CN110293333B - 一种船用高氟铝钛型烧结焊剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种船用高氟铝钛型烧结焊剂及其制备方法。烧结焊剂成分包括干混原料和粘结剂，其中，所述的干混原料包括组分及质量百分含量为：CaF2：68～72％，Al2O3：18～22％，TiO2：8～12％；所述的粘结剂质量为干混原料质量的20～25％。制备时，按成分配比，依次经过干混和湿混，制得湿混料，经造粒烘干后，280～600℃下，烧结时间1～3h，制得船用高氟铝钛型烧结焊剂。该方法制备了一种新型船用高氟铝钛型烧结焊剂，能够很好地配合低碳低合金船板钢获得均匀的焊缝成分、良好的焊缝强度及低温韧性。焊缝金属焊道光滑，脱渣性良好，经检测无缺陷，能够满足焊接的工艺要求。

Description

一种船用高氟铝钛型烧结焊剂及其制备方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体是一种船用高氟铝钛型烧结焊剂及其制备方法。
背景技术
埋弧焊具有生产效率高、机械化程度高、节省材料、焊接质量好且稳定的优点，在船舶制造业等领域得到了广泛的应用。埋弧焊焊剂是埋弧焊主要的消耗材料之一，在焊接过程中对焊缝金属起机械保护、冶金处理及改善焊接工艺性能的作用，焊剂的焊接工艺性能和化学冶金性能是决定焊缝金属质量的重要因素。我国目前常使用的焊剂渣系主要成分为CaO、MgO、SiO2等，该类型焊剂碱性氧化物含量过高，焊接工艺性能欠佳，焊缝金属冲击韧性不稳定。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种船用高氟铝钛型烧结焊剂及其制备方法；本发明满足船板钢焊接工艺对性能优良的焊剂的紧迫需求，研制了一种焊接过程稳定、焊缝金属强度高，低温韧性高，焊缝成分和组织均匀、焊道表面光滑、脱渣性能良好的高氟铝钛型烧结焊剂。
一种船用高氟铝钛型烧结焊剂，包括干混原料和粘结剂，其中，所述的干混原料包括组分及质量百分含量为：CaF2：68～72％，Al2O3：18～22％，TiO2：8～12％；所述的粘结剂质量为干混原料质量的20～25％。
所述的粘结剂为水玻璃。
所述的水玻璃为钠水玻璃和/或钾水玻璃，模数为3.3，波美度为40。
所述的船用高氟铝钛型烧结焊剂，焊后所得的焊接接头性能指标如下：抗拉强度为645～738MPa，维氏硬度为230～264Hv，-40℃冲击功为62～75J。
本发明的船用高氟铝钛型烧结焊剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，混料：
(1)按船用高氟铝钛型烧结焊剂的成分配比，秤取各原料后，混合均匀，制得干混原料；
(2)按质量比，水玻璃：干混原料＝20～25％，将水玻璃和干混原料进行湿混，制得湿混料；
步骤2，造粒：
(1)将湿混料进行一次造粒，选取粒度为16～50目的颗粒为半成品；
(2)将粒度大于50目的颗粒，进行破碎，将粒度小于16目的颗粒，进行再造粒，返回步骤2(2)，直至全部颗粒成为半成品；
(3)将半成品在200～400℃低温烘干；
步骤3，烧结：
将半成品进行烧结，烧结温度为280～600℃，烧结时间1～3h，制得船用高氟铝钛型烧结焊剂。
上述的船用高氟铝钛型烧结焊剂的制备方法，其中：
所述步骤1(1)中，将各原料放入混料设备，搅拌均匀。
所述步骤2(3)中，烘干采用管式炉。
所述步骤2(3)中，烘干时间1～3h。
所述的船用高氟铝钛型烧结焊剂的使用方法，包括以下步骤：
(1)将船用高氟铝钛型烧结焊剂在300～500℃，烘干1～3h；
(2)将烘干后船用高氟铝钛型烧结焊剂配合低碳型焊丝对低碳低合金船板钢进行焊接，获得焊接接头。
所述步骤(1)中，烘干操作在烘干箱中进行。
所述步骤(2)中，低碳低合金船板钢为EH36级船板钢。
所述步骤(2)中，低碳型焊丝为H08Mn2SiA。
所述步骤(2)中，焊接具体过程为：采用双丝埋弧焊，焊剂堆高为37mm，前丝直流850A/32V，后丝交流625A/36V，焊接速度50cm·min－1。
