专利名称：一种耐超大线能量埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于埋弧自动焊接用焊接材料领域，更具体地说，涉及一种耐超大线能量埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法。
背景技术：
大型钢结构制造广泛采用埋弧自动焊接方法进行焊接加工，为进一步提高焊接生产效率，焊接工作者采用了增大焊接电流至 1000-1400A、多焊丝同时焊接等技术方案，使焊接效率获得大幅度的提高。这些提高焊接效率的途径均是基于设法增大焊接线能量，以提高熔敷效率。如造船厂大量应用2根焊丝或3根焊丝同时进行焊接，且焊接电流高达1200A以上，实现了 20mm 30mm厚板一次性焊接，极大地提高了焊接生产效率。另外锅炉制造中也大量采用双丝大线能量焊接方法进行焊接。采用传统的烧结焊剂进行大线能量埋弧焊给焊接质量带来若干问题:如熔渣过热导致流淌性过大，以致不能很好地覆盖焊缝金属造成焊缝成型缺陷；同时线能量过大使焊接区域受热严重，焊缝结晶组织粗大造成熔敷金属韧性低下。为解决这些问题，十分有必要针对大线能量焊接情形，研制新型能够耐大线能量埋弧焊用的烧结焊剂。近年来人们对大线能量埋弧焊已开展了一些研究工作。《船用大能量埋弧焊新型烧结焊剂的研制》(杨华，华中科技大学硕士学位论文，2007年)报道了已开发出渣系为MgO-CaO-Al2O3-SiO2,碱度BIIW为2.1的烧结焊剂，可满足116KJ/cm的三丝大线能量埋弧焊剂，但该报道并未公开焊剂的具体组成及制作方法。专利号ZL200410097805.9公开了一份名称为“大线能量埋弧焊接接头、该接头的制法及所用焊丝和焊剂”专利文件，该专利公开的焊剂组成含有从 SiO2:10%-28%、CaCO3:5%_15%、MgO:15%_38%、Al2O3:3%_20%、TiO2:2%-10%、CaF2:2%-10%、雾化铁粉、Mo粉、钥铁粉及铌铁粉以外的金属粉:2%_8%中选出的I种或2种以上。其不足之处在于，该焊剂在组成上含有CaCO3之类的造气物质，焊接过程中易产生过多的气体影响焊缝表面成形。
发明内容
要解决的技术问题
针对传统的烧结焊剂进行大线能量埋弧焊难以保证焊接质量的问题，本发明提供了一种耐超大线能量埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法，它可有效地避免用常规焊剂在焊接电流高达1000-1400A时焊接形成的熔渣不能很好地覆盖焊缝金属，能够形成均匀且表面光洁的焊道。技术方案
本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种耐超大线能量埋弧焊用烧结焊剂，其组分及其质量百分比为:氧化铝18%、镁砂22%、天然硅灰石5%、萤石11%、硅微粉6%、锆英砂2%、还原铁粉30%、锰铁合金2.5%、硅铁合金 3.5%。
所述的氧化铝:经1450_1500°C煅烧的工业级a型氧化铝，粒度:80-200目；
所述的镁砂=Mg含量不低于90%的电熔镁砂，硫、磷≤0.04%，粒度:80-100目；
所述的天然硅灰石:Si02: 42%-45%、Ca0:47%_50%，硫、磷≤0.04%，粒度:80-100目； 所述的萤石=CaF2≥96%，硫、磷≤0.03%，粒度:80-100目；
所述的硅微粉:Si02 ^ 98%，硫、磷< 0.03%，粒度=200-250目；
所述的锆英砂=ZrO2 ≥60%, SiO2 ( 32%, S ≤0.03%, P ≤0.09%，粒度:60-120 目；
所述的还原铁粉:Fe≥98%，S≤0.02%, P≤0.02%，氢损≤0.5%，粒度:100-150目； 所述的锰铁合金:Mn≥75%，P≤0.33%，S≤0.03%，粒度:80-120目；
所述的硅铁合金:S1:42%-47%，P≤0.04%, S≤0.02%，粒度:80-120目。一种耐超大线能量埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，其步骤为:
(1)配料:将满足上述的原材料按配方组成配制成混合粉料；
(2)配料后，先用干式搅拌方式将粉料混合均匀，然后再加入钾钠摩尔比为1:1、模数M=3.1、波美浓度为4143H的水玻璃进行湿搅拌，水玻璃加入量为粉料质量的15%-18%。以保证粉料具有一定粘性，但又不致结块为宜(注意水玻璃不得加入过量，否则结块后难以造粒)；
(3)用11-12目的筛网或其它造粒机进行造粒，粒度控制在9-11目范围内，造粒后经150-200°C烘干lh，然后再经450-500°C烘焙Ih即得所需焊剂。本说明书中提及的各组分的百分比如无特别说明，均为质量百分比。有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于:
(1)本发明的烧结焊剂以Mg0、Ca0、Si02、CaF2、Al203为基本造渣物质，以SiO2配合适当含量的CaF2控制熔渣的粘度，使其在焊接电流高达1000-1400A焊接条件下具有合适的流动性，同时焊剂组成中以还原铁粉熔化吸收的大量热量，增强了焊剂在焊接条件下承受大电流的能力；
