本發(fā)明屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種船用鋼小坡口埋弧焊焊劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)重工業(yè)的迅速發(fā)展，埋弧自動(dòng)焊因其操作方便，使用簡(jiǎn)單，無弧光等優(yōu)勢(shì)被廣泛的應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，因此我國(guó)對(duì)燒結(jié)焊劑的需求量也越來越高，并且將國(guó)內(nèi)燒結(jié)焊劑的研發(fā)重點(diǎn)放到了對(duì)不同種焊接材料和特殊焊接環(huán)境下的燒結(jié)焊劑研制。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，焊接過程中所用板材厚度越來越大，且大部分的厚板對(duì)接焊接都要按照規(guī)范開一定的坡口。減小厚板焊接時(shí)所開坡口的大小，可以減少焊接時(shí)焊接熱量輸入對(duì)母材的影響，而且節(jié)省填充金屬。采用小坡口進(jìn)行埋弧焊接，可節(jié)約下來很大一部分的填充金屬，并且使用小坡口進(jìn)行埋弧焊后，焊縫的熱影響區(qū)比較窄。專利CN104384754A(申請(qǐng)?zhí)枺?01410649436.3，公開日：2015.03.04)公開了一種窄間隙焊埋弧焊劑，其焊劑的成分為：燒結(jié)α型三氧化二鋁10-30份、螢石20-45份、粗鎂砂15-30份、細(xì)鎂砂10-25份、鋁礬土10-25份、硅灰石5-15份、金紅石1-15份、金屬錳1-10份、硅鐵1-10份。據(jù)信該發(fā)明在焊接過程中熔點(diǎn)、粘度和表面張力達(dá)到了較為合理的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，焊接電弧穩(wěn)定，焊縫外觀成形質(zhì)量好，但窄間隙焊要求焊劑顆粒小以保證充分滲透到焊道根部，但顆粒小容易漏掉，對(duì)焊劑顆粒要求高，生產(chǎn)成本高，并且焊劑脫渣性還略顯不足。由于不開坡口，焊后殘余應(yīng)力相對(duì)較大，焊縫力學(xué)性能稍有欠缺。因此針對(duì)上述問題，本專利提出了一種小坡口埋弧焊劑，具有高效率，高質(zhì)量，高脫渣性等特點(diǎn)，焊縫成型美觀，具有優(yōu)良的工藝性能和力學(xué)性能，生產(chǎn)成本低，非常適合小坡口埋弧焊，具有良好的市場(chǎng)前景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種船用鋼小坡口埋弧焊焊劑及其制備方法，適用于船用鋼小坡口條件下的埋弧焊，焊后脫渣性非常好，具有優(yōu)良的工藝性能和力學(xué)性能，可改善焊縫成型，減少焊接缺陷。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
一種船用鋼小坡口埋弧焊焊劑及其制備方法，其焊劑由以下重量百分比的原料組成：
鎂砂：15～28％；
白剛玉：15～30％；
硅灰石：10～25％；
螢石：10～20％；
金紅石：10～20％；
錳礦：1～10％；
硅鐵：1～7％。
以上各組成成分的重量百分比之和為100％。
優(yōu)選的，包括如下重量百分比的組成成分，螢石：14％；鎂砂：20％；金紅石：17％；白剛玉：25％；硅灰石：16％；錳礦：5％；硅鐵：3％。
優(yōu)選的，包括如下重量百分比的組成成分，螢石：12％；鎂砂：24％；金紅石：15％；白剛玉：27％；硅灰石：13％；錳礦：4％；硅鐵：5％。
優(yōu)選的，包括如下重量百分比的組成成分，螢石：16％；鎂砂：22％；金紅石：13％；白剛玉：30％；硅灰石：12％；錳礦：3％；硅鐵：4％。
