一種低吸濕性埋弧焊燒結(jié)焊劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低吸濕性埋弧焊燒結(jié)焊劑及其制備方法，該焊劑包括主成分、粘接劑和復(fù)合燒結(jié)劑，其主成分是由重量份數(shù)比為鎂砂10～30份、硅灰石5～20份、螢石5～15份、鋁礬石5～20份、粘土5～20份、金紅石0～10份、鋯英砂0～10份、硅鐵5份構(gòu)成。其制備方法為：將主成分干混、以PVA粘接劑濕混、造粒、添加燒結(jié)劑、烘干、燒結(jié)、過篩。本發(fā)明釆用有機粘接劑及復(fù)合燒結(jié)劑來取代吸濕性較強的水玻璃的使用，并且復(fù)合燒結(jié)劑以表面包覆的方式加入，能明顯降低燒結(jié)焊劑的吸濕傾向，相較于常規(guī)焊劑，新型燒結(jié)焊劑的熔敷金屬擴散氫明顯低于常規(guī)焊劑，能較好滿足焊接要求，具有非常重要的現(xiàn)實和應(yīng)用價值。
【專利說明】一種低吸濕性埋弧焊燒結(jié)焊劑及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種埋弧焊燒結(jié)焊劑，尤其涉及一種能夠降低燒結(jié)焊劑的吸濕性、有 利于完善燒結(jié)焊劑性能的一種低吸濕性埋弧焊燒結(jié)焊劑及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 埋弧焊作為一種高效、穩(wěn)定的焊接方法，廣泛應(yīng)用于制造領(lǐng)域，埋弧焊劑是其主要 的消耗材料之一，分為熔煉焊劑和燒結(jié)焊劑兩大類。燒結(jié)焊劑具有可以連續(xù)生產(chǎn)、無污染、 堿度高、適應(yīng)較高強度鋼的焊接并能得到較高的塑性和韌性等優(yōu)點，被廣泛用于橋梁、壓力 容器、金屬結(jié)構(gòu)、造船、車輛和石油天燃氣輸送管道等焊接制造。
[0003] 盡管燒結(jié)焊劑以其諸多優(yōu)勢己逐步取代熔煉焊劑應(yīng)用于各行各業(yè)，但其易吸濕的 問題成為阻礙其推廣的主要因素。由于其吸濕傾向大，存放過程中易出現(xiàn)焊劑顆粒粉化現(xiàn) 象而造成自身成分的不均勾，燒結(jié)焊劑在使用前常需要高溫長時間的烘干，烘干后使用時 若非完全干燥，在焊接過程中產(chǎn)生的水汽不僅影響焊縫的表面成型，同時增加了焊縫擴散 氫的來源而降低焊縫韌性，同時，在焊接過程中高溫條件下，焊劑中所結(jié)合的水將急劇蒸 發(fā)，形成的水蒸氣對熔融的焊接熔池產(chǎn)生力的作用，容易產(chǎn)生壓鐵水的現(xiàn)象，使得焊縫的成 形性變差。因此，降低燒結(jié)焊劑的吸濕傾向是一個亟待解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種低吸濕性埋弧焊燒結(jié)焊劑及其制備方法，通過采用有機 粘接劑及復(fù)合燒結(jié)劑開發(fā)出一種具有較高堿度且具有低吸濕性和低熔敷金屬擴散氫含量 的新型低吸濕性燒結(jié)焊劑。
[0005] -種低吸濕性埋弧焊燒結(jié)焊劑，包括主成分、粘接劑和燒結(jié)劑，其特征在于主成分 是采用重量份數(shù)比為鎂砂10?30份、硅灰石5?20份、螢石5?15份、鋁礬石5?20份、 粘土 4?20份、金紅石0?10、鋯英砂0?10、硅鐵5份構(gòu)成。
[0006] 進一步地，主成分是米用重量份數(shù)比為鎂砂15?20份、娃灰石10?15份、螢石 12?15份、錯研^石10?15份、粘土 5?8份、金紅石2?5份、锫英砂2?5份、娃鐵5份 構(gòu)成。
[0007]進一步地，所述娃鐵中，Si所占重量份數(shù)為45?75份,其余為Fe。
[0008] 進一步地，所述焊劑中雜質(zhì)重量S彡0? 04%，P彡0? 04%。
[0009] 進一步地，所述粘接劑為溶解度為3. 5?4. 5%的聚乙烯醇PVA水溶液。
[0010] 進一步地，所述燒結(jié)劑為重量份數(shù)比為碳酸鋰2?8份、三氧化二鉻0?1份構(gòu)成。
[0011] 進一步地，所述焊劑中主成分的各組成部分的具體成分如下所示：
