本发明属于焊接材料技术领域，尤其是涉及一种船用钢埋弧横焊焊剂及其制备方法。
背景技术：
随着我国重工业的迅速发展，埋弧自动焊因其操作方便，使用简单，无弧光等优势被广泛的应用到工业生产中，日益会成为重工业的中流砥柱。为了保障埋弧焊的焊接质量，生产效率，改善现场的劳动条件，未来的焊接研究者将会对智能化，自动化进行深入研究，也会对埋弧焊的全位置焊接性进行开发。埋弧焊横焊在造船和建筑业的应用很广泛。有一些较大的工件不适合将其翻转、放倒，然后进行焊接，只能选择使用横焊。专利CN103737192A(申请号：201410004199.5；公布日2014.04.23)公开了一种用于钢安全壳埋弧横焊用的焊剂、制备方法及焊接方法，其各组成成分所占重量百分比为：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，专利CN104816106A(申请号：201510266769.2；公布日：2015.08.05)公开了一种承压储罐专用埋弧焊焊剂，其各组成成分所占重量份数为：氧化物38-61份、氟化物13-17份、金红石12-17份、锰矿粉7-11份、金属锰合金5-10份、硅铁合金5-8份、钼铁合金1-5份、钛铁合金0.5-2份、硼铁合金0.1-0.5份。但这两种横焊焊剂都是在针对特殊材料，有特殊用途的专用焊剂，价格昂贵，使用范围窄，目前市场上还没有一种适用性较广、工艺性能和力学性能结合良好并且成本较低的埋弧横焊焊剂。
技术实现要素：
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种船用钢埋弧横焊焊剂，适用于埋弧横焊，焊时渣壳对熔池有良好的托持作用，焊后脱渣性好，具有高效率，高质量，高脱渣性等特点，焊缝成型美观，且具有优良的工艺性能和力学性能，生产成本低，可改善焊缝成型，减少焊接缺陷。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种船用钢埋弧横焊焊剂，包括如下重量百分比的组成成分：
镁砂：20～35％；
硅灰石：5～20％；
氧化铝：15～30％；
萤石：10～20％；
大理石：1～10％；
金红石：1～10％；
锰矿：1～10％；
硅铁：1～10％。
优选的，包括如下重量百分比的组成成分，镁砂：28％；硅灰石15％；氧化铝：25％；萤石：13％；大理石：6％；金红石：5％；锰矿：5％；硅铁：3％。
优选的，包括如下重量百分比的组成成分，镁砂：30％；硅灰石13％；氧化铝：22％；萤石：15％；大理石：4％；金红石：9％；锰矿：3％；硅铁：4％。
优选的，包括如下重量百分比的组成成分，镁砂：32％；硅灰石11％；氧化铝：21％；萤石：17％；大理石：6％；金红石：6％；锰矿：4％；硅铁：3％。
优选的，所述萤石中CaF2含量≥95％；
优选的，所述镁砂中MgO含量≥98％；
优选的，所述硅灰石中SiO2含量为41～45％，CaO含量为45～52％；
优选的，所述氧化铝中A12O3含量≥85％；
优选的，所述大理石中CaCO3含量≥95％；
优选的，所述锰矿中MnO含量≥65％。
本发明中，镁砂是焊剂的主要成分，其作用是造渣，调节焊剂的碱度和提高焊剂的熔点。镁砂的主要成分是MgO，MgO是碱性氧化物，能够提高熔渣的碱度，改善熔池的低温冲击韧性，降低扩散氢。但由于MgO熔点较高，可以增加熔渣的熔点，提高熔渣的粘度，抑制熔渣的流动性，加入量超过35％时，熔渣凝固速度快，压迫焊缝成型，脱渣性不好，影响焊缝成型美观。为保证焊缝性能，本发明中镁砂的含量在20％～35％。
氧化铝：主要成分是Al2O3。Al2O3是两性氧化物，具有较高的熔点，可以调节熔渣粘度，具有增大熔渣表面张力的作用。通过大量的试验得出，随着氧化铝的加入量逐渐增加，焊剂的焊接工艺性能逐渐得到改善，焊缝脱渣性变好，电弧趋于稳定。但过高的Al2O3含量会使焊缝弧度更尖且不平滑，易产生气孔和麻点。在焊剂配方中，氧化铝起到平衡碱度和改善焊接工艺性能的作用，加入量在15％-30％之间。
硅灰石也是本发明焊剂的主要组成成分，主要作为造渣剂，属于稳定的氧化物，与镁砂等结合成共熔体，形成焊接熔渣。含量较少时，电弧不稳定，易产生断弧的现象；含量较高时，熔敷金属增Si，同时熔渣的粘度过大，流动性较差。此外，SiO2具有降低熔渣表面张力的作用，有利于改善脱渣性能和焊缝成形作用。故本发明中，硅灰石含量在5～20％。
萤石：主要成分是TiO2。适量的萤石可以降低液态金属的表面张力，提高其流动性，使得焊缝成型美观，降低焊缝气孔敏感性，并能够降低熔敷金属的扩散氢含量。萤石含量低于10％时，使得焊缝成型不好，焊缝中易出气孔；当萤石含量超过20％时，使电弧稳定性变差，因此控制焊剂中萤石的含量为10％～20％。