本发明的高氟铝钛型焊剂中含有TiO2，焊剂有向焊缝中过渡钛的作用。钛能与氧结合生成弥散分布于焊缝金属中的细小夹杂物，含钛夹杂物与铁素体之间存在较好的晶体学取向关系，诱导晶内形成针状铁素体，细化组织，提高焊缝金属的力学性能。CaF2可以有效降低焊剂熔点，满足焊剂工艺性能。满足船板钢焊接工艺对性能优良的焊剂的紧迫需求，有必要制备一种经济环保、性能优良、能够实现焊缝金属组织细化、改善焊缝金属和焊接热影响区强度和韧性，同时无夹渣、咬边等缺陷的高氟铝钛型烧结焊剂。
本发明的船用高氟铝钛型烧结焊剂及其制备方法，与现有技术相比，有益效果为：
本发明制备了一种新型船用高氟铝钛型烧结焊剂，能够很好地配合低碳低合金船板钢获得均匀的焊缝成分、良好的焊缝强度及低温韧性。焊缝金属焊道光滑，脱渣性良好，经检测无缺陷，能够满足焊接的工艺要求。
附图说明：
图1为实施例1制备的船用高氟铝钛型烧结焊剂焊接形成的焊接接头切割截面光学显微图；
图2为实施例1制备的船用高氟铝钛型烧结焊剂焊接形成的焊缝金相显微图；
图3为实施例1制备的船用高氟铝钛型烧结焊剂焊接后脱落渣壳形貌图。
具体实施方式
以下实施例中：
采用的钠水玻璃、钾水玻璃的模数为3.3，波美度为40；
低碳型焊丝为H08Mn2SiA；
船用高氟铝钛型烧结焊剂焊接方式为：采用双丝埋弧焊，焊剂堆高为37mm，前丝直流850A/32V，后丝交流625A/36V，焊接速度50cm·min－1。
实施例1
一种船用高氟铝钛型烧结焊剂，其含有成分按质量百分比为：CaF2：70％，Al2O3：22％，TiO2：8％。
本发明的船用高氟铝钛型烧结焊剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，混料：
(1)按船用高氟铝钛型烧结焊剂的成分配比，秤取各原料后，放入混料设备，搅拌均匀，制得干混原料；
(2)按质量比，水玻璃：干混原料＝20％，将水玻璃和干混原料进行湿混，制得湿混料；其中，水玻璃为钠水玻璃；
步骤2，造粒：
(1)将湿混料进行一次造粒，选取粒度为16～50目的颗粒为半成品；
(2)将粒度大于50目的颗粒，进行破碎，将粒度小于16目的颗粒，进行再造粒，返回步骤2(2)，直至全部颗粒成为半成品；
(3)将半成品在300℃低温烘干2.5h；
步骤3，烧结：
将半成品进行烧结，烧结温度为350℃，烧结时间2.5h，制得船用高氟铝钛型烧结焊剂。
本实施例制备的船用高氟铝钛型烧结焊剂，在焊接前采用烘干箱在300℃，烘干2h；然后，将干燥后的烧结焊剂配合低碳型焊丝对EH36级船板钢进行焊接，焊后所得的焊接接头性能指标如下：抗拉强度强度为675MPa，维氏硬度为233Hv，低温冲击功(-40℃)为65J，焊接接头切割截面光学显微图如图1所示，焊缝金相显微图如图2所示，焊接后脱落渣壳形貌图如图3所示；焊缝成分均匀，焊道光滑，脱渣性能良好。
实施例2
一种船用高氟铝钛型烧结焊剂，其含有成分按质量百分比为：CaF2：71％，Al2O3：20％，TiO2：9％。
本发明的船用高氟铝钛型烧结焊剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，混料：
(1)按船用高氟铝钛型烧结焊剂的成分配比，秤取各原料后，放入混料设备，搅拌均匀，制得干混原料；
(2)按质量比，水玻璃：干混原料＝22％，将水玻璃和干混原料进行湿混，制得湿混料；其中，水玻璃为钾水玻璃；
步骤2，造粒：
(1)将湿混料进行一次造粒，选取粒度为16～50目的颗粒为半成品；
(2)将粒度大于50目的颗粒，进行破碎，将粒度小于16目的颗粒，进行再造粒，返回步骤2(2)，直至全部颗粒成为半成品；
(3)将半成品在300℃低温烘干2.5h；
步骤3，烧结：
将半成品进行烧结，烧结温度为450℃，烧结时间2h，制得船用高氟铝钛型烧结焊剂。
