CN1699009A - 一种用于多丝、高速埋弧自动焊的高韧性烧结焊剂 - Google Patents

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廖波
任德亮
肖福仁
王旭
许昌玲
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Abstract

本发明公开一种用于多丝、高速埋弧自动焊的烧结焊剂，该焊剂的成分(重量百分比)为：MgO 12～22％，CaF2 12～18％，Al2O3 18～28％，CaSiO3 10～20％，MnO2 8～14％，ZrSiO4 4～12％，SiO2 5～10％，CaCO3 1～7％，K2O+Na2O 2～5％，稀土硅铁1～6％。本发明在焊接过程中电弧稳定，极易脱渣，焊缝成形美观，过渡平滑，无咬边等缺陷，焊接速度可达1.5～2.0m/min以上。该焊剂主要应用于管道、船舶、锅炉、压力容器、桥梁结构等低碳微合金高强钢的多丝、高速埋弧焊接或多道埋弧焊接。焊剂的主要特征为中性烧结焊剂，其碱度为1.1～1.3，以保证不同焊剂工艺参数条件下，焊剂具有良好的焊接工艺性能和焊缝化学成分的均匀性。

Description

一种用于多丝、高速埋弧自动焊的高韧性烧结焊剂
技术领域
本发明属于低碳微合金钢材料的焊接技术，主要涉及一种用于多丝、高速埋弧自动焊的烧结焊剂。
背景技术
焊接技术是现代工业生产中不可缺少的一种加工技术，随着科技和经济的发展，焊接技术日趋向自动化、高速化方向发展。埋弧自动焊因自动化程度高、焊接速度快，焊缝性能稳定等特点，在机械、管道、船舶、锅炉、压力容器、桥梁结构等大型焊接结构生产中得到广泛应用。随着产品结构的大型化，焊接钢板壁厚也越来越大，传统的单丝焊接已不能满足生产需要。为提高生产效率，高热输入量的多丝、高速埋弧自动焊技术逐渐发展起来，并得到越来越广泛的应用。目前发达国家已应用四丝埋弧焊，并致力于五丝埋弧焊的应用研究。而国内则刚刚开始应用四丝埋弧焊，还没有这种焊接方法相适应的焊接材料。
从焊接角度考虑，决定焊缝外观、组织和性能的关键是焊接材料的性能，对埋弧焊来说，除焊丝外，焊缝性能主要取决于焊剂。而我国焊剂的研究和生产长期以来主要沿用前苏联的模式，多以熔炼焊剂为主，对烧结焊剂的研究开发较落后。目前国内大量使用的烧结焊剂中，特别是对于低温韧性要求较高的焊接结构，主要采用高碱度的氟碱型SJ101，该焊剂在焊速低于1.3m/min、焊接线能量较小的情况下焊接性能较好。但在焊速高于1.5m/min、线能量较大时，焊缝容易出现问题，主要表现在焊缝成形不均匀，焊后组织成分不够稳定，易出现微裂纹和夹杂等焊接缺陷。其主要原因是焊剂本身的物理特性，如熔点、粘度、表面张力等，不能满足高热输入量的要求。另外采用多丝焊，前丝与后丝间的距离增大，焊接参数相差加大，焊缝化学成分变化也相应产生变化。因此调整焊剂本身的物理特性，同时降低焊剂的活性，使焊剂能保证在不同的焊接参数条件下，焊缝的化学成分的稳定性是多丝、高速埋弧焊焊剂的设计制造关键。而目前国内的烧结焊剂体系还不能满足这种多丝、高速埋弧焊的要求。
发明内容
这种用于多丝、高速埋弧自动焊的烧结焊剂的成分(重量百分比)为：MgO 12～22％，CaF2 12～18％，Al2O3 18～28％，CaSiO3 10～20％，MnO2 8～14％，ZrSiO4 4～12％，SiO2 5～10％，CaCO3 1～7％，K2O+Na2O 2～5％，稀土硅铁1～6％。
焊剂的制造工艺为：将原材料按规定的配比和要求的粒度过筛后进行配料，充分混合后加入水玻璃进行湿拌，然后用造粒机进行造粒，使焊剂粒度控制在10～40目之间，之后在200～300℃进行低温烘干，再于700～900℃进行高温烧结，最后经分选装入具有防潮性能的包装袋中供焊接生产使用。
本发明的有益效果是：该焊剂在多丝高速焊接条件下焊接时电弧稳定，脱渣容易，焊缝成形美观，过渡平滑，无咬边等缺陷，焊接速度可达1.5～2.0m/min以上。
