一種船用鋼埋弧橫焊焊劑及其製備方法與流程
2023-05-13 06:37:46 5
本發明屬於焊接材料技術領域，尤其是涉及一種船用鋼埋弧橫焊焊劑及其製備方法。
背景技術：
隨著我國重工業的迅速發展，埋弧自動焊因其操作方便，使用簡單，無弧光等優勢被廣泛的應用到工業生產中，日益會成為重工業的中流砥柱。為了保障埋弧焊的焊接質量，生產效率，改善現場的勞動條件，未來的焊接研究者將會對智能化，自動化進行深入研究，也會對埋弧焊的全位置焊接性進行開發。埋弧焊橫焊在造船和建築業的應用很廣泛。有一些較大的工件不適合將其翻轉、放倒，然後進行焊接，只能選擇使用橫焊。專利CN103737192A(申請號：201410004199.5；公布日2014.04.23)公開了一種用於鋼安全殼埋弧橫焊用的焊劑、製備方法及焊接方法，其各組成成分所佔重量百分比為：SiO2：6-18％；MgO：22-40％；Al2O3:12-28％；CaO：15-30％；MnO：0.5-4％；Na2O：0.5-2％；K2O：0.2-2％；0＜TiO2≤3％；0＜Fe2O3≤3.0％；0＜S≤0.030％；0＜P≤0.030％。此外，專利CN104816106A(申請號：201510266769.2；公布日：2015.08.05)公開了一種承壓儲罐專用埋弧焊焊劑，其各組成成分所佔重量份數為：氧化物38-61份、氟化物13-17份、金紅石12-17份、錳礦粉7-11份、金屬錳合金5-10份、矽鐵合金5-8份、鉬鐵合金1-5份、鈦鐵合金0.5-2份、硼鐵合金0.1-0.5份。但這兩種橫焊焊劑都是在針對特殊材料，有特殊用途的專用焊劑，價格昂貴，使用範圍窄，目前市場上還沒有一種適用性較廣、工藝性能和力學性能結合良好並且成本較低的埋弧橫焊焊劑。
技術實現要素：
本發明的目的是克服上述現有技術的不足，提供一種船用鋼埋弧橫焊焊劑，適用於埋弧橫焊，焊時渣殼對熔池有良好的託持作用，焊後脫渣性好，具有高效率，高質量，高脫渣性等特點，焊縫成型美觀，且具有優良的工藝性能和力學性能，生產成本低，可改善焊縫成型，減少焊接缺陷。
為達到上述目的，本發明的技術解決方案是：
一種船用鋼埋弧橫焊焊劑，包括如下重量百分比的組成成分：
鎂砂：20～35％；
矽灰石：5～20％；
氧化鋁：15～30％；
螢石：10～20％；
大理石：1～10％；
金紅石：1～10％；
錳礦：1～10％；
矽鐵：1～10％。
優選的，包括如下重量百分比的組成成分，鎂砂：28％；矽灰石15％；氧化鋁：25％；螢石：13％；大理石：6％；金紅石：5％；錳礦：5％；矽鐵：3％。
優選的，包括如下重量百分比的組成成分，鎂砂：30％；矽灰石13％；氧化鋁：22％；螢石：15％；大理石：4％；金紅石：9％；錳礦：3％；矽鐵：4％。
優選的，包括如下重量百分比的組成成分，鎂砂：32％；矽灰石11％；氧化鋁：21％；螢石：17％；大理石：6％；金紅石：6％；錳礦：4％；矽鐵：3％。
優選的，所述螢石中CaF2含量≥95％；
優選的，所述鎂砂中MgO含量≥98％；
優選的，所述矽灰石中SiO2含量為41～45％，CaO含量為45～52％；