本实施例制备的船用高氟铝钛型烧结焊剂，在焊接前采用烘干箱在300～500℃，烘干≥2h；然后，将干燥后的烧结焊剂配合低碳型焊丝对EH36级船板钢进行焊接，焊后所得的焊接接头性能指标如下：抗拉强度强度为694MPa，维氏硬度为241Hv，低温冲击功(-40℃)为68J，焊缝成分均匀，焊道光滑，脱渣性能良好。
实施例3
一种船用高氟铝钛型烧结焊剂，其含有成分按质量百分比为：CaF2：70％，Al2O3：20％，TiO2：10％。
本发明的船用高氟铝钛型烧结焊剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，混料：
(1)按船用高氟铝钛型烧结焊剂的成分配比，秤取各原料后，放入混料设备，搅拌均匀，制得干混原料；
(2)按质量比，水玻璃：干混原料＝23％，将水玻璃和干混原料进行湿混，制得湿混料；其中，水玻璃为钠水玻璃和钾水玻璃按质量比为1:1形成的混合物；
步骤2，造粒：
(1)将湿混料进行一次造粒，选取粒度为16～50目的颗粒为半成品；
(2)将粒度大于50目的颗粒，进行破碎，将粒度小于16目的颗粒，进行再造粒，返回步骤2(2)，直至全部颗粒成为半成品；
(3)将半成品在300℃低温烘干2.5h；
步骤3，烧结：
将半成品进行烧结，烧结温度为500℃，烧结时间1.5h，制得船用高氟铝钛型烧结焊剂。
本实施例制备的船用高氟铝钛型烧结焊剂，在焊接前采用烘干箱在300℃，烘干4h；然后，将干燥后的烧结焊剂配合低碳型焊丝对EH36级船板钢进行焊接，焊后所得的焊接接头性能指标如下：抗拉强度强度为714MPa，维氏硬度为247Hv，低温冲击功(-40℃)为72J，焊缝成分均匀，焊道光滑，脱渣性能良好。
实施例4
一种船用高氟铝钛型烧结焊剂，其含有成分按质量百分比为：CaF2：70％，Al2O3：18％，TiO2：12％。
本发明的船用高氟铝钛型烧结焊剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，混料：
(1)按船用高氟铝钛型烧结焊剂的成分配比，秤取各原料后，放入混料设备，搅拌均匀，制得干混原料；
(2)按质量比，水玻璃：干混原料＝25％，将水玻璃和干混原料进行湿混，制得湿混料；其中，水玻璃为钠水玻璃；
步骤2，造粒：
(1)将湿混料进行一次造粒，选取粒度为16～50目的颗粒为半成品；
(2)将粒度大于50目的颗粒，进行破碎，将粒度小于16目的颗粒，进行再造粒，返回步骤2(2)，直至全部颗粒成为半成品；
(3)将半成品在300℃低温烘干2.5h；
步骤3，烧结：
将半成品进行烧结，烧结温度为600℃，烧结时间1h，制得船用高氟铝钛型烧结焊剂。
本实施例制备的船用高氟铝钛型烧结焊剂，在焊接前采用烘干箱在500℃，烘干2h；然后，将干燥后的烧结焊剂配合低碳型焊丝对EH36级船板钢进行焊接，焊后所得的焊接接头性能指标如下：抗拉强度强度为729MPa，维氏硬度为239Hv，低温冲击功(-40℃)为75J，焊缝成分均匀，焊道光滑，脱渣性能良好。
对比例1
烧结焊剂成分同实施例4，区别在于TiO2含量为15％，CaF2含量为67％。
本发明的船用高氟铝钛型烧结焊剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，混料：
(1)按配比，秤取各原料后，放入混料设备，搅拌均匀，制得干混原料；
(2)按质量比，水玻璃：干混原料＝25％，将水玻璃和干混原料进行湿混，制得湿混料；其中，水玻璃为钠水玻璃；
步骤2，造粒：
(1)将湿混料进行一次造粒，选取粒度为16～50目的颗粒为半成品；
(2)将粒度大于50目的颗粒，进行破碎，将粒度小于16目的颗粒，进行再造粒，返回步骤2(2)，直至全部颗粒成为半成品；
(3)将半成品在300℃低温烘干2.5h；
步骤3，烧结：
将半成品进行烧结，烧结温度为600℃，烧结时间1h，制得船用高氟铝钛型烧结焊剂。
本实施例制备的船用高氟铝钛型烧结焊剂，在焊接前采用烘干箱在500℃，烘干2h；然后，将干燥后的烧结焊剂配合低碳型焊丝对EH36级船板钢进行焊接，焊后所得的焊接接头性能指标如下：抗拉强度强度为625MPa，硬度为231Hv，低温冲击功(-40℃)为59J，焊缝成分均匀，焊道光滑，脱渣性能良好。
