一種FCB法三絲埋弧焊專用襯墊焊劑及其製備方法與流程
2023-06-07 03:55:41
本發明屬於焊接材料技術領域，具體涉及一種FCB法三絲埋弧焊專用襯墊焊劑及其製備方法。
背景技術：
在現代造船中，焊接是一項很關鍵的工藝，它不僅對船體的建造質量有很大的影響，而且對提高生產率，縮短造船周期起著很大的作用。單面焊雙面成形埋弧自動焊是20世紀70年代發展起來的一項造船焊接新技術，目前已被廣泛應用，因為它取消了翻身、仰焊等工序，有利於組織生產流水線，提高平臺的周轉率和焊接生產率，因而廣泛用於世界各國造船行業。實踐證明，單面焊雙面成形埋弧自動焊是適應現代化造船需要出現的。
焊劑銅襯墊法單面埋弧自動焊(即FCB法)是單面焊雙面成形埋弧自動焊的一種，由於其具有可使用大的焊接規範、對裝配要求不高等優點在各大船廠廣泛使用。
國內對於FCB法的相關焊接材料及其焊接工藝研究比較多，但是一直存在一些技術上的難題無法避免，主要是焊接的背面成型不好，背面脫渣困難，而且在焊縫背面容易造成橫向裂紋，返工機率很高。
技術實現要素：
本發明的目的是克服現有FCB法使用過程中出現的背面焊縫成型較凸，脫渣困難和焊縫背面出現橫向裂紋的技術問題。
為此，本發明提供了一種FCB法三絲埋弧焊專用襯墊焊劑，包括按重量份數計的如下原料組分：
MgO 26～30份；
CaO 8～15份；
Al2O3 10～15份；
TiO2 18～25份；
SiO2 8～15份；
BaO 5～10份；
MnO 5～10份；
Li2O 4～5份；
高溫樹脂 0.5～1.0份；以及不可避免的雜質。
進一步的，上述襯墊焊劑的粒度為12～60目。
進一步的，上述襯墊焊劑的鹼度為1.5～2.5。
進一步的，上述雜質的含量不超過襯墊焊劑總質量的1.5%。
另外，本發明還提供了上述FCB法三絲埋弧焊專用襯墊焊劑的製備方法，包括如下步驟：
1)按上述襯墊焊劑原料組分選料，將原料復檢後進行粗破碎、細破碎、研粉處理，加工成粉劑，並按照原料組分重量份數配比稱重備料。
2)將步驟1)中準備好的原料加入幹攪拌器中進行幹攪拌，然後將攪拌均勻後的粉料加入溼攪拌器，並加入水玻璃進行溼攪拌，充分攪拌均勻。
3)將攪拌均勻的始料送入造粒機進行造粒，得粒狀襯墊焊劑。
4)將造出的粒狀襯墊焊劑經熱風乾燥後送入烘乾爐進行烘乾處理，去除水分後過篩，控制襯墊焊劑粒度大小並送入燒結爐進行燒結。
5)出爐冷卻後經檢驗、過篩、包裝、入庫。
進一步的，上述步驟2)中水玻璃為鋰水玻璃，且鋰水玻璃質量為粉料質量的15～25%。
優選的，上述鋰水玻璃質量為粉料質量的20%。
進一步的，上述步驟4)中烘乾爐的烘乾溫度為150～200℃；燒結爐中的燒結溫度400～500℃，燒結時間0.5～1.5小時。
優選的，上述步驟4)中燒結時間為1小時。
進一步的，上述步驟4)中進入燒結爐的襯墊焊劑粒度大小為12～60目。
本發明中FCB法三絲埋弧焊專用襯墊焊劑的各組分設計原理：
MgO主要作用是造渣，提高熔渣的熔點，從而改善焊縫成型，降低焊縫的餘高。本發明實施例中，MgO是以電熔鎂砂的形式加入。電熔鎂砂的用量範圍為26～30份，其用量小於26份時，焊劑熔點較低，焊渣較稀，焊縫容易漏陷；其用量大於30份時，焊劑鹼度過大，焊縫脫渣困難，且熔渣熔點太高，焊縫保護不良。