優選的，所述氧化鋁中A12O3含量≥85％；
優選的，所述大理石中CaCO3含量≥95％；
優選的，所述錳礦中MnO含量≥65％。
本發明中，鎂砂是焊劑的主要成分，其作用是造渣，調節焊劑的鹼度和提高焊劑的熔點。鎂砂的主要成分是MgO，MgO是鹼性氧化物，能夠提高熔渣的鹼度，改善熔池的低溫衝擊韌性，降低擴散氫。但由於MgO熔點較高，可以增加熔渣的熔點，提高熔渣的粘度，抑制熔渣的流動性，加入量超過35％時，熔渣凝固速度快，壓迫焊縫成型，脫渣性不好，影響焊縫成型美觀。為保證焊縫性能，本發明中鎂砂的含量在20％～35％。
氧化鋁：主要成分是Al2O3。Al2O3是兩性氧化物，具有較高的熔點，可以調節熔渣粘度，具有增大熔渣表面張力的作用。通過大量的試驗得出，隨著氧化鋁的加入量逐漸增加，焊劑的焊接工藝性能逐漸得到改善，焊縫脫渣性變好，電弧趨於穩定。但過高的Al2O3含量會使焊縫弧度更尖且不平滑，易產生氣孔和麻點。在焊劑配方中，氧化鋁起到平衡鹼度和改善焊接工藝性能的作用，加入量在15％-30％之間。
矽灰石也是本發明焊劑的主要組成成分，主要作為造渣劑，屬於穩定的氧化物，與鎂砂等結合成共熔體，形成焊接熔渣。含量較少時，電弧不穩定，易產生斷弧的現象；含量較高時，熔敷金屬增Si，同時熔渣的粘度過大，流動性較差。此外，SiO2具有降低熔渣表面張力的作用，有利於改善脫渣性能和焊縫成形作用。故本發明中，矽灰石含量在5～20％。
螢石：主要成分是TiO2。適量的螢石可以降低液態金屬的表面張力，提高其流動性，使得焊縫成型美觀，降低焊縫氣孔敏感性，並能夠降低熔敷金屬的擴散氫含量。螢石含量低於10％時，使得焊縫成型不好，焊縫中易出氣孔；當螢石含量超過20％時，使電弧穩定性變差，因此控制焊劑中螢石的含量為10％～20％。
錳礦：主要成分是MnO，調整熔敷金屬中的含Mn量，降低熔渣的熔點，改善熔渣的流動性有利於焊縫的成形，有利於改善熔敷金屬的韌性。但是含量超過10％時，由於它的還原作用，使得熔敷金屬的含氧量增加，韌性然而降低。故本發明中，錳礦含量在1～10％。
金紅石：主要成分為TiO2.。焊劑中加入量不需太多，但是金紅石在焊劑成分中起到不可或缺的作用，它可以增強熔渣和焊劑的流動性能，並且可以降低焊劑和熔渣的熔點，以獲得焊縫成型美觀且工藝性能良好的焊縫。故本發明中，金紅石的含量在1～10％。
大理石：主要成分是CaCO3。具有較強脫硫、脫磷能力。大理石在焊接過程中釋放出的CO2，一方面可以降低焊接氣氛的氫分壓，有利於消除因氫引起的焊接缺陷，另一方面，可以增加液態熔池的攪拌力度，有利於冶金反應產生的熔渣上浮都熔池表面。但大理石含量增加時，不利於焊縫的成形性，使焊縫成形波紋變粗，同時脫渣性也隨之下降。故本發明中，大理石的含量為1～10％。
矽鐵：主要作用是脫氧，防止熔敷金屬產生氣孔，同時可向焊縫中添加矽元素，矽元素能保證焊縫的強度，但含量不能過高，過高易導致焊縫強度過高，衝擊韌性下降。故本發明中，矽鐵的含量為1～10％。
