技术领域
本发明属于船舶建造高效焊接领域，具体涉及一种用于软衬垫单面埋弧自动焊的焊接材料组合物，尤其是一种包含焊丝、表面焊剂和填充粉末的埋弧自动焊焊接材料组合物。
背景技术：
随着船舶吨位的大型化，船体建造中大量采用分段建造法。以往，船板的拼接大多采用CO2气体保护焊简称FCAW(Flux Cored Arc Welding)来完成，这种方法由于受焊工技能、焊接材料及性能等多种因素的影响，存在着劳动强度大、耗费工时多、质量可靠性差等弊病。同时由于板厚和拼板接缝长度的增加,分段的重量和占用面积也随之提高，这为分段翻身封底焊带来了很大困难。为此，20世纪70年代以来，日本在桥梁、造船等领域开发出使用埋弧自动焊达成单面焊双面成型的单面焊技术，如焊剂垫法(RF)、铜焊剂衬垫法(FCB)、软衬垫单面埋弧自动焊(Flux Adhesive Fiberglass Backing，简称FAB)，其中，FAB技术依赖其焊接质量高、使用便利灵活、技术资本投入低等优势，正在中、日、韩造船行业内逐步成为主流焊接工艺。
近几年受世界金融危机的影响，国际航运和经济处于较强的震荡期，国内各造船企业为缩短造船周期，降低建造成本，对高效率、高质量的焊接技术需求愈发强烈，FAB技术由于其突出的技术优势，受到国内造船企业的青睐。然而，国内尚无与FAB技术配套的焊接材料，国外日本、韩国一直垄断着国内市场。对于国内造船厂而言，使用进口FAB焊材存在诸多问题：一是价格非常高；二是采购周期较长；三是售后服务不及时等。在工艺性能方面，现有进口FAB焊材在焊接高强度船体结构钢时，存在冲击韧性较低的情况。因此研制属于自己的FAB焊材成为进一步推广此高效焊接方法、降低生产成本的关键。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于软衬垫单面埋弧自动焊的焊接材料组合物，本发明的焊接材料组合物用于软衬垫单面埋弧自动焊，具有焊接电弧稳定、焊缝成型美观，过渡平滑、无咬边等焊接缺陷。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于软衬垫单面埋弧自动焊的焊接材料组合物，该组合物包括以下成分：焊丝、表面焊剂和填充粉末，所述焊丝、表面焊剂和填充粉末之间的质量比为：0.8～1.1:1.2～1.6:1.3～1.7，
所述焊丝中各组分的质量百分比分别为：C为0.08～0.17％、Si为0.01～0.04％、Mn为1.0～2.5％、Cr+Ni为0.1～0.5％、S为0.010～0.025％、P为0.010～0.025％、余量为Fe粉；
所述表面焊剂中各组分的质量百分比分别为：SiO2为10～20％、MgO为15～35％、TiO2为5～15％、Al2O3为7～20％、CaO为5～20％、S为0.01～0.04％、P为0.01～0.04％、H2O为0.01～0.1％、杂质为0.1～0.2％、余量为Fe粉；
所述填充粉末中各组分的质量百分比分别为：C为0.004～0.01％、Si为0.01～0.4％、Mn为1.0-2.5％、Ni为2.0-5.0％、Mo为0.2～1.0％、S为0.02～0.04％、P为0.02～0.04％、余量为Fe粉。
所述焊丝、表面焊剂和填充粉末之间的质量比为：1:1.5:1.5。
所述焊丝中各组分的质量百分比分别为：C为0.1～0.15％、Si为0.02～0.03％、Mn为1.5～2.0％、Cr+Ni为0.2～0.4％、S为0.010～0.020％、P为0.010～0.020％、余量为Fe粉；
所述表面焊剂中各组分的质量百分比分别为：SiO2为15～20％、MgO为15～30％、TiO2为10～15％、Al2O3为12～20％、CaO为12～18％、S为0.02～0.03％、P为0.03～0.04％、H2O为0.05～0.08％、杂质为0.15～0.2％、余量为Fe粉；