Al2O3主要作用是調整熔渣的鹼度、凝固溫度和黏度，從而較好的保護焊縫，並改善脫渣能力。本發明中，Al2O3的用量範圍為10～15份，其用量小於10份時，熔渣較稀，鐵水會從背面焊縫逸出，造成背面焊縫成型不良；其用量大於15份時，熔渣較粘，容易形成焊縫透氣不良且產生夾渣等缺陷。
BaO主要是起造渣的作用，它的存在可以改善焊縫的脫渣性。本發明中，BaO的用量範圍為5～10份，其用量小於5份時，熔渣脫渣不良，工藝性能差；其用量大於10份時，熔渣鹼度大，焊接工藝性能差。
Li2O主要是起降低焊劑吸潮性的作用，它的存在可以使得焊劑吸潮性低，在焊接時降低焊縫中的擴散氫，從而降低裂紋敏感性。在本發明中，Li2O的用量範圍為4～5份，其用量小於4份時，焊劑吸潮性高，焊縫裂紋敏感；其用量大於5份時，工藝性能差。
高溫樹脂主要是通過樹脂加熱過程使其產生固化作用，防止鐵水洩漏，保證焊縫成型。在本發明中，高溫樹脂的用量範圍為0.5～1.0份，其用量小於0.5份時，在焊接過程中鐵水容易洩漏，造成焊縫成型差；其用量大於1.0份時，焊縫氣孔多。本發明中高溫樹脂為熱固性酚醛樹脂，固化溫度150度以上。
與現有技術相比，本發明的有益效果：
(1)本發明提供的這種FCB法三絲埋弧焊專用襯墊焊劑通過向焊劑中加入適量的MgO和Al2O3來提高焊渣的熔點，並採用TiO2替代部分SiO2調節焊劑的鹼度和熔渣的黏度，使焊縫具有良好的焊縫成型和焊縫餘高，焊縫餘高不超過3mm，並降低焊縫中的Si含量；而且由於焊劑中SiO2含量較少，從而提高了焊縫的韌性和抗裂性。
(2)本發明提供的這種FCB法三絲埋弧焊專用襯墊焊劑中加入了適量高溫樹脂，通過高溫樹脂加熱過程使其產生固化作用，防止鐵水洩漏，保證了焊縫成型。
(3)本發明提供的這種FCB法三絲埋弧焊專用襯墊焊劑的製備方法中採用鋰水玻璃和Li2O進行處理，增強了焊劑的抗吸潮能力，減少了擴散氫的含量，從而進一步增強了焊縫的抗裂性能。
以下將結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
附圖說明
圖1是本發明FCB法三絲埋弧焊專用襯墊焊劑的製備方法工藝流程圖。
圖2是採用實施例1中襯墊焊劑進行焊接後的焊縫成型圖。
圖3是採用實施例2中襯墊焊劑進行焊接後的焊縫成型圖。
圖4是採用實施例3中襯墊焊劑進行焊接後的焊縫成型圖。
圖5是採用實施例4中襯墊焊劑進行焊接後的焊縫成型圖。
圖6是採用現有同型號襯墊焊劑進行焊接後的焊縫成型圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
實施例1：
本實施例提供了一種FCB法三絲埋弧焊專用襯墊焊劑，包括按重量份數計的如下原料組分：MgO 30份；CaO 8份；Al2O3 10份；TiO2 25份；SiO2 8份；BaO 5份；MnO 7.5份；Li2O 5份；高溫樹脂 1.0份；以及不可避免的雜質。其中，該襯墊焊劑的鹼度為1.5。
