一種海洋工程用高韌性低氫型燒結(jié)焊劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種海洋工程用高韌性低氫型燒結(jié)焊劑 及其制備方法，適用于海洋工程用460MPa級(jí)鋼種埋弧配套焊接工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 海洋工程用鋼種類(lèi)繁多、強(qiáng)度覆蓋跨度大，針對(duì)每種強(qiáng)度鋼板，國(guó)外知名焊材生產(chǎn) 廠商擁有系列較為完善的焊接材料。而國(guó)內(nèi)到目前為止僅有個(gè)別廠商能夠提供極少數(shù)焊接 材料，與國(guó)外焊材存在較大的差距。
[0003] 因此，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)與與國(guó)外焊材存在的較大差距，迫切需要開(kāi)展海洋工程用 460MPa級(jí)焊接材料研制與工程應(yīng)用研究，最終實(shí)現(xiàn)焊接材料工藝性能、力學(xué)性能及擴(kuò)散氫 含量達(dá)到國(guó)外同類(lèi)焊接材料水平；形成針對(duì)海洋工程用460MPa級(jí)鋼種配套焊接材料的生 產(chǎn)能力與結(jié)構(gòu)焊接施工解決方案，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海洋工程焊接技術(shù)和工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種海洋工程用高韌性低氫型燒結(jié)焊劑，其焊接工藝性能優(yōu) 良且焊縫低溫沖擊韌性高、擴(kuò)散氫含量低熔敷金屬的擴(kuò)散氫達(dá)到超低氫的指標(biāo)要求。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種海洋工程用高韌性低氫型燒結(jié)焊劑，由下述重量 百分比的成分構(gòu)成：MgO :18 ~23%，CaF2:28 ~32%，A1 203:18 ~22%，Ti02:l~5%，Si02: 18 ~22%，CaO :3 ~7%，Na3AIF6:2 ~5%，Mn0:2 ~6%，S 彡 0· 015%，P 彡 0· 025%。
[0006] 作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述燒結(jié)焊劑由下述重量百分比的成分構(gòu)成：MgO: 22%, CaF2：28 %, Al 203：19 %, TiO 2：1 %, Si0z：22 %, CaO -.3%, Na3AIF6：2 %, Mn0:2 %, S 彡 0· 015%，P 彡 0· 025%〇
[0007] 優(yōu)選的，上述燒結(jié)焊劑的粒度為10~60目。
[0008] 優(yōu)選的，上述燒結(jié)焊劑在焊接使用前經(jīng)350°C烘干1小時(shí)。
[0009] 本發(fā)明中燒結(jié)焊劑成分優(yōu)選原則如下：
[0010] MgO主要作用是造渣，提高熔渣的堿度，降低擴(kuò)散氫含量。本發(fā)明中，MgO是以電 熔鎂砂的形式加入，電熔鎂砂的用量范圍為焊劑總重量的18~23%，當(dāng)MgO含量大于23% 時(shí)，由于MgO熔點(diǎn)高，增大熔渣表面張力容易造成焊道表面壓痕，造成脫渣困難，也易產(chǎn)生 咬邊、夾渣等缺陷，當(dāng)MgO含量小于18%時(shí)焊劑堿度不夠，焊縫沖擊韌性較差；
[0011] 0&?2主要作用是造渣，提高熔渣的堿度并降低焊縫中的擴(kuò)散氫，從而提高焊縫金 屬的沖擊韌性。本發(fā)明中，CaF2主要是以螢石的形式加入，螢石的用量范圍為焊劑總重量的 28~32%，其含量小于28%時(shí)焊劑堿度不夠，且去氫效果不良，焊縫沖擊韌性較差，焊道表 面波紋較粗；含量大于32%時(shí)，焊接電弧穩(wěn)定性變差，工藝性能不好，同時(shí)熔渣的流動(dòng)性變 大，焊道波紋形狀紊亂，脫渣困難。
[0012] Al2O3主要作用是改變?nèi)墼酿ざ?、堿度，從而較好的保護(hù)焊縫，并改善脫渣能力。 本發(fā)明中，Al 2O3主要是以鋁礬土的形式加入，用量范圍為焊劑總重量的18~22%，用量小 于18%時(shí)熔渣較稀，波紋較粗；用量大于22%時(shí)，熔渣較粘，出現(xiàn)粘渣現(xiàn)象。
[0013] 1102主要作用改善焊縫成形、造渣和向焊縫中過(guò)渡Ti元素的作用，由于TiO 2不易 分解出氧原子，從而減少了因焊劑過(guò)渡到焊縫中的氧含量的增加，從而達(dá)到提升焊縫低溫 沖擊韌性的目的。本發(fā)明中，TiO 2主要是以金紅石的形式加入，用量范圍為焊劑總重量的 2~5%，用量小于1 %時(shí)作用不明顯；用量大于5%時(shí)，熔渣堿度小。
[0014] ~&#正6主要作用降低熔渣黏度，改善熔渣流動(dòng)性，降低擴(kuò)散氫。本發(fā)明中主要是 以冰晶石的形式加入，用量范圍為焊劑總重量的2~5%，當(dāng)用量小于2%時(shí)，效果不明顯， 當(dāng)用量超過(guò)5%時(shí)，渣過(guò)稀。
[0015] CaO在燒結(jié)焊劑中具有提高熔渣堿度，改善熔敷金屬力學(xué)性能的作用。CaO具有調(diào) 整熔渣堿度，提高熔敷金屬?zèng)_擊韌性、降低擴(kuò)散氫含量的作用。本發(fā)明中主要是以硅灰石 的形式加入，用量范圍為焊劑總重量的3~7%，用量小于3%時(shí)作用不明顯；用量大于7% 時(shí)，不便于加入。