[0012] 鎂砂具體成分為：MgO彡 96%，Si02 彡 2%，Ca0 彡 4%，S彡 0? 08%，P彡 0? 02% ; 硅灰石具體成分為：CaO45?50%，Si0248?55%，S彡0. 03%，P彡0. 01%;鋁礬石具體 成分為：A1203彡80%，Si02彡10%，F(xiàn)e203彡4%，S彡0? 04%，P彡0? 04%;粘土的具體成分 為：Al20342 ?45%，Si0250 ?55%，F(xiàn)e203 彡 2%，S彡 0? 10%，P彡 0? 05%;螢石的具體成分 為：CaF2彡95%，Si02彡4%，S彡0? 02%，P彡0? 02%;金紅石的具體成分為：Ti02彡98%，F(xiàn)e203 彡 1%，S彡 0? 04%，P彡 0? 02% ;鋯英砂的具體成分為：Zr02 > 80%，Si02 > 4%， S彡 0? 04%，P彡 0? 03%。
[0013] 一種低吸濕性埋弧焊燒結(jié)焊劑的制備方法，其特征在于具體步驟如下：
[0014] (1)配料、干混：按重量份數(shù)比稱取粉料鎂砂、硅灰石、粘土、鋁礬土、螢石、金紅 石、鋯英砂、硅鐵，攪拌干混至粉料顏色均勻且無結(jié)塊；
[0015] ⑵配置PVA粘接劑：稱取一定質(zhì)量的PVA粉末，將其緩慢加入到20°C冷水中進 行溶解，同時不斷攪拌使其在冷水中充分溶脹、分散和揮發(fā)性物質(zhì)的逸出，而后升溫到95°C 左右加速溶解，并保溫2?2. 5小時，直到溶液不再含有微小顆粒，控制溶液溶度為3. 5? 4. 5% ；
[0016] (3)濕混：在攪拌燒結(jié)焊劑粉料的過程中加入主成分重量20%的PVA粘接劑，通過 控制加入的速度和加入量的大小進行均勻性攪拌。
[0017] (4)造粒、添加燒結(jié)劑：將濕攪拌均勻的物料送至造粒機進行造粒，在顆粒表面保 持一定濕度及粘接性的情況下，將事先混勻的燒結(jié)劑均勻的灑在顆粒表面，并通過反復(fù)的 滾動使燒結(jié)劑均勻牢固的包覆在焊劑顆粒的表面。
[0018] (5)烘干：將造好粒的焊劑顆粒經(jīng)熱風(fēng)干燥后放入烘干爐，在100?250°C低溫下 烘干1?3小時。
[0019] (6)燒結(jié)、過篩：將干燥后的焊劑顆粒放入800°C的爐中燒結(jié)2小時，升溫速度為 10°C/min，最后將出爐后的燒結(jié)焊劑顆粒過16?50目的網(wǎng)篩即得燒結(jié)焊劑。
[0020] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0021] (1)相較于常規(guī)以鉀鈉水玻璃為粘接劑的燒結(jié)焊劑，本發(fā)明了釆用有機粘接劑及 復(fù)合燒結(jié)劑及來取代吸濕性較強的水玻璃的使用，并且復(fù)合燒結(jié)劑是以表面包覆的方式加 入，燒結(jié)焊劑顆粒具有較好的抗吸濕性，能明顯降低燒結(jié)焊劑的吸濕傾向，特別是對水蒸氣 的化學(xué)吸附傾向。
[0022] (2)相較于常規(guī)焊劑，新型燒結(jié)焊劑具有良好的焊接工藝性能，在250°C低溫烘干 時，新型燒結(jié)焊劑的熔敷金屬擴散氫明顯低于常規(guī)焊劑，能較好滿足焊接要求。
[0023] 本發(fā)明焊劑中：
[0024] 鎂砂控制在10?30份，螢石控制在5?15份，硅灰石控制在5?20份，這三種物 質(zhì)主要成分均是造渣劑，同時是提高堿度的必要成分。鎂砂過少時，難以發(fā)揮提高熔渣堿度 的效果，得不到高堿度提高韌性的效果，超過30份時，熔渣的熔點過高，易形成焊道粗糙的 焊縫，并易在焊縫金屬中形成夾渣。螢石可以增加熔渣的流動性，減小氣孔、夾渣等缺陷，改 善焊縫成形。螢石過少時，降低熔敷金屬中的氫含量的效果不充分，超過15份時，熔渣的粘 度過低，熔池運動激烈，焊道粗大化，焊道外觀不平滑。硅灰石小于5份時，熔渣的堿度小， 不利于提高韌性，娃灰石過多時，CaO在高溫液態(tài)下與表層金屬形成齒狀稱合，延長烙漁與 液稠金屬共存時間，極大的影響焊縫成形和脫渣性。
[0025] 硅灰石和粘土中的Si02是造渣劑，同時也是維持電弧穩(wěn)定性的主要成分，控制在 5?20份，過低時，電弧不穩(wěn)定，不易得到良好的焊接工藝性能，超過20份時，降低焊劑熔渣 的堿度，易使焊縫金屬增氧，不利于提高焊縫金屬低溫沖擊韌性。