上述成分设计的是通过大量的理论分析，采用优化设计，根据大量的试验数据合理调整渣系中MgO、Al2O3、SiO2、CaF2、MnO2、ZrSiO4、CaSiO3、CaCO3配比来调整焊剂的物理特性，如熔点、粘度和流动性等，并降低焊剂的碱度和活性，减少焊接参数对焊缝化学成分的影响，保证能够满足多丝、高速和大线能量输入条件下的特殊焊剂要求。同时，加入适量的稀土硅铁，一方面，使稀土在焊接过程中适当的过渡到焊缝中，减少和改善焊缝中夹杂物数量和形态，从而达到细化焊缝组织提高焊缝冲击韧性的目的；另一方面，适量硅铁可对焊缝进行脱氧，降低焊缝中的氧含量，保证焊缝具有良好的性能。
具体实施方式
实施例：
试验材料：焊剂：采用自制的多丝、高速埋弧焊剂，其化学成分(重量百分比)：MgO 14％，CaF2 13％，ZrSiO4 6％，Al2O3 21％，CaSiO3 18％，SiO26％，CaCO3 3％，MnO 12％，Na2O+K2O 4％，稀土硅铁3％。
焊丝：采用H08C焊丝，其化学成分见表1；试板：X70钢板，厚度24mm，其化学成分见表2。
                                表1 H08C焊丝的化学成分
    C     Si     Mn     P     S     Mo     Ti
    0.09     0.23     1.58     0.01     0.009     3.80     0.24
                               表2 X70钢板的化学成分(wt％)
  C   Si   Mn    P    S   Cr    Mo    V    Cu    Ni   Nb   Ti   Al
  0.05   0.27   1.55    0.017    0.002   0.031    0.24    0.03    0.25    0.12   0.066   0.017   0.029
焊接工艺：采用双面四丝焊接，焊接工艺为：
第一面：前丝I＝950～1000A，V＝34～36；第二丝I＝830～870A，V＝34～36；三丝I＝670～720A，V＝34～36V；四丝I＝470～530A，V＝36～38V；焊速V＝1.6～1.7m/min
第二面：前丝I＝1000～1100A，V＝35～37V；第二丝I＝850～950A，V＝36～38；三丝I＝750～850A，V＝34～36V；四丝I＝550～650A，V＝36～38V；焊速V＝1.7～1.9m/min
检验结果：低温冲击性能结果见表3。冲击断口剪切面积(SA％)大于80％。焊缝区具有良好的组织状态及高的韧性低温韧性。
         表3低温冲击(-20℃)试验结果
序号     Akv(J)
    单个值   平均值
    1     174     181     143     166
    2     176     183     188     182
    3     194     184     187     188
本发明可与多种焊丝匹配，焊缝具有良好的成分均匀性和低温韧性，可应用于管道、船舶、锅炉、压力容器、桥梁结构等低碳微合金高强钢的多丝高速埋弧自动焊接或多道焊接。

Claims (2)

1.一种用于多丝、高速埋弧自动焊的高韧性烧结焊剂，其特征是：焊剂的成分(重量百分比)为：MgO 12～22％，CaF2 12～18％，Al2O3 18～28％，CaSiO3 10～20％，MnO2 8～14％，ZrSiO4 4～12％，SiO2 5～10％，CaCO3 1～7％，K2O+Na2O 2～5％，稀土硅铁1～6％。
2.一种制造权利要求1所述的埋弧自动焊的烧结焊剂的工艺，其特征在于：
a.将原材料按规定的配比和要求的粒度过筛后进行配料，充分混合后加入水玻璃进行湿拌，然后用造粒机进行造粒，焊剂粒度控制在10～40目之间；
b.之后在200～300℃进行低温烘干，再于700～900℃进行高温烧结；
c.最后经分选装入具有防潮性能的包装袋中供焊接生产使用。
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