本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及一种环保型焊接合金材料及其制备方法。
背景技术：
焊接，也可写作“焊接”或称熔接、镕接，是两种或两种以上材质(同种或异种)通过加热、加压，或两者并用，使两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式，焊接应用广泛，既可用于金属，也可用于非金属。焊丝是作为填充金属或同时作为导电用的金属丝焊接材料，包括碳钢焊丝、低合金结构钢焊丝、合金结构钢焊丝、不锈钢焊丝和有色金属焊丝等。但是现有技术为提升焊丝的性能，添加有害元素，如铬、锆、钼等，对人体健康和环境的危害较大。
技术实现要素：
针对上述存在的问题，本发明提出了一种具有优异硬度和强度的环保型焊接合金材料及其制备方法。
为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：
一种环保型焊接合金材料，由以下质量份数制成：大理石6-10份、低碳锰铁12-16份、铝-钪合金20-25份、电解铜6-8份、蛇纹石5-9份、绢云母粉8-10份、硬脂酸钡4-7份、硼酸铝晶须6-12份、钛铁7-14份、氧化铈1-3份、焦磷酸钠0-4份、乙烯基双硬脂酸酰胺6-9份。
优选的，环保型焊接合金材料由以下质量份数制成：大理石8-10份、低碳锰铁14-16份、铝-钪合金22-25份、电解铜7-8份、蛇纹石8-9份、绢云母粉9-10份、硬脂酸钡6-7份、硼酸铝晶须10-12份、钛铁9-14份、氧化铈2-3份、焦磷酸钠2-4份、乙烯基双硬脂酸酰胺8-9份。
优选的，环保型焊接合金材料的制备方法，其制备步骤如下：
1)原料准备
按重量份称取原料，将大理石、蛇纹石研磨过20目筛；
2)合金熔炼、铸造
将低碳锰铁、钛铁、电解铜加入中频感应电炉中，升温至完全熔融，然后降温至350-480℃，加入铝-钪合金、氧化铈和焦磷酸钠继续升温冶炼至熔融，再加入步骤1)中研磨后的大理石和蛇纹石、绢云母粉、硬脂酸钡和硼酸铝晶须，调节温度为840-850℃保温30-35min，扒渣，然后降温至720℃出钢包进行浇注，出钢包的过程中随钢包水加入乙烯基双硬脂酸酰胺，浇注得Φ50mm的合金铸锭。
3)轧制盘条、压制
将步骤2)制得的合金铸锭置于退火炉中加热至380-430℃，保温5-6h，退火2-2.5h，再用油压型挤压机挤压成Φ3-4mm的合金焊丝；
4)焊丝拉拔
将步骤4)制得的合金焊丝用活套式拉丝机以25m/min的速度拉拔，最终得的合金焊丝。
优选的，步骤2)中升温速度为0.5℃/s,降温速度为0.6℃/s。
优选的，步骤4)合金焊丝直径每减小0.5mm进行一次退火，退火温度为400℃，退火时间为2h。
优选的，步骤4)中合金焊丝最终尺寸为Φ1.2mm。
由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：
铝-钪合金具有优异的高温强度、抗腐蚀性能以及结构稳定性，有利于避免高温焊接过程中的脆化现象，且钪元素与氧化铈共同作用细化了组织的微晶结构，显著提升了焊丝的拉伸强度和屈服强度，增强了焊丝的韧性，另外稀土元素的添加有利于脱渣和防止裂纹；蛇纹石和绢云母粉具有良好的抗腐蚀、耐磨性能，硬脂酸钡作为交联剂和粘合剂增强了焊丝的结构稳定性，焊接渗透性好；硼酸铝晶须具有优良的力学性能，为焊丝的强度和韧性的增强体；乙烯基双硬脂酸酰胺具有润滑、防蚀性，有利于避免焊丝拉拔的的划伤现象。本发明环保无毒，具有优异的硬度和强度，焊缝金属抗拉强度≥786MPa，屈服强度≥693MPa，伸长率≥24.6％，冲击功(0℃)≥208J，焊丝表面洁净易于清洁，焊接时铺展性能好，气密性强。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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1：