[0026] 鋁礬石中的A1203屬于造渣劑，是調(diào)整熔渣的物理性能、改善熔渣流動性、維持良 好的焊道形狀的有效成分?？刂圃??20份，小于5份時，熔渣的粘度過低，因此，難以保證 良好的焊道外觀，超過20份時，熔渣的粘度過高，易產(chǎn)生咬邊和壓痕，造成焊道外觀不良。
[0027] 金紅石中的Ti02是酸性氧化物，能改善焊渣的物理性能，把長渣變?yōu)槎淘?，使熔?隨溫度的變化快，使焊縫成型良好，控制在〇?10份。
[0028] 聚乙烯醇是一種常用的強力有機粘接劑，具有良好的粘接性和成膜性、無毒無污 染、價格便宜、使用方便等特點。在作為粘接劑使用時，將一定量的粉末溶解在一定溫度的 蒸餾水中加熱攪拌至全部溶解，其中的有機成分將發(fā)生分解，對燒結(jié)焊劑粉末的粘接造粒 具有很好的適應(yīng)性。
[0029] 燒結(jié)劑是一類能促進材料在遠低于自身熔點的溫度下，燒結(jié)成理想致密度的一類 物質(zhì)。隨著溫度的上升，鉻和鐵離子將與燒結(jié)物發(fā)生固溶反應(yīng)，點缺陷溶度將明顯增大，晶 體發(fā)生畸變活化使燒結(jié)過程中的傳質(zhì)更快速進行，600°C左右時，碳酸鋰熔融而出現(xiàn)液相， 顆粒的重排和致密化過程將更容易進行，最終使燒結(jié)焊劑顆粒的致密度和強度能滿足使用 要求，同時具有較低的吸濕性。三氧化二鉻促進燒結(jié)，因為鋁離子和鉻離子的半徑相近，在 低溫?zé)Y(jié)過程中能形成連續(xù)固溶體使點缺陷濃度增大，提高原料活性，能更有效的促進燒 結(jié)。
[0030]S、P是原材料中帶入的有害雜質(zhì)，與金屬形成低熔點共晶物，增加產(chǎn)生熱裂紋的傾 向，所以其重量分別控制在S彡0. 04%，P彡0. 04%以內(nèi)。

【具體實施方式】
[0031] 下面的實施例是對本發(fā)明的進一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0032] 實施例一：
[0033] (1)稱取重量份數(shù)比為鎂砂20份、硅灰石15份、螢石15份、鋁礬石20份、粘土15 份、金紅石10份、鋯英砂0份、硅鐵5份進行干混。
[0034] (2)配置PVA粘接劑：稱取一定質(zhì)量的PVA粉末，將其緩慢加入到20°C冷水中進行 溶解，同時不斷攪拌使其在冷水中充分溶脹、分散和揮發(fā)性物質(zhì)的逸出，而后升溫到95°C左 右加速溶解，并保溫2小時，直到溶液不再含有微小顆粒，控制溶液溶度為4% ;
[0035] (3)濕混：在攪拌燒結(jié)焊劑粉料的過程中加入主成分重量20%的PVA粘接劑，通過 控制加入的速度和加入量的大小進行均勻性攪拌。
[0036] (4)造粒、添加燒結(jié)劑：將濕攪拌均勻的物料送至造粒機進行造粒，在顆粒表面保 持一定濕度及粘接性的情況下，將事先混勻的2份碳酸鋰和0份三氧化二鉻燒結(jié)劑均勻的 灑在顆粒表面，并通過反復(fù)的滾動使燒結(jié)劑均勻牢固的包覆在焊劑顆粒的表面。
[0037] (5)烘干：將造好粒的焊劑顆粒經(jīng)熱風(fēng)干燥后放入烘干爐，在150°C低溫下烘干1 小時。
[0038] (6)燒結(jié)、過篩：將干燥后的燒結(jié)焊劑顆粒放入800°C的爐中燒結(jié)2小時，升溫速度 為10°C/min，最后將出爐后的燒結(jié)焊劑顆粒過16?50目的網(wǎng)篩即得燒結(jié)焊劑。
[0039] 對得到的新型焊劑進行吸濕性實驗，以以鉀鈉水玻璃為粘接劑的常規(guī)燒結(jié)焊劑和 熔煉焊劑HJ431作為對比樣。具體方法為：焊劑經(jīng)450°C烘干2h，在爐中冷卻到150°C時， 將其轉(zhuǎn)移到干燥皿中，冷卻到室溫后用分析天平準(zhǔn)確稱量每個焊劑的干燥質(zhì)量，然后將焊 劑放入24°C，濕度為85%的溫濕箱中，每隔24h稱取每個焊劑的質(zhì)量，計算焊劑的吸濕率， 結(jié)果如表1。
[0040] 表1不同焊劑吸濕率（％ )
[0041]

【權(quán)利要求】