優(yōu)選的，所述螢石中CaF2含量≥95％；
優(yōu)選的，所述鎂砂中MgO含量≥98％；
優(yōu)選的，所述硅灰石中SiO2＝41～45％，CaO＝45～52％；
優(yōu)選的，所述白剛玉中A12O3含量≥94％；
優(yōu)選的，所述錳礦中MnO含量≥65％。
本發(fā)明中，鎂砂是焊劑的主要成分，其作用是造渣，調(diào)節(jié)焊劑的堿度和提高焊劑的熔點(diǎn)。鎂砂的主要成分是MgO，MgO是堿性氧化物，能夠提高熔渣的堿度，改善熔池的低溫沖擊韌性，降低擴(kuò)散氫。但由于MgO熔點(diǎn)較高，可以增加熔渣的熔點(diǎn)，提高熔渣的粘度，抑制熔渣的流動(dòng)性，加入量超過30％時(shí)，熔渣凝固速度快，壓迫焊縫成型，脫渣性不好，影響焊縫成型美觀。為保證焊縫性能，本發(fā)明中鎂砂的含量在15％～28％。
硅灰石也是本發(fā)明焊劑的主要組成成分，主要作為造渣劑，屬于穩(wěn)定的氧化物，與鎂砂等結(jié)合成共熔體，形成焊接熔渣。含量較少時(shí)，電弧不穩(wěn)定，易產(chǎn)生斷弧的現(xiàn)象；含量較高時(shí)，熔敷金屬增Si，同時(shí)熔渣的粘度過大，流動(dòng)性較差。此外，SiO2具有降低熔渣表面張力的作用，有利于改善脫渣性能和焊縫成形作用。故本發(fā)明中，硅灰石含量在10～25％。
螢石：適量的螢石可以降低液態(tài)金屬的表面張力，提高其流動(dòng)性，使得焊縫成型美觀，降低焊縫氣孔敏感性，并能夠降低熔敷金屬的擴(kuò)散氫含量。螢石含量低于10％時(shí)，使得焊縫成型不好，焊縫中易出氣孔；當(dāng)螢石含量超過20％時(shí)，使電弧穩(wěn)定性變差，因此控制焊劑中螢石的含量為10％～20％。
白剛玉：主要成分是Al2O3。Al2O3是兩性氧化物，具有較高的熔點(diǎn)，可以調(diào)節(jié)熔渣粘度，具有增大熔渣表面張力的作用。通過大量的試驗(yàn)得出，隨著白剛玉的加入量逐漸增加，焊劑的焊接工藝性能逐漸得到改善，焊縫脫渣性變好，電弧趨于穩(wěn)定。但過高的Al2O3含量會(huì)使焊縫弧度更尖且不平滑，易產(chǎn)生氣孔和麻點(diǎn)。在焊劑配方中，白剛玉起到平衡堿度和改善焊接工藝性能的作用，加入量在15％-30％之間。
錳礦：主要成分是MnO，調(diào)整熔敷金屬中的含Mn量，降低熔渣的熔點(diǎn)，改善熔渣的流動(dòng)性有利于焊縫的成形，有利于改善熔敷金屬的韌性。但是含量超過10％時(shí)，由于它的還原作用，使得熔敷金屬的含氧量增加，韌性然而降低。故本發(fā)明中，錳礦含量在1～10％。
金紅石：主要成分為TiO2.。金紅石在焊劑成分中起到不可或缺的作用，它可以增強(qiáng)熔渣和焊劑的流動(dòng)性能，并且可以降低焊劑和熔渣的熔點(diǎn)，以獲得焊縫成型美觀且工藝性能良好的焊縫。故本發(fā)明中，金紅石含量在10～20％。
硅鐵：主要作用是脫氧，防止熔敷金屬產(chǎn)生氣孔，同時(shí)可向焊縫中添加硅元素，硅元素能保證焊縫的強(qiáng)度，但含量不能過高，過高易導(dǎo)致焊縫強(qiáng)度過高，沖擊韌性下降。故本發(fā)明中，硅鐵含量在1～7％。
上述船用鋼小坡口埋弧焊焊劑的制備方法，包括步驟：首先將按重量百分比稱好的粉料在干混器中干混，干混均勻后放入濕拌器，加入配料總重量24％的水玻璃進(jìn)行濕拌，濕拌均勻后將濕粉通過傳送帶送入造粒盤進(jìn)行造粒，在250℃～300℃下烘焙1小時(shí)，去除水分后將焊劑過篩，將篩分后在標(biāo)準(zhǔn)顆粒范圍內(nèi)的焊劑在750℃～800℃溫度下高溫?zé)Y(jié)1小時(shí)，隨爐冷卻后過10目到40目篩子，即得成品燒結(jié)焊劑。
所述的金紅石預(yù)先經(jīng)過600-800℃1個(gè)小時(shí)的高溫處理。