所述填充粉末中各组分的质量百分比分别为：C为0.006～0.01％、Si为0.2～0.3％、Mn为1.5-2.0％、Ni为3.0-4.5％、Mo为0.2～0.6％、S为0.02～0.03％、P为0.02～0.03％、余量为Fe粉。
所述焊丝中各组分的质量百分比分别为：C为0.17％、Si为0.04％、Mn为2.5％、Cr+Ni为0.5％、S为0.025％、P为0.025、余量为Fe粉；
所述表面焊剂中各组分的质量百分比分别为：SiO2为20％、MgO为35％、TiO2为15％、Al2O3为20％、CaO为20％、S为0.04％、P为0.04％、H2O为0.1％、杂质为0.2％、余量为Fe粉；
所述填充粉末中各组分的质量百分比分别为：C为0.01％、Si为0.4％、Mn为2.5％、Ni为5.0％、Mo为1.0％、S为0.04％、P为0.04％、余量为Fe粉。
所述焊丝中各组分的质量百分比分别为：C为0.15％、Si为0.03％、Mn为1.5％、Cr+Ni为0.2％、S为0.010％、P为0.010、余量为Fe粉；
所述表面焊剂中各组分的质量百分比分别为：SiO2为15％、MgO为15％、TiO2为12％、Al2O3为15％、CaO为12％、S为0.02％、P为0.04％、H2O为0.05％、杂质为0.15％、余量为Fe粉；
所述填充粉末中各组分的质量百分比分别为：C为0.01％、Si为0.3％、Mn为1.5％、Ni为3.0％、Mo为0.2％、S为0.02％、P为0.03％、余量为Fe粉。
所述表面焊剂的颗粒度为10～60目。
所述填充粉末的颗粒度为100～400目。
所述Cr+Ni中Cr与Ni的质量比为1:1。
一种利用权利要求1所述的用于软衬垫单面埋弧自动焊的焊接材料组合物进行焊接的方法，包括以下步骤：
步骤1、在焊缝背面垫设软衬垫，在坡口中填加填充粉末，
步骤2、在坡口上覆盖表面焊剂，所述表面焊剂将坡口完全覆盖，
步骤3、将焊丝穿过表面焊剂伸入填充粉末中，所述焊丝一端与填充粉末相接触、另一端与表面焊剂相接触，
步骤4、利用埋弧焊的原理进行焊接，实现单面焊接双面成形的高效焊接。
所述坡口间隙为0mm～8mm，坡口角度α为45～60°，坡口不留钝边且误差控制在0mm～2mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的焊接材料组合物用于软衬垫单面埋弧自动焊，焊接电弧稳定、焊缝成型美观，过渡平滑、无咬边等焊接缺陷；本发明的组合配方确保了100KJ/cm大线能量下焊缝金属的晶粒细化；用于FAB技术代替传统单面焊焊接方法可使生产效率提高3～5倍，同时本发明比进口同类焊接材料成本降低50～60％。
上述成分设计是通过大量的理论分析、试验优化，根据大量的试验数据合理调整成分配比，进而调整熔池的粘度、流动性、碱度、氧化还原反应强度等，并通过加入Ti合金元素，获得针状铁素体进而细化焊缝金属晶粒，以保证大线能量输入条件而研制成功的焊接材料组合。
附图说明
图1为本发明坡口焊接的结构原理图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例用于软衬垫单面埋弧自动焊的焊接材料组合物，该组合物包括以下成分：焊丝、表面焊剂和填充粉末，所述焊丝、表面焊剂和填充粉末之间的质量比为：1:1.5:1.5，
所述焊丝中各组分的质量百分比分别为：C为0.15％、Si为0.03％、Mn为2.2％、Cr+Ni为0.1％、S为0.012％、P为0.012％、余量为Fe粉；
所述表面焊剂中各组分的质量百分比分别为：SiO2为18％、MgO为30％、TiO2为10％、Al2O3为19％、CaO为18％、S为0.018％、P为0.018％、H2O为0.03％、杂质为0.15％、余量为Fe粉；
所述填充粉末中各组分的质量百分比分别为：C为0.008％、Si为0.05％、Mn为1.3％、Ni为2.6％、Mo为0.3％、S为0.021％、P为0.021％、余量为Fe粉。