锰矿：主要成分是MnO，调整熔敷金属中的含Mn量，降低熔渣的熔点，改善熔渣的流动性有利于焊缝的成形，有利于改善熔敷金属的韧性。但是含量超过10％时，由于它的还原作用，使得熔敷金属的含氧量增加，韧性然而降低。故本发明中，锰矿含量在1～10％。
金红石：主要成分为TiO2.。焊剂中加入量不需太多，但是金红石在焊剂成分中起到不可或缺的作用，它可以增强熔渣和焊剂的流动性能，并且可以降低焊剂和熔渣的熔点，以获得焊缝成型美观且工艺性能良好的焊缝。故本发明中，金红石的含量在1～10％。
大理石：主要成分是CaCO3。具有较强脱硫、脱磷能力。大理石在焊接过程中释放出的CO2，一方面可以降低焊接气氛的氢分压，有利于消除因氢引起的焊接缺陷，另一方面，可以增加液态熔池的搅拌力度，有利于冶金反应产生的熔渣上浮都熔池表面。但大理石含量增加时，不利于焊缝的成形性，使焊缝成形波纹变粗，同时脱渣性也随之下降。故本发明中，大理石的含量为1～10％。
硅铁：主要作用是脱氧，防止熔敷金属产生气孔，同时可向焊缝中添加硅元素，硅元素能保证焊缝的强度，但含量不能过高，过高易导致焊缝强度过高，冲击韧性下降。故本发明中，硅铁的含量为1～10％。
上述埋船用钢埋弧横焊焊剂的制备方法，包括步骤：首先将按重量百分比称好的粉料在干混器中干混，干混均匀后放入湿拌器，加入配料总重量24％的水玻璃进行湿拌，湿拌均匀后将湿粉通过传送带送入造粒盘进行造粒，在250℃～300℃下烘焙0.5～1.5小时，去除水分后将焊剂过筛，将筛分后的焊剂在750℃～800℃温度下高温烧结0.5～1.5小时，随炉冷却后过10目～50目筛子，即得成品烧结焊剂。
优选的，所述的金红石预先经过600-800℃1个小时的高温处理。
优选的，使用钾钠水玻璃作为粘结剂。
本发明的积极效果：
发明船用钢埋弧横焊焊剂，焊接电弧稳定，焊剂焊后脱渣性良好，焊缝成形美观，具有优良的焊接工艺性能和力学性能，生产效率高，综合成本低，焊接质量好，解决了埋弧横焊的难题。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种船用钢埋弧横焊焊剂及其制备方法，其焊剂的各组成成分及各组分所占重量百分比为：镁砂：28％；硅灰石15％；氧化铝：28％；萤石：14％；大理石：6％；金红石：1％；锰矿：5％；硅铁：3％。其制备方法是首先将按重量百分比称好的粉料在干混器中干混，干混均匀后放入湿拌器，加入配料总重量24％的水玻璃进行湿拌，湿拌均匀后将湿粉通过传送带送入造粒盘进行造粒，在250℃～300℃下烘焙0.5小时，去除水分后将焊剂过筛，将筛分后的焊剂在750℃～800℃温度下高温烧结1.5小时，随炉冷却后过10目到50目筛子，即得成品烧结焊剂。
实施例2
一种船用钢埋弧横焊焊剂及其制备方法，其焊剂的各组成成分及各组分所占重量百分比为：镁砂：35％；硅灰石5％；氧化铝：28％；萤石：10％；大理石：10％；金红石：10％；锰矿：1％；硅铁：1％。其制备方法是首先将按重量百分比称好的粉料在干混器中干混，干混均匀后放入湿拌器，加入配料总重量24％的水玻璃进行湿拌，湿拌均匀后将湿粉通过传送带送入造粒盘进行造粒，在250℃～300℃下烘焙1小时，去除水分后将焊剂过筛，将筛分后的焊剂在750℃～800℃温度下高温烧结1小时，随炉冷却后过10目到50目筛子，即得成品烧结焊剂。
实施例3
一种船用钢埋弧横焊焊剂及其制备方法，其焊剂的各组成成分及各组分所占重量百分比为：镁砂：20％；硅灰石20％；氧化铝：15％；萤石：20％；大理石：4％；金红石：1％；锰矿：10％；硅铁：10％。其制备方法是首先将按重量百分比称好的粉料在干混器中干混，干混均匀后放入湿拌器，加入配料总重量24％的水玻璃进行湿拌，湿拌均匀后将湿粉通过传送带送入造粒盘进行造粒，在250℃～300℃下烘焙1.5小时，去除水分后将焊剂过筛，将筛分后的焊剂在750℃～800℃温度下高温烧结0.5小时，随炉冷却后过10目到50目筛子，即得成品烧结焊剂。
使用以上焊剂配合GB H08Mn2SiA埋弧焊丝进行焊接，对应熔敷金属力学性能见下表：
,通过上述试验结果验证力学性能：
上述焊接试验在电流350-450A，电压28-32V，焊接速度300-350mm/min的条件下进行，电弧稳定，焊缝成型美观，脱渣非常容易，没有咬边等缺陷，力学性能结果符合国标GB/T 12470-2003中的规定，焊接质量良好，非常适合埋弧焊横焊。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相似的产品，均落在本发明的保护范围之内。