(2)本发明的焊剂组分中不含有造气物质，因而焊接过程中不会产生过多的气体影响焊缝表面成形，同时采用S1-Mn联合脱氧控制焊缝金属中的氧含量，使其形成细小的铁素体组织，所以，用该焊剂进行大线能量埋弧焊接，可有效地避免用常规焊剂焊接形成的熔渣不能很好地覆盖焊缝金属、难以形成均匀且表面光洁的焊道及焊缝金属过热引起的晶粒粗大、低温韧性差等问题；
(3)本发明提供的耐超大线能量埋弧焊用烧结焊剂可满足焊接电流高达1000-1400A的双丝或三丝超大线能量埋弧焊接，为提高焊接效率创造必要的耗材保证。
具体实施例方式
以下通过实施例对本发明的技术方案做进一步说明。 实施例1
采用本发明的方法，本实施例制备了 10公斤烧结焊剂，该焊剂的组分及各组分的质量百分比为:氧化铝(经1450°C煅烧的工业级a型氧化铝，粒度:80-100目)18%、镁砂(含量为92%的电熔镁砂，硫、磷彡0.04%，粒度:80-90目)22%、天然硅灰石(SiO2:42%,CaO:47%，硫、磷彡0.04%，粒度:80-90目)5%、萤石(CaF2:96%，硫、磷彡0.03%，粒度:80-90目)11%、硅微粉(Si02:98%，硫、磷彡 0.03%，粒度:200-230 目)6%、锆英砂(ZrO2:60%，SiO2:32%，S 彡 0.03%,P 彡 0.09%，粒度:60-100 目)2%、还原铁粉(Fe:98%，S 彡 0.02%, P 彡 0.02%，氢损彡 0.5%,粒度:100-120 目)30%、锰铁合金(Mn:75%，P 彡 0.33%, S 彡 0.03%，粒度:80-100 目)2.5%、硅铁合金(Si:42%, P 彡 0.04%, S 彡 0.02%，粒度:80-100 目)3.5%。该焊剂的制备方法如下:
(1)配料:将满足上述的原材料按配方组成配制成混合粉料；
(2)配料后，先用干式搅拌方式将粉料混合均匀，然后再加入钾钠摩尔比为1:1、模数M=3.1、波美浓度为4PBe'的水玻璃进行湿搅拌，水玻璃加入量为粉料质量的15%。以保证粉料具有一定粘性，但又不致结块为宜(注意水玻璃不得加入过量，否则结块后难以造粒)；
(3)用11目的筛网进行造粒，粒度控制在9目，造粒后经200°CXlh的低温烘干，然后再经450°C X Ih的烘焙即得所需焊剂。利用上述制得的焊剂在船厂利用三丝埋弧焊机进行焊接，母材金属为厚度22mm的AH32船用钢板，其化学成分见表I所示，焊前用等离子切割法开50°的V型坡口，坡口根部保留3mm直边尺寸。采用H10Mn2型焊丝进行三丝焊接，三焊丝直径分别为:前丝直径
4.8mm,中丝和后丝直径分别为4.8mm、6.4mm。焊接参数见表2所示。
表I 母材金属化学成分(重量百分比％)
权利要求
1.一种耐超大线能量埋弧焊用烧结焊剂，其组分及其质量百分比为氧化铝18%、镁砂22%、天然硅灰石5%、萤石11%、硅微粉6%、锆英砂2%、还原铁粉30%、锰铁合金2. 5%、硅铁合金 3. 5%。
2.根据权利要求I所述的一种耐超大线能量埋弧焊用烧结焊剂，其特征在于，各种材料组分满足如下要求 所述的氧化铝经1450-1500°C煅烧的工业级a型氧化铝，粒度80-200目； 所述的镁砂=Mg含量不低于90%的电熔镁砂，硫、磷≤0. 04%，粒度80-100目； 所述的天然硅灰石=SiO2 :42%-45%、Ca0 :47%_50%，硫、磷≤0. 04%，粒度:80-100目； 所述的萤石=CaF2≥96%，硫、磷≤0. 03%，粒度:80-100目； 所述的硅微粉Si02≥ 98%，硫、磷< 0. 03%，粒度=200-250目； 所述的锆英砂=ZrO2 ≥ 60%, SiO2 ≤ 32%, S ≤ 0. 03%, P ≤ 0. 09%，粒度:60-120 目； 所述的还原铁粉Fe≥98%，S≤0. 02%, P≤0. 02%，氢损≤0. 5%，粒度100-150目； 所述的锰铁合金Mn≥75%，P≤0. 33%，S≤0. 03%，粒度80-120目； 所述的硅铁合金Si :42%-47%，P≤0. 04%, S≤0. 02%，粒度:80-120目。
3.一种耐超大线能量埋弧焊用烧结焊剂的制备方法，其步骤为 (1)配料将满足上述权利要求2的原材料按配方组成配制成混合粉料； (2)配料后，先用干式搅拌方式将粉料混合均匀，然后再加入钾钠摩尔比为I:1、模数M=3. I、波美浓度为41-43°Bf的水玻璃进行湿搅拌，水玻璃加入量为粉料质量的15%-18% ； (3)用11-12目的筛网或其它造粒机进行造粒，粒度控制在9-11目范围内，造粒后经150-200°C烘干lh，然后再经450-500°C烘焙Ih即得所需焊剂。
全文摘要
本发明公开了一种耐超大线能量埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法，属于埋弧自动焊接用焊接材料领域。其组分及其质量百分比为氧化铝18%、镁砂22%、天然硅灰石5%、萤石11%、硅微粉6%、锆英砂2%、还原铁粉30%、锰铁合金2.5%、硅铁合金3.5%。它可有效地避免用常规焊剂在焊接电流高达1000-1400A时焊接形成的熔渣不能很好地覆盖焊缝金属，能够形成均匀且表面光洁的焊道。
文档编号B23K35/40GK103252596SQ201310213808
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月31日 优先权日2013年5月31日
发明者李晓泉 申请人:南京工程学院