使用鉀鈉水玻璃作為粘結(jié)劑。
本發(fā)明的積極效果：
發(fā)明一種船用鋼小坡口埋弧焊焊劑及其制備方法，具有低吸濕性，焊接電弧穩(wěn)定，焊劑焊后脫渣性良好，焊縫成形美觀，焊后渣殼可以自動(dòng)翹起，具有優(yōu)良的焊接工藝性能和力學(xué)性能，生產(chǎn)效率高，綜合成本低，焊接質(zhì)量好，解決了船用鋼小坡口條件下焊接的難題。
具體實(shí)施方式
為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面通過具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1
一種船用鋼小坡口埋弧焊焊劑，其礦物原料組分所占重量百分比為：螢石：20％；鎂砂：20％；金紅石：14％；白剛玉：15％；硅灰石：18％；錳礦：10％；硅鐵：3％。焊劑的制備方法是首先將按重量百分比稱好的粉料在干混器中干混，干混均勻后放入濕拌器，加入配料總重量24％的水玻璃進(jìn)行濕拌，濕拌均勻后將濕粉通過傳送帶送入造粒盤進(jìn)行造粒，在250℃～300℃下烘焙1小時(shí)，去除水分后將焊劑過篩，將篩分后在標(biāo)準(zhǔn)顆粒范圍內(nèi)的焊劑在750℃～800℃溫度下高溫?zé)Y(jié)1小時(shí)，隨爐冷卻后過10目到40目篩子，即得成品燒結(jié)焊劑。
實(shí)施例2
一種船用鋼小坡口埋弧焊焊劑，其礦物原料組分所占重量百分比為：螢石：10％；鎂砂：28％；金紅石：20％；白剛玉：24％；硅灰石：10％；錳礦：1％；45硅鐵7％。焊劑的制備方法是首先將按重量百分比稱好的粉料在干混器中干混，干混均勻后放入濕拌器，加入配料總重量24％的水玻璃進(jìn)行濕拌，濕拌均勻后將濕粉通過傳送帶送入造粒盤進(jìn)行造粒，在250℃～300℃下烘焙1小時(shí)，去除水分后將焊劑過篩，將篩分后在標(biāo)準(zhǔn)顆粒范圍內(nèi)的焊劑在750℃～800℃溫度下高溫?zé)Y(jié)1小時(shí)，隨爐冷卻后過10目到40目篩子，即得成品燒結(jié)焊劑。
實(shí)施例3
一種船用鋼小坡口埋弧焊焊劑，其礦物原料組分所占重量百分比為：螢石：14％；鎂砂：15％；金紅石：10％；白剛玉：30％；硅灰石：25％；錳礦：5％；45硅鐵：1％。焊劑的制備方法是首先將按重量百分比稱好的粉料在干混器中干混，干混均勻后放入濕拌器，加入配料總重量24％的水玻璃進(jìn)行濕拌，濕拌均勻后將濕粉通過傳送帶送入造粒盤進(jìn)行造粒，在250℃～300℃下烘焙1小時(shí)，去除水分后將焊劑過篩，將篩分后在標(biāo)準(zhǔn)顆粒范圍內(nèi)的焊劑在750℃～800℃溫度下高溫?zé)Y(jié)1小時(shí)，隨爐冷卻后過10目到40目篩子，即得成品燒結(jié)焊劑。
使用以上焊劑配合GB/T H10MnSi埋弧焊絲進(jìn)行焊接，對(duì)應(yīng)熔敷金屬力學(xué)性能見下表：
通過上述試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證力學(xué)性能：
上述焊接試驗(yàn)在電流300-420A，電壓28-30V，焊接速度270-350mm/min的條件下進(jìn)行，電弧穩(wěn)定，焊縫成型美觀，脫渣非常容易，沒有咬邊等缺陷，力學(xué)性能結(jié)果符合國(guó)標(biāo)GB/T 12470-2003中的規(guī)定，非常適合船用鋼小坡口條件下埋弧焊。
本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下得出的其他任何與本發(fā)明相同或相似的產(chǎn)品，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。