一种环保型焊接合金材料由以下质量份数制成：大理石6份、低碳锰铁14份、铝-钪合金22份、电解铜6.8份、蛇纹石5份、绢云母粉8份、硬脂酸钡4份、硼酸铝晶须10份、钛铁14份、氧化铈3份、焦磷酸钠3.5份、乙烯基双硬脂酸酰胺6份。
环保型焊接合金材料的制备方法，其制备步骤如下：
1)原料准备
按重量份称取原料，将大理石、蛇纹石研磨过20目筛；
2)合金熔炼、铸造
将低碳锰铁、钛铁、电解铜加入中频感应电炉中，升温至完全熔融，然后降温至380℃，加入铝-钪合金、氧化铈和焦磷酸钠继续升温冶炼至熔融，再加入步骤1)中研磨后的大理石和蛇纹石、绢云母粉、硬脂酸钡和硼酸铝晶须，调节温度为842℃保温32min，扒渣，然后降温至720℃出钢包进行浇注，出钢包的过程中随钢包水加入乙烯基双硬脂酸酰胺，浇注得Φ50mm的合金铸锭。
3)轧制盘条、压制
将步骤2)制得的合金铸锭置于退火炉中加热至380℃，保温5.2h，退火2.4h，再用油压型挤压机挤压成Φ3.5mm的合金焊丝；
4)焊丝拉拔
将步骤3)制得的合金焊丝用活套式拉丝机以25m/min的速度拉拔，最终得的合金焊丝。
实施例2：
一种环保型焊接合金材料由以下质量份数制成：大理石8份、低碳锰铁12份、铝-钪合金25份、电解铜7.2份、蛇纹石6份、绢云母粉9份、硬脂酸钡6份、硼酸铝晶须12份、钛铁13份、氧化铈2份、焦磷酸钠4份、乙烯基双硬脂酸酰胺9份。
环保型焊接合金材料的制备方法，其制备步骤如下：
1)原料准备
按重量份称取原料，将大理石、蛇纹石研磨过20目筛；
2)合金熔炼、铸造
将低碳锰铁、钛铁、电解铜加入中频感应电炉中，升温至完全熔融，然后降温至360℃，加入铝-钪合金、氧化铈和焦磷酸钠继续升温冶炼至熔融，再加入步骤1)中研磨后的大理石和蛇纹石、绢云母粉、硬脂酸钡和硼酸铝晶须，调节温度为845℃保温34min，扒渣，然后降温至720℃出钢包进行浇注，出钢包的过程中随钢包水加入乙烯基双硬脂酸酰胺，浇注得Φ50mm的合金铸锭。
3)轧制盘条、压制
将步骤2)制得的合金铸锭置于退火炉中加热至390℃，保温5.8h，退火2.3h，再用油压型挤压机挤压成Φ3.8mm的合金焊丝；
4)焊丝拉拔
将步骤3)制得的合金焊丝用活套式拉丝机以25m/min的速度拉拔，最终得的合金焊丝。
实施例3：
一种环保型焊接合金材料由以下质量份数制成：大理石7份、低碳锰铁12.5份、铝-钪合金23份、电解铜7份、蛇纹石8份、绢云母粉9.3份、硬脂酸钡5.5份、硼酸铝晶须11份、钛铁9份、氧化铈2.5份、焦磷酸钠2份、乙烯基双硬脂酸酰胺8份。
环保型焊接合金材料的制备方法，其制备步骤如下：
1)原料准备
按重量份称取原料，将大理石、蛇纹石研磨过20目筛；
2)合金熔炼、铸造
将低碳锰铁、钛铁、电解铜加入中频感应电炉中，升温至完全熔融，然后降温至350℃，加入铝-钪合金、氧化铈和焦磷酸钠继续升温冶炼至熔融，再加入步骤1)中研磨后的大理石和蛇纹石、绢云母粉、硬脂酸钡和硼酸铝晶须，调节温度为850℃保温35min，扒渣，然后降温至720℃出钢包进行浇注，出钢包的过程中随钢包水加入乙烯基双硬脂酸酰胺，浇注得Φ50mm的合金铸锭。
3)轧制盘条、压制
将步骤2)制得的合金铸锭置于退火炉中加热至420℃，保温6h，退火2h，再用油压型挤压机挤压成Φ4mm的合金焊丝；
4)焊丝拉拔
将步骤3)制得的合金焊丝用活套式拉丝机以25m/min的速度拉拔，最终得的合金焊丝。
实施例4：
一种环保型焊接合金材料由以下质量份数制成：大理石10份、低碳锰铁13份、铝-钪合金20份、电解铜7.5份、蛇纹石9份、绢云母粉8.6份、硬脂酸钡7份、硼酸铝晶须8份、钛铁10份、氧化铈1份、焦磷酸钠1份、乙烯基双硬脂酸酰胺7.2份。
环保型焊接合金材料的制备方法，其制备步骤如下：
1)原料准备
按重量份称取原料，将大理石、蛇纹石研磨过20目筛；
2)合金熔炼、铸造
将低碳锰铁、钛铁、电解铜加入中频感应电炉中，升温至完全熔融，然后降温至420℃，加入铝-钪合金、氧化铈和焦磷酸钠继续升温冶炼至熔融，再加入步骤1)中研磨后的大理石和蛇纹石、绢云母粉、硬脂酸钡和硼酸铝晶须，调节温度为848℃保温30min，扒渣，然后降温至720℃出钢包进行浇注，出钢包的过程中随钢包水加入乙烯基双硬脂酸酰胺，浇注得Φ50mm的合金铸锭。