如圖1所示，該FCB法三絲埋弧焊專用襯墊焊劑的製備過程如下：將上述原料復檢後，進行粗破碎、細破碎、研粉等工序，加工成不同標準粒度的粉劑。過篩後按照上述配方進行配比稱重，然後放進幹攪拌器中進行幹攪拌，攪拌均勻後的粉料放入溼攪拌器，加入粉料質量20%的鋰水玻璃進行溼攪拌，充分攪拌均勻，攪拌好的始料送入造粒機進行造粒，造出的粒狀襯墊焊劑經熱風乾燥後送入烘乾爐，在150～200℃的溫度下進行烘乾，去除水分後過篩，控制粒度12～60目的襯墊焊劑送入燒結爐進行燒結，燒結溫度400～500℃，燒結時間1.5小時左右，出爐冷卻後經檢驗、過篩、包裝、入庫，完成襯墊焊劑生產過程。
本實施例製得的襯墊焊劑烘乾後，其含水量0.02%，將其敞開露置4小時後含水量為0.035%，表明該襯墊焊劑吸潮性能好。
在焊接前，將本實施例製得的襯墊焊劑和現有的日本神鋼集團的同類型襯墊焊劑分別經300℃烘乾2小時後進行焊接試驗，配合MCJH10Mn2焊絲進行FCB法三絲單面焊雙面成型焊接，兩者背面焊縫成型結果分別如圖2和圖6所示。經檢測，本實施例製得的襯墊焊劑背面焊縫成型良好，焊縫餘高不超過3mm，射線探傷Ⅰ級合格，明顯優於現有的同類型襯墊焊劑。
實施例2：
本實施例提供了一種FCB法三絲埋弧焊專用襯墊焊劑，包括按重量份數計的如下原料組分：MgO 26份；CaO 15份；Al2O3 10份；TiO2 18份；SiO2 15份；BaO 5份；MnO 5份；Li2O 4份；高溫樹脂 0.5份；以及不可避免的雜質。其中，該襯墊焊劑的鹼度為1.5。
如圖1所示，該FCB法三絲埋弧焊專用襯墊焊劑的製備過程如下：將上述原料復檢後，進行粗破碎、細破碎、研粉等工序，加工成不同標準粒度的粉劑。過篩後按照上述配方進行配比稱重，然後放進幹攪拌器中進行幹攪拌，攪拌均勻後的粉料放入溼攪拌器，加入粉料質量25%的鋰水玻璃進行溼攪拌，充分攪拌均勻，攪拌好的始料送入造粒機進行造粒，造出的粒狀襯墊焊劑經熱風乾燥後送入烘乾爐，在150～200℃的溫度下進行烘乾，去除水分後過篩，控制粒度12～60目的襯墊焊劑送入燒結爐進行燒結，燒結溫度400～500℃，燒結時間1小時左右，出爐冷卻後經檢驗、過篩、包裝、入庫，完成襯墊焊劑生產過程。
本實施例製得的襯墊焊劑烘乾後，其含水量0.015%，將其敞開露置4小時後含水量為0.041%，表明該襯墊焊劑吸潮性能好。
在焊接前，將本實施例製得的襯墊焊劑和現有的日本神鋼集團的同類型襯墊焊劑分別經300℃烘乾2小時後進行焊接試驗，配合MCJH10Mn2焊絲進行FCB法三絲單面焊雙面成型焊接，兩者背面焊縫成型結果分別如圖3和圖6所示。經檢測，本實施例製得的襯墊焊劑背面焊縫成型良好，焊縫餘高不超過3mm，射線探傷Ⅰ級合格，明顯優於現有的同類型襯墊焊劑。
實施例3：
本實施例提供了一種FCB法三絲埋弧焊專用襯墊焊劑，包括按重量份數計的如下原料組分：MgO 26份；CaO 8份；Al2O3 15份；TiO2 18份；SiO2 8份；BaO 10份；MnO 10份；Li2O 4份；高溫樹脂 0.5份；以及不可避免的雜質。其中，該襯墊焊劑的鹼度為2.5。