实施例5
一种船用高氟铝钛型烧结焊剂，其含有成分按质量百分比为：CaF2：69％，Al2O3：20％，TiO2：11％。
本发明的船用高氟铝钛型烧结焊剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，混料：
(1)按船用高氟铝钛型烧结焊剂的成分配比，秤取各原料后，放入混料设备，搅拌均匀，制得干混原料；
(2)按质量比，水玻璃：干混原料＝23％，将水玻璃和干混原料进行湿混，制得湿混料；其中，水玻璃为钾水玻璃；
步骤2，造粒：
(1)将湿混料进行一次造粒，选取粒度为16～50目的颗粒为半成品；
(2)将粒度大于50目的颗粒，进行破碎，将粒度小于16目的颗粒，进行再造粒，返回步骤2(2)，直至全部颗粒成为半成品；
(3)将半成品在300℃低温烘干2.5h；
步骤3，烧结：
将半成品进行烧结，烧结温度为280℃，烧结时间3h，制得船用高氟铝钛型烧结焊剂。
本实施例制备的船用高氟铝钛型烧结焊剂，在焊接前采用烘干箱在300℃，烘干4h；然后，将干燥后的烧结焊剂配合低碳型焊丝对EH36级船板钢进行焊接，焊后所得的焊接接头性能指标如下：抗拉强度强度为721MPa，维氏硬度为264Hv，低温冲击功(-40℃)为73J，焊缝成分均匀，焊道光滑，脱渣性能良好。

Claims (6)

1.一种船用高氟铝钛型烧结焊剂的制备方法，其特征在于，所述的船用高氟铝钛型烧结焊剂包括干混原料和粘结剂，其中，所述的干混原料包括组分及质量百分含量为：CaF2：68~72%，Al2O3：18~22%，TiO2：8~12%；所述的粘结剂质量为干混原料质量的20~25%；
所述的船用高氟铝钛型烧结焊剂，焊后所得的焊接接头维氏硬度为233~264Hv；
所述的方法包括如下步骤：
步骤1，混料：
(1)按船用高氟铝钛型烧结焊剂的成分配比，秤取各原料后，混合均匀，制得干混原料；
(2)将粘结剂和干混原料进行湿混，制得湿混料；
步骤2，造粒：
(1)将湿混料进行一次造粒，选取粒度为16 ~50目的颗粒为半成品；
(2)将粒度大于50目的颗粒，进行破碎，将粒度小于16目的颗粒，进行再造粒，返回步骤2(2)，直至全部颗粒成为半成品；
(3)将半成品在200 ~400℃低温烘干；
步骤3，烧结：
将半成品进行烧结，烧结温度为280~600℃，烧结时间1~3h，制得船用高氟铝钛型烧结焊剂。
2.根据权利要求1所述的船用高氟铝钛型烧结焊剂的制备方法，其特征在于，所述的粘结剂为水玻璃。
3.根据权利要求2所述的船用高氟铝钛型烧结焊剂的制备方法，其特征在于，所述的水玻璃为钠水玻璃和/或钾水玻璃，模数为3.3，波美度为40。
4.根据权利要求1所述的船用高氟铝钛型烧结焊剂的制备方法，其特征在于，所述的船用高氟铝钛型烧结焊剂，焊后所得的焊接接头抗拉强度为675~738MPa，-40℃冲击功为62~75J。
5.根据权利要求1所述的船用高氟铝钛型烧结焊剂的制备方法，其特征在于，所述焊接接头获得过程如下：
(1)将船用高氟铝钛型烧结焊剂在300~500℃，烘干1~3h；
(2)将烘干后船用高氟铝钛型烧结焊剂配合低碳型焊丝对低碳低合金船板钢进行焊接，获得焊接接头，其中，所述的低碳低合金船板钢为EH36级船板钢，低碳型焊丝为H08Mn2SiA。
6.根据权利要求1所述的船用高氟铝钛型烧结焊剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2 (3)中，烘干采用管式炉，烘干时间1~3h。
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Al2O3-CaF2-TiO2-CaO渣系新型低合金钢烧结焊剂研究;王宗杰，等.;《第九次全国焊接会议论文集（第1册）》;19990901;第1-471至1-474页 *

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