[0016] S、P是有害雜質(zhì)，若焊縫中含硫量過(guò)高，則在熔池結(jié)晶時(shí)易于偏析，從而增大了 焊縫金屬的熱裂紋傾向，同時(shí)還降低了沖擊韌性和抗腐蝕性；當(dāng)鋼中磷含量過(guò)高，將增 加焊縫的冷脆性，降低焊縫金屬的沖擊韌性并使脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，所以控制焊劑中的 S 彡 0· 015%、P 彡 0· 025% 以內(nèi)。
[0017] 另外，本發(fā)明還提供了一種海洋工程用高韌性低氫型燒結(jié)焊劑的制備方法，包括 如下步驟：
[0018] 1)按燒結(jié)焊劑原料成分進(jìn)行選料，將所需原料復(fù)檢合格后按照原料配方進(jìn)行配比 稱(chēng)重；
[0019] 2)將步驟1)中準(zhǔn)備好的原料放進(jìn)干攪拌器中進(jìn)行干攪拌，攪拌均勻后的粉料放 入濕攪拌器中加入水玻璃進(jìn)行濕攪拌，充分?jǐn)嚢杈鶆颍?br>[0020] 3)將步驟2)中攪拌均勻的始料送入造粒機(jī)進(jìn)行造粒；
[0021] 4)將步驟3)造出的粒狀焊劑經(jīng)熱風(fēng)干燥后送入烘干爐烘干，去除水分后過(guò)篩，控 制焊劑粒度大小10~60目，并送入燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)；
[0022] 5)燒結(jié)完出爐冷卻后經(jīng)檢驗(yàn)、過(guò)篩、包裝、入庫(kù)。
[0023] 進(jìn)一步地，步驟2)中加入的水玻璃質(zhì)量為粉料質(zhì)量的20%。
[0024] 進(jìn)一步地，步驟4)中烘干爐的溫度為150~200 °C。
[0025] 進(jìn)一步地，步驟4)中燒結(jié)爐的燒結(jié)溫度為800~850°C，燒結(jié)時(shí)間為1小時(shí)。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
[0027] (1)本發(fā)明提供的這種海洋工程用高韌性低氫型燒結(jié)焊劑，其焊縫金屬具有良好 的脫渣、抗氣孔等焊接工藝性能并具有良好的抗裂性能，其夏比沖擊功（-40Γ )在100J以 上。
[0028] (2)本發(fā)明提供的這種海洋工程用高韌性低氫型燒結(jié)焊劑的擴(kuò)散氫含量低，滿足 擴(kuò)散氫含量小于5ml/100g的超低氫要求。
[0029] (3)本發(fā)明提供的這種海洋工程用高韌性低氫型燒結(jié)焊劑嚴(yán)格控制原材料，降低 各組分含氧量，減少原材料有害雜質(zhì)，提升焊縫金屬純凈度，同時(shí)添加適量CaO進(jìn)一步增強(qiáng) 焊接過(guò)程中脫S、P效果，減少有害雜質(zhì)。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 實(shí)施例1 :
[0031] 本實(shí)施例提供了一種海洋工程用高韌性低氫型燒結(jié)焊劑，該燒結(jié)焊劑由下述重 量百分比的成分構(gòu)成：MgO :21%，CaF2:28%，Al 203:18%，Ti02:5%，Si02:18%，CaO :4%， Na3AIF6:2%，MnO :2%，S彡0· 015%，P彡0· 025%，余量為不可避免的雜質(zhì)。
[0032] 該燒結(jié)焊劑的制備方法：將所需原料復(fù)檢合格后，過(guò)篩后按照配方進(jìn)行配比稱(chēng)重， 然后放進(jìn)干攪拌器中進(jìn)行干攪拌，攪拌均勻后的粉料放入濕攪拌器，加入粉料質(zhì)量20 %的 水玻璃進(jìn)行濕攪拌，充分?jǐn)嚢杈鶆颍瑪嚢韬玫氖剂纤腿朐炝C(jī)進(jìn)行造粒，造出的粒狀焊劑 經(jīng)熱風(fēng)干燥后送入烘干爐，在150~200°C的溫度下進(jìn)行烘干，去除水分后過(guò)篩，控制粒度 10~60目的焊劑送入燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度800~850°C，燒結(jié)時(shí)間1小時(shí)，出爐冷卻 后經(jīng)檢驗(yàn)、過(guò)篩、包裝、入庫(kù)。
[0033] 在焊接前，焊劑經(jīng)350°C烘干1小時(shí)后進(jìn)行焊接試驗(yàn)，配合MCJ55HG焊絲進(jìn)行焊接， 經(jīng)檢測(cè)，焊縫表面無(wú)壓坑，焊縫成型良好。
[0034] 本實(shí)施例制得燒結(jié)焊劑配合MCJ55HG焊絲進(jìn)行焊接性能測(cè)試，其熔敷金屬力學(xué)性 能如表1所示，熔敷金屬擴(kuò)散氫含量（水銀法）測(cè)試結(jié)果如表2所示。
[0035] 實(shí)施例2 :
[0036] 本實(shí)施例提供了一種海洋工程用高韌性低氫型燒結(jié)焊劑，該燒結(jié)焊劑由下述重 量百分比的成分構(gòu)成：MgO :18%，CaF2:30%，Al 203:18%，Ti02:l%，Si02:18%，CaO :6%， Na3AIF6:2%，MnO :6%，S彡0· 015%，P彡0· 025%，余量為不可避免的雜質(zhì)。
[0037] 該燒結(jié)焊劑的制備方法：將所需原料復(fù)檢合格后，過(guò)篩后按照配方進(jìn)行配比稱(chēng)重， 然后放進(jìn)干攪拌器中進(jìn)行干攪拌，攪拌均勻后