1. 一種低吸濕性埋弧焊燒結(jié)焊劑，包括主成分、粘接劑和燒結(jié)劑，其特征在于主成分是 采用重量份數(shù)比為鎂砂10?30份、硅灰石5?20份、螢石5?15份、鋁礬石5?20份、 粘土 4?20份、金紅石0?10份、鋯英砂0?10份、硅鐵5份構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低吸濕性埋弧焊燒結(jié)焊劑，其特征在于：主成分是采用 重量份數(shù)比為鎂砂15?20份、硅灰石10?15份、螢石12?15份、鋁礬石10?15份、粘 土 5?8份、金紅石2?5份、锫英砂2?5份、娃鐵5份構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低吸濕性埋弧焊燒結(jié)焊劑，其特征在于：其中所述硅鐵 中，Si所占重量份數(shù)為45?75份，其余為Fe。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低吸濕性埋弧焊燒結(jié)焊劑，其特征在于：焊劑中雜質(zhì)重 量 S 彡 0? 04%，P 彡 0? 04%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低吸濕性埋弧焊燒結(jié)焊劑，其特征在于：所述粘接劑為 溶解度為3. 5?4. 5%的聚乙烯醇PVA水溶液。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低吸濕性埋弧焊燒結(jié)焊劑，其特征在于：所述燒結(jié)劑為 重量份數(shù)比為碳酸鋰2?8份、三氧化二鉻0?1份構(gòu)成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低吸濕性埋弧焊燒結(jié)焊劑，其特征在于： 所述鎂砂具體成分為：MgO彡96%，Si02彡2%，CaO彡4%，S彡0? 08%，P彡0? 02% ; 所述硅灰石具體成分為：CaO 45?50%，Si0248?55%，S彡0? 03%，P彡0? 01% ; 所述鋁礬石具體成分為：A1203彡80%，Si02彡10%，F(xiàn)e 203彡4%，S彡0.04%， P ^ 0. 04% ； 所述粘土的具體成分為：Al20342?45%，Si0250?55%，F(xiàn)e 203彡2%，S彡0? 10%， P ^ 0. 05% ； 所述螢石的具體成分為：CaF2彡95%，Si02彡4%，S彡0? 02%，P彡0? 02% ; 所述金紅石的具體成分為：Ti02彡98%，F(xiàn)e203彡1%，S彡0? 04%，P彡0? 02% ; 所述鋯英砂的具體成分為：Zr02彡80%，Si02彡4%，S彡0? 04%，P彡0? 03%。
8. -種低吸濕性埋弧焊燒結(jié)焊劑的制備方法，其特征在于具體步驟如下： (1) 配料、干混：按重量份數(shù)比稱取粉料鎂砂、硅灰石、粘土、鋁礬土、螢石、金紅石、鋯 英砂、硅鐵，攪拌干混至粉料顏色均勻且無結(jié)塊； (2) 配置PVA粘接劑：稱取一定質(zhì)量的PVA粉末，將其緩慢加入到20°C冷水中進行溶 解，同時不斷攪拌使其在冷水中充分溶脹、分散和揮發(fā)性物質(zhì)的逸出，而后升溫到95°C左 右加速溶解，并保溫2?2. 5小時，直到溶液不再含有微小顆粒，控制溶液濃度為3. 5? 4. 5% ； (3) 濕混：在攪拌燒結(jié)焊劑粉料的過程中加入主成分重量20%的PVA粘接劑，通過控制 加入的速度和加入量的大小進行均勻性攪拌； (4) 造粒、添加燒結(jié)劑：將濕攪拌均勻的物料送至造粒機進行造粒，在顆粒表面保持一 定濕度及粘接性的情況下，將事先混勻的燒結(jié)劑均勻的灑在顆粒表面，并通過反復(fù)的滾動 使燒結(jié)劑均勻牢固的包覆在焊劑顆粒的表面； (5) 烘干：將造好粒的焊劑顆粒經(jīng)熱風(fēng)干燥后放入烘干爐，在100?250°C低溫下烘干 1?3小時； (6) 燒結(jié)、過篩：將干燥后的焊劑顆粒放入800°C的爐中燒結(jié)2小時，升溫速度為10°C / min，最后將出爐后的燒結(jié)焊劑顆粒過16?50目的網(wǎng)篩即得燒結(jié)焊劑。
【文檔編號】B23K35/40GK104400256SQ201410606886
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】曹洪清, 任小弟, 張樹芳, 曹福利, 劉德春 申請人:天津市宏遠鈦鐵有限公司