一种碱性焊接衬垫材料的制作方法

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一种碱性焊接衬垫材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种衬垫焊中所使用的衬垫材料,具体是一种能够应用于高强度、高 初性接头性能要求的碱性焊接衬垫材料,属于金属材料焊接领域。
【背景技术】
[0002] 一般而言,传统的衬垫焊所用的衬垫材料是W堇青石(Cordierite)为主相的衬 垫材料,该衬垫材料重量百分比W:40% -60%Si〇2、30 % -45%AI2O3、3 % -18%MgO为代 表。运种堇青石类衬垫材料虽然在背面焊缝成型方面具有优良的效果,但是由其组成的衬 垫烙渣碱度低,只能适用于一般焊接接头机械性能,特别是低溫冲击性能要求不高的金属 材料的焊接。
[0003] 随着高性能钢材的不断涌现,通过提高钢材的性能级别,降低钢材的使用厚度,减 少钢材的相对使用量进而减少排放,已成为钢铁材料发展的一个趋势。钢铁材料本身性能 的提高需要焊接接头的性能与之匹配。传统的堇青石类衬垫材料,由于其衬垫烙渣的碱度 很低(小于0. 3),在焊接过程中,衬垫烙渣与焊缝金属发生冶金反应,引起焊缝中细小的氧 化物夹渣,运种夹渣对于焊缝的强度影响不大,但使焊缝的冲击初性特别是低溫冲击初性 显著降低。因此对于要求低溫冲击性能钢铁材料的焊接,堇青石类衬垫材料不能满足焊接 接头性能要求。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种碱性焊接衬垫材料,从根本上 解决已有堇青石类焊接衬垫材料由于衬垫烙渣碱度低所引起的焊缝性能达不到使用要求, 其具有高碱度,能够确保焊缝成型质量。 阳〇化]本发明通过W下技术方案来实现上述目的:一种碱性焊接衬垫材料,所述碱性焊 接衬垫材料成品中各组分的重量百分比为:40% -75%MgO和/或化0、15% -40%Si〇2、 0% -25%Al2〇3、〇-3%化2化、0. 5-4%胞2〇和/或K2O;且所述碱性焊接衬垫材料碱度大于 Io
[0006] 进一步,所述碱性焊接衬垫材料成品中各组分的重量百分比为:50% -70%MgO和 / 或Ca0、20% -35%Si〇2、l% -15%Al2〇3、〇. 5-2% 化2〇3、1-3% 化2〇 和 / 或KzO;且所述碱 性焊接衬垫材料碱度大于1. 5。
[0007] 进一步,所述碱性焊接衬垫材料成品中各组分的重量百分比为:64. 5%Mg0和/或 Ca0、26. 7%Si〇2、7. 2%Al2〇3、〇.6%Fe2〇3、l.8% 胞2〇 和 / 或KzO;且所述碱性焊接衬垫材料 碱度大于2。
[000引一种碱性焊接衬垫材料的制造方法,该制造方法包括:
[0009] 1)、将原材料MgO和/或CaO、Si〇2、Al2〇3、Fe2〇3、化2〇和/或KzO按照一定比例充 分混合;
[0010] 2)、充分混合后的原材料压制成型,并且烧结成衬垫块;
[0011]3)、将烧结好的衬垫块与侣锥压敏胶带装配在一起。
[0012] 优选的,原材料各组分重量百分比为:64. 5%MgO和/或CaO、26. 7%Si〇2、7. 2% Al2〇3、〇. 6%化2〇3、I. 8%化2〇和/或K2O;且所述碱性焊接衬垫材料碱度大于2。
[0013] 本发明的有益效果是:该碱性焊接衬垫材料通过优选材料配方,控制衬垫烙渣的 碱度,调节衬垫烙渣的物理化特性,满足高强度高初性焊接接头的要求。使用本发明的衬垫 材料进行焊接,无论是平焊还是在立焊位置,其焊缝成型均匀光滑。焊缝的机械性能尤其是 低溫冲击初性与传统的堇青石类衬垫材料相比,有显著的提高。除此之外,通过调整原材料 的配方,控制衬垫烙渣的碱度,从而满足不同机械性能要求的焊接接头。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明衬垫使用安装结构示意图;