如圖1所示，該FCB法三絲埋弧焊專用襯墊焊劑的製備過程如下：將上述原料復檢後，進行粗破碎、細破碎、研粉等工序，加工成不同標準粒度的粉劑。過篩後按照上述配方進行配比稱重，然後放進幹攪拌器中進行幹攪拌，攪拌均勻後的粉料放入溼攪拌器，加入粉料質量15%的鋰水玻璃進行溼攪拌，充分攪拌均勻，攪拌好的始料送入造粒機進行造粒，造出的粒狀襯墊焊劑經熱風乾燥後送入烘乾爐，在150～200℃的溫度下進行烘乾，去除水分後過篩，控制粒度12～60目的襯墊焊劑送入燒結爐進行燒結，燒結溫度400～500℃，燒結時間0.5小時左右，出爐冷卻後經檢驗、過篩、包裝、入庫，完成襯墊焊劑生產過程。
本實施例製得的襯墊焊劑烘乾後，其含水量0.025%，將其敞開露置4小時後含水量為0.050%，表明該襯墊焊劑吸潮性能好。
在焊接前，將本實施例製得的襯墊焊劑和現有的日本神鋼集團的同類型襯墊焊劑分別經300℃烘乾2小時後進行焊接試驗，配合MCJH10Mn2焊絲進行FCB法三絲單面焊雙面成型焊接，兩者背面焊縫成型結果分別如圖4和圖6所示。經檢測，本實施例製得的襯墊焊劑背面焊縫成型良好，焊縫餘高不超過3mm，射線探傷Ⅰ級合格，明顯優於現有的同類型襯墊焊劑。
實施例4：
本實施例提供了一種FCB法三絲埋弧焊專用襯墊焊劑，包括按重量份數計的如下原料組分：MgO 28份；CaO 12份；Al2O3 12份；TiO2 20份；SiO2 9份；BaO 6份；MnO 8份；Li2O 4份；高溫樹脂 0.5份；以及不可避免的雜質。其中，該襯墊焊劑的鹼度為1.9。
如圖1所示，該FCB法三絲埋弧焊專用襯墊焊劑的製備過程如下：將上述原料復檢後，進行粗破碎、細破碎、研粉等工序，加工成不同標準粒度的粉劑。過篩後按照上述配方進行配比稱重，然後放進幹攪拌器中進行幹攪拌，攪拌均勻後的粉料放入溼攪拌器，加入粉料質量20%的鋰水玻璃進行溼攪拌，充分攪拌均勻，攪拌好的始料送入造粒機進行造粒，造出的粒狀襯墊焊劑經熱風乾燥後送入烘乾爐，在150～200℃的溫度下進行烘乾，去除水分後過篩，控制粒度12～60目的襯墊焊劑送入燒結爐進行燒結，燒結溫度400～500℃，燒結時間1小時左右，出爐冷卻後經檢驗、過篩、包裝、入庫，完成襯墊焊劑生產過程。
本實施例製得的襯墊焊劑烘乾後，其含水量0.025%，將其敞開露置4小時後含水量為0.050%，表明該襯墊焊劑吸潮性能好。
在焊接前，將本實施例製得的襯墊焊劑和現有的日本神鋼集團的同類型襯墊焊劑分別經300℃烘乾2小時後進行焊接試驗，配合MCJH10Mn2焊絲進行FCB法三絲單面焊雙面成型焊接，兩者背面焊縫成型結果分別如圖5和圖6所示。經檢測，本實施例製得的襯墊焊劑背面焊縫成型良好，焊縫餘高不超過3mm，射線探傷Ⅰ級合格，明顯優於現有的同類型襯墊焊劑。
綜上所述，本發明提供的這種FCB法三絲埋弧焊專用襯墊焊劑吸潮性小，焊縫成型好，脫渣性優良，焊縫裂紋敏感性小，配合MCJH10Mn2埋弧焊絲在36mm以下的FCB法焊接過程中，具有良好的脫渣、抗氣孔等焊接工藝性能並具有良好的抗裂性能，其焊縫成型好，焊縫餘高不超過3mm，X射線探傷Ⅰ級合格。
以上例舉僅僅是對本發明的舉例說明，並不構成對本發明的保護範圍的限制，凡是與本發明相同或相似的設計均屬於本發明的保護範圍之內。