上述埋船用鋼埋弧橫焊焊劑的製備方法，包括步驟：首先將按重量百分比稱好的粉料在幹混器中幹混，幹混均勻後放入溼拌器，加入配料總重量24％的水玻璃進行溼拌，溼拌均勻後將溼粉通過傳送帶送入造粒盤進行造粒，在250℃～300℃下烘焙0.5～1.5小時，去除水分後將焊劑過篩，將篩分後的焊劑在750℃～800℃溫度下高溫燒結0.5～1.5小時，隨爐冷卻後過10目～50目篩子，即得成品燒結焊劑。
優選的，所述的金紅石預先經過600-800℃1個小時的高溫處理。
優選的，使用鉀鈉水玻璃作為粘結劑。
本發明的積極效果：
發明船用鋼埋弧橫焊焊劑，焊接電弧穩定，焊劑焊後脫渣性良好，焊縫成形美觀，具有優良的焊接工藝性能和力學性能，生產效率高，綜合成本低，焊接質量好，解決了埋弧橫焊的難題。
具體實施方式
為了進一步理解本發明，下面通過實施例對本發明作進一步說明。
實施例1
一種船用鋼埋弧橫焊焊劑及其製備方法，其焊劑的各組成成分及各組分所佔重量百分比為：鎂砂：28％；矽灰石15％；氧化鋁：28％；螢石：14％；大理石：6％；金紅石：1％；錳礦：5％；矽鐵：3％。其製備方法是首先將按重量百分比稱好的粉料在幹混器中幹混，幹混均勻後放入溼拌器，加入配料總重量24％的水玻璃進行溼拌，溼拌均勻後將溼粉通過傳送帶送入造粒盤進行造粒，在250℃～300℃下烘焙0.5小時，去除水分後將焊劑過篩，將篩分後的焊劑在750℃～800℃溫度下高溫燒結1.5小時，隨爐冷卻後過10目到50目篩子，即得成品燒結焊劑。
實施例2
一種船用鋼埋弧橫焊焊劑及其製備方法，其焊劑的各組成成分及各組分所佔重量百分比為：鎂砂：35％；矽灰石5％；氧化鋁：28％；螢石：10％；大理石：10％；金紅石：10％；錳礦：1％；矽鐵：1％。其製備方法是首先將按重量百分比稱好的粉料在幹混器中幹混，幹混均勻後放入溼拌器，加入配料總重量24％的水玻璃進行溼拌，溼拌均勻後將溼粉通過傳送帶送入造粒盤進行造粒，在250℃～300℃下烘焙1小時，去除水分後將焊劑過篩，將篩分後的焊劑在750℃～800℃溫度下高溫燒結1小時，隨爐冷卻後過10目到50目篩子，即得成品燒結焊劑。
實施例3
一種船用鋼埋弧橫焊焊劑及其製備方法，其焊劑的各組成成分及各組分所佔重量百分比為：鎂砂：20％；矽灰石20％；氧化鋁：15％；螢石：20％；大理石：4％；金紅石：1％；錳礦：10％；矽鐵：10％。其製備方法是首先將按重量百分比稱好的粉料在幹混器中幹混，幹混均勻後放入溼拌器，加入配料總重量24％的水玻璃進行溼拌，溼拌均勻後將溼粉通過傳送帶送入造粒盤進行造粒，在250℃～300℃下烘焙1.5小時，去除水分後將焊劑過篩，將篩分後的焊劑在750℃～800℃溫度下高溫燒結0.5小時，隨爐冷卻後過10目到50目篩子，即得成品燒結焊劑。
使用以上焊劑配合GB H08Mn2SiA埋弧焊絲進行焊接，對應熔敷金屬力學性能見下表：
,通過上述試驗結果驗證力學性能：
上述焊接試驗在電流350-450A，電壓28-32V，焊接速度300-350mm/min的條件下進行，電弧穩定，焊縫成型美觀，脫渣非常容易，沒有咬邊等缺陷，力學性能結果符合國標GB/T 12470-2003中的規定，焊接質量良好，非常適合埋弧焊橫焊。
本發明不局限於上述最佳實施方式，任何人在本發明的啟示下得出的其他任何與本發明相同或相似的產品，均落在本發明的保護範圍之內。