钢（具体为EH36级船板钢，厚度为30mm）进行焊接，所述焊接的工艺参数如下：焊接的速度为450mm/min；焊接过程中的线能量为100kJ/cm。焊接过程中所用的前丝采用直流电，直流电的焊接电流为1090A，焊接电压为36V；后丝采用交流电，交流电的焊接电流为950A，焊接电压为38V。

实验例1

对以上各实施例和各对比例焊接后所得到的焊缝的力学性能（包括低温冲击功和维氏硬度以及抗拉强度）、射线探伤验收等级和针状铁素体体积分数进行检测，结果如下表1所示。以上检测所涉及到的参考标准如下表2所示。

表1 各组焊缝的性能检测结果

组别	-40℃ 低温冲击功（ J ）	维氏硬度（ HV ）	抗拉强度（ MPa ）	射线探伤（级）	针状铁素体（ vol.% ）
						实施例 1	80	253.34	698	1	82
实施例 2	84	234.30	724	1	84
						实施例 3	70	240.59	667	1	79
实施例 4	67	238.91	661	1	74
						实施例 5	73	246.37	683	1	80
对比例 1	28	273.81	533	3	22
						对比例 2	13	271.86	514	3	10
对比例 3	21	275.43	508	3	18
						对比例 4	52	267.14	625	1	44
对比例 5	40	261.86	620	1	37
						对比例 6	48	264.33	603	1	40
对比例 7	41	258.45	612	1	33

表2 检测项目的参考标准

检测项目	参考标准
		低温冲击	GB/T 2650-2008
维氏硬度	GB/T 2654-2008
		抗拉强度	GB/T 2652-2008
射线探伤	GB/T 37910.1-2019
		针状铁素体	GB/T 15749-2008
焊缝缺陷	GB/T 6417.1-2005

通过比较实施例1和对比例6的检测结果可以看出，当焊接更高强度级别的船板钢，焊缝的力学性能明显下降。通过比较实施例1和对比例7的检测结果可以看出，当焊接线能量更高，焊缝的力学性能也会明显下降。

通过比较实施例2、对比例1~对比例5的检测结果可以看出，原料的组成及其用量的变化均会对焊缝的力学性能产生影响。在本发明提供的原料组分及其配比范围内获得的焊缝具有更好的力学性能。尤其是，虽然对比例4提供的焊剂的碱度也接近中性，但是其焊缝的力学性能却低于实施例2。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。

Claims (9)

1.一种抗气孔型熔炼焊剂，其特征在于，所述抗气孔型熔炼焊剂由按照质量百分比计的如下组分制成：CaO 28%~31%，Al₂O₃ 8%~9%，SiO₂ 33%~35%和CaF₂ 28%~31%。

2.根据权利要求1所述的一种抗气孔型熔炼焊剂，其特征在于，所述抗气孔型熔炼焊剂的粒度为20目~100目。

3.如权利要求1~2任一项所述的抗气孔型熔炼焊剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将混合均匀的各原料经过熔炼后，进行水淬，得到中间物料；将所述中间物料进行焙烧后，得到所述抗气孔型熔炼焊剂。

4.根据权利要求3所述的抗气孔型熔炼焊剂的制备方法，其特征在于，所述熔炼的温度为1500℃~1550℃，所述熔炼的保温时间为0.5h~1h。

5.根据权利要求3所述的抗气孔型熔炼焊剂的制备方法，其特征在于，所述焙烧的温度为650℃~750℃，所述焙烧的时间为1h~1.5h。

6.如权利要求1~2任一项所述的抗气孔型熔炼焊剂在焊接船体用结构钢中的应用，其特征在于，所述抗气孔型熔炼焊剂配合焊丝，采用串列双丝埋弧焊法，对所述船体用结构钢进行所述焊接。

7.根据权利要求6所述的抗气孔型熔炼焊剂在焊接船体用结构钢中的应用，其特征在于，所述焊接的速度为400mm/min~600mm/min。

8.根据权利要求6所述的抗气孔型熔炼焊剂在焊接船体用结构钢中的应用，其特征在于，所述焊接的线能量为50kJ/cm~70kJ/cm。

9.根据权利要求6所述的抗气孔型熔炼焊剂在焊接船体用结构钢中的应用，其特征在于，所述焊接所用的前丝采用直流电，所述直流电的焊接电流为750A~900A，所述直流电的焊接电压为30V~40V；

所述焊接所用的后丝采用交流电，所述交流电的焊接电流为600A~700A，所述交流电的焊接电压为30V~40V。

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