[0015] 图中:1、衬垫块,2、侣锥压敏胶带,3、钢板,4、打底焊,5、填充焊。
【具体实施方式】
[0016]下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
[0017] 一种碱性焊接衬垫材料,所述碱性焊接衬垫材料成品中各组分的重量百分比为: 40% -75%MgO和 / 或Ca0、15% -40%Si〇2、0% -25%Al2〇3、〇-3% 化203、0. 5-4% 化2〇 和 /或KzO;且所述碱性焊接衬垫材料碱度大于1。
[0018] 作为该技术方案的改进方案:所述碱性焊接衬垫材料成品中各组分的重量百分比 为:50% -70%MgO和 / 或Ca0、20% -35%Si〇2、l% -15%Al2〇3、〇. 5-2% 化2〇3、1-3% 化2〇 和/或KzO;且所述碱性焊接衬垫材料碱度大于1. 5。
[0019] 作为该技术方案的改进方案:所述碱性焊接衬垫材料成品中各组分的重量百分比 为:64. 5%MgO和 / 或Ca0、26. 7%Si〇2、7. 2%Al2〇3、〇. 6% 化203、1. 8% 化2〇 和 / 或 ;且 所述碱性焊接衬垫材料碱度大于2。
[0020] 一种碱性焊接衬垫材料的制造方法,该制造方法包括: 阳OW 1)、将原材料MgO和/或CaO、Si〇2、Al2〇3、Fe2〇3、化2〇和/或KzO按照一定比例充 分混合;
[0022]2)、充分混合后的原材料压制成型,并且烧结成衬垫块;
[0023]3)、将烧结好的衬垫块与侣锥压敏胶带装配在一起。
[0024] 优选的,原材料各组分重量百分比为:64. 5%MgO和/或CaO、26. 7%Si〇2、7. 2% Al2〇3、〇. 6%化2〇3、I. 8%化2〇和/或K2O;且所述碱性焊接衬垫材料碱度大于2。
[00巧]工作过程与原理:衬垫焊过程中,衬垫材料会被焊缝烙融金属的热量烙化一部分 而成为衬垫烙渣,烙池底部的烙融金属与衬垫烙渣相互混合,发生冶金反应。其中,冶金反 应方向及反应程度与烙渣的化学成分密切相关。根据焊接冶金学原理,焊接烙渣由酸性氧 化物、碱性氧化物及其复合物组成,氧化物及其复合物处于平衡状态。因此,只有自由氧化 物才能参加金属的冶金反应。焊接烙渣的酸碱性用烙渣的碱度来衡量,碱度为焊接烙渣中 碱性氧化物的摩尔重量与酸性氧化物的摩尔重量之比。在衬垫烙渣中MgO、化0、胞2〇、K20、 化203属于碱性氧化物,SiO2、AI2O3属于酸性氧化物。传统的堇青石类衬垫材料形成烙渣碱 度低,被烙化衬垫中的酸性氧化物将参与烙池底层金属中的化学冶金反应:
[0026] 2Mn+SiO:吉 2Mn0 巧i (1):
[0027] MnO+SiO声MnO.Si化(2) 阳02引 由于Mn氧化后形成MnO是碱性氧化物,易与衬垫中的酸性氧化物如Si〇2结合,使 (1)式反应向右进行,且是一个吸热反应。在烙渣溫度高时,有利于反应向右进行,其冶金反 应的结果是使底层焊缝中的儘含量降低,娃含量增加。当底层焊缝开始结晶时,溫度降低, 液态金属粘度增加,(1)式向左反应是一个放热反应。在溫度降低时,(1)式向左反应,反应 结果产生的Si化由于烙池底层金属开始结晶,粘度大,SiO2无法从液态金属中分离。在底 层焊缝金属中造成细小的S
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