作为优选，本实施例表面焊剂的颗粒度为25～35目；填充粉末的颗粒度为150～200目。
作为进一步优选，本实施例Cr+Ni中Cr与Ni的质量比为1:1。
本实施例用于软衬垫单面埋弧自动焊的焊接材料组合物进行焊接的方法，包括以下步骤：
步骤1、在焊缝背面垫设软衬垫1，在坡口2中填加填充粉末3，
步骤2、在坡口2上覆盖表面焊剂4，所述表面焊剂4将坡口2完全覆盖，
步骤3、将焊丝5穿过表面焊剂4伸入填充粉末3中，所述焊丝5一端与填充粉末3相接触、另一端与表面焊剂4相接触，
步骤4、利用埋弧焊的原理进行焊接，实现单面焊接双面成形的高效焊接。
作为进一步优选，本实施例中坡口间隙为0mm、2mm、5mm、6mm、8mm或0mm～8mm中任一数值，坡口角度α为45°、50°、55°、60°或45～60°中任一数值，坡口不留钝边且误差控制在0mm～2mm。
实施例2
如图1所示，本实施例用于软衬垫单面埋弧自动焊的焊接材料组合物，该组合物包括以下成分：焊丝、表面焊剂和填充粉末，所述焊丝、表面焊剂和填充粉末之间的质量比为：1.1:1.5:1.6，
所述焊丝中各组分的质量百分比分别为：C为0.12％、Si为0.01％、Mn为1.98％、Cr+Ni为0.3％、S为0.018％、P为0.018％、余量为Fe粉；
所述表面焊剂中各组分的质量百分比分别为：SiO2为14％、MgO为22％、TiO2为12％、Al2O3为16％、CaO为12％、S为0.012％、P为0.012％、H2O为0.02％、杂质为0.2％、余量为Fe粉；
所述填充粉末中各组分的质量百分比分别为：C为0.004％、Si为0.05％、Mn为1.5％、Ni为2.5％、Mo为0.9％、S为0.023％、P为0.023％、余量为Fe粉。
作为优选，本实施例表面焊剂的颗粒度为20～25目；填充粉末的颗粒度为100～150目。
作为进一步优选，本实施例Cr+Ni中Cr与Ni的质量比为1:1。
本实施例用于软衬垫单面埋弧自动焊的焊接材料组合物进行焊接的方法，包括以下步骤：
步骤1、在焊缝背面垫设软衬垫1，在坡口2中填加填充粉末3，
步骤2、在坡口2上覆盖表面焊剂4，所述表面焊剂4将坡口2完全覆盖，
步骤3、将焊丝5穿过表面焊剂4伸入填充粉末3中，所述焊丝5一端与填充粉末3相接触、另一端与表面焊剂4相接触，
步骤4、利用埋弧焊的原理进行焊接，实现单面焊接双面成形的高效焊接。
作为进一步优选，本实施例中坡口间隙为0mm、2mm、5mm、6mm、8mm或0mm～8mm中任一数值，坡口角度α为45°、50°、55°、60°或45～60°中任一数值，坡口不留钝边且误差控制在0mm～2mm。
上述实施例中软衬垫的性能参数见表1：
表1软衬垫的性能参数
试板：高强度船体结构钢级别：EH36，厚度：25mm，其化学成分见表2。
表2EH36高强度船体结构钢化学成分
焊接设备：施威MZ-1250单电极埋弧自动焊焊接设备。
焊接规范参数，见表3。
表3焊接规范参数
本实施例检测结果：焊缝金属抗拉强度、屈服强度、延伸率以及-20℃的低温冲击功见表4。
表4焊缝熔敷金属力学性能
根据表3可知，本发明运用于FAB技术焊接可以获得具备优良力学性能的熔敷金属，其不仅满足了中国船级社《材料与焊接规范》中3Y40级焊材的评定要求，且在重点考察指标——冲击韧性方面，并未出现类似进口FAB焊材在焊接高强度船体结构钢时，存在冲击韧性较低的情况。同时本发明在焊接过程中，热输入高于进口焊接材料，但焊缝韧性仍优于进口焊接材料，较高的热输入意味着更高的焊接生产效率，这一结果表明本发明的焊接生产效率优于进口焊接材料。
本发明可应用于国内外船舶、桥梁、压力容器等相关行业中，运用软衬垫单面埋弧自动焊技术的区域。
尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。