3)轧制盘条、压制
将步骤2)制得的合金铸锭置于退火炉中加热至400℃，保温5.5h，退火2.5h，再用油压型挤压机挤压成Φ3.2mm的合金焊丝；
4)焊丝拉拔
将步骤3)制得的合金焊丝用活套式拉丝机以25m/min的速度拉拔，最终得的合金焊丝。
实施例5：
一种环保型焊接合金材料由以下质量份数制成：大理石8份、低碳锰铁15份、铝-钪合金25份、电解铜8份、蛇纹石7份、绢云母粉9.8份、硬脂酸钡4.3份、硼酸铝晶须6份、钛铁7份、氧化铈1.8份、焦磷酸钠0份、乙烯基双硬脂酸酰胺8.6份。
环保型焊接合金材料的制备方法，其制备步骤如下：
1)原料准备
按重量份称取原料，将大理石、蛇纹石研磨过20目筛；
2)合金熔炼、铸造
将低碳锰铁、钛铁、电解铜加入中频感应电炉中，升温至完全熔融，然后降温至450℃，加入铝-钪合金、氧化铈和焦磷酸钠继续升温冶炼至熔融，再加入步骤1)中研磨后的大理石和蛇纹石、绢云母粉、硬脂酸钡和硼酸铝晶须，调节温度为840℃保温33min，扒渣，然后降温至720℃出钢包进行浇注，出钢包的过程中随钢包水加入乙烯基双硬脂酸酰胺，浇注得Φ50mm的合金铸锭。
3)轧制盘条、压制
将步骤2)制得的合金铸锭置于退火炉中加热至415℃，保温5h，退火2.2h，再用油压型挤压机挤压成Φ3mm的合金焊丝；
4)焊丝拉拔
将步骤3)制得的合金焊丝用活套式拉丝机以25m/min的速度拉拔，最终得的合金焊丝。
实施例6：
一种环保型焊接合金材料由以下质量份数制成：大理石9份、低碳锰铁16份、铝-钪合金24份、电解铜6.2份、蛇纹石6.5份、绢云母粉10份、硬脂酸钡6.8份、硼酸铝晶须9份、钛铁8份、氧化铈1.2份、焦磷酸钠3份、乙烯基双硬脂酸酰胺6.5份。
环保型焊接合金材料的制备方法，其制备步骤如下：
1)原料准备
按重量份称取原料，将大理石、蛇纹石研磨过20目筛；
2)合金熔炼、铸造
将低碳锰铁、钛铁、电解铜加入中频感应电炉中，升温至完全熔融，然后降温至480℃，加入铝-钪合金、氧化铈和焦磷酸钠继续升温冶炼至熔融，再加入步骤1)中研磨后的大理石和蛇纹石、绢云母粉、硬脂酸钡和硼酸铝晶须，调节温度为846℃保温32min，扒渣，然后降温至720℃出钢包进行浇注，出钢包的过程中随钢包水加入乙烯基双硬脂酸酰胺，浇注得Φ50mm的合金铸锭。
3)轧制盘条、压制
将步骤2)制得的合金铸锭置于退火炉中加热至420℃，保温5.4h，退火2.4h，再用油压型挤压机挤压成Φ3.5mm的合金焊丝；
4)焊丝拉拔
将步骤3)制得的合金焊丝用活套式拉丝机以25m/min的速度拉拔，最终得的合金焊丝。
实施例7：
一种环保型焊接合金材料由以下质量份数制成：大理石7.5份、低碳锰铁14份、铝-钪合金23份、电解铜6份、蛇纹石8.4份、绢云母粉8.2份、硬脂酸钡5份、硼酸铝晶须10份、钛铁12份、氧化铈2.7份、焦磷酸钠1.5份、乙烯基双硬脂酸酰胺7份。
环保型焊接合金材料的制备方法，其制备步骤如下：
1)原料准备
按重量份称取原料，将大理石、蛇纹石研磨过20目筛；
2)合金熔炼、铸造
将低碳锰铁、钛铁、电解铜加入中频感应电炉中，升温至完全熔融，然后降温至400℃，加入铝-钪合金、氧化铈和焦磷酸钠继续升温冶炼至熔融，再加入步骤1)中研磨后的大理石和蛇纹石、绢云母粉、硬脂酸钡和硼酸铝晶须，调节温度为844℃保温35min，扒渣，然后降温至720℃出钢包进行浇注，出钢包的过程中随钢包水加入乙烯基双硬脂酸酰胺，浇注得Φ50mm的合金铸锭。
3)轧制盘条、压制
将步骤2)制得的合金铸锭置于退火炉中加热至410℃，保温5.6h，退火2h，再用油压型挤压机挤压成Φ3.8mm的合金焊丝；
4)焊丝拉拔
将步骤3)制得的合金焊丝用活套式拉丝机以25m/min的速度拉拔，最终得的合金焊丝。
将本发明实施例产品作为焊接填充材料，对焊缝金属进行性能测试，数据如下：
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然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精神和范围。