CN110293336A - 一种船用氟铝钛型熔炼焊剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种船用氟铝钛型熔炼焊剂及其制备方法。熔炼焊剂含有成分按质量百分比为：CaF2：58～62％，Al2O3：18～22％，TiO2：18～22％。按配比将原料混匀后，1480～1540℃下熔炼，保温时间为10～30min，熔炼后淬火，在700～750℃焙烧2～3h，焙烧物经破碎后，获得船用氟铝钛型熔炼焊剂。该方法制备的焊剂焊接形成焊缝金属组织中的针状铁素体体积分数为39.41％～42.13％，焊后所得的焊接接头的抗拉强度为675～775MPa，维氏硬度为215～238Hv，‑40℃冲击功为69～76J。整体性能良好。

Description

一种船用氟铝钛型熔炼焊剂及其制备方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体是一种船用氟铝钛型熔炼焊剂及其制备方法。
背景技术
为适应船舶的大型化发展趋势，提高船舶建造效率迫在眉睫，大线能量埋弧焊是提高施 工效率和降低成本的有效举措，但大线能量焊接时，由于焊接接头高温停留时间变长，容易 导致奥氏体晶粒粗化，且焊后冷速小，造成焊接接头的强度和韧性严重恶化。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。国内 现有焊剂含有较多亲水化合物，吸潮倾向大，焊缝金属易生成气孔，不易保证焊剂的工艺性 能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种船用氟铝钛型熔炼焊剂及其制备方法；本发明 的熔炼焊剂是一种焊接过程稳定、可以获得细小的针状铁素体组织、焊道表面光滑、脱渣性 良好的熔炼焊剂，满足船板钢焊接工艺对性能优良的焊剂的紧迫需求。
一种船用氟铝钛型熔炼焊剂，其含有成分按质量百分比为：CaF2：58～62％，Al2O3：18～22％， TiO2：18～22％；其中，各组分的质量百分比总和为100％。
所述船用氟铝钛型熔炼焊剂经焊接，焊缝金属组织中的针状铁素体体积分数为39.41％～42.13％，焊后所得的焊接接头的抗拉强度为675～775MPa，维氏硬度为215～238Hv， -40℃冲击功为69～76J。
本发明的船用氟铝钛型熔炼焊剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，熔炼：
(1)按船用氟铝钛型熔炼焊剂的配比，称取各组分原料CaF2、Al2O3、TiO2，将各原料混合 均匀；
(2)将混合均匀的原料，熔炼后保温10～30min，制得熔炼产物；其中，熔炼温度其1480～1540℃；
(3)将熔炼产物水淬，制得半成品；
步骤2，高温焙烧：
将半成品在700～750℃焙烧2～3h，制得焙烧产物；
步骤3，破碎：
将焙烧产物破碎、过筛，粒度为10～40目的颗粒，即为船用氟铝钛型熔炼焊剂。
上述的船用氟铝钛型熔炼焊剂的制备方法，其中：
所述步骤1中，将各原料放入混料设备中，通过搅拌得均匀粉末。
所述步骤1中，熔炼采用石墨坩埚。
所述步骤2中，高温焙烧采用马弗炉。
所述步骤2中，通过高温焙烧去除了焊剂中的碳粉。
所述船用氟铝钛型熔炼焊剂的使用方法，包括以下步骤：
(1)将船用氟铝钛型熔炼焊剂在200～400℃，烘干1～3h；
(2)将烘干后船用氟铝钛型熔炼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40mm，前丝直流850A/32V，后丝交流625A/36V，焊接速度为50cm·min－1。
本发明的氟铝钛型焊剂中含有TiO2，有利于钛溶解于焊缝金属中，钛能与氧结合生成弥 散分布于焊缝金属中的细小夹杂物，促进焊接冷却过程中针状铁素体的形成，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。为提高焊接接头 力学性能，有必要制备一种性能优良、可以获得细小的针状铁素体组织、能够实现焊缝金属 高强度和高硬度，焊缝表面成形良好的氟铝钛型熔炼焊剂。
且通过本发明的方法获得的焊缝金属氧含量达到200～500ppm之间，焊缝金属中较容易 产生诱导形成针状铁素体形核的非金属夹杂物，以获得较高性能的焊缝。
本发明与现有技术相比，有益效果：
本发明制备了一种新型船用氟铝钛型熔炼焊剂，该焊剂具有良好的化学成分均匀性，吸 潮性低(储藏方便)，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 度及硬度；焊缝金属成分均匀，金属焊道光滑，脱氧性良好，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制备的船用氟铝钛型熔炼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制备的船用氟铝钛型熔炼焊剂焊接形成的焊缝金相显微图；
图3为实施例1制备的船用氟铝钛型熔炼焊剂焊接后脱落渣壳形貌图。
具体实施方式
以下实施例中：
采用的低碳型焊丝型号为H08Mn2SiA；
制备的船用氟铝钛型熔炼焊剂焊接形成接头的具体焊接过程为：采用双丝埋弧焊，焊剂 堆高为40mm，前丝直流850A/32V，后丝交流625A/36V，焊接速度为50cm·min－1；
实施例1～6中获得的焊缝金属氧含量达到200～500ppm。
实施例1
一种船用氟铝钛型熔炼焊剂，其含有成分按质量百分比为：CaF2：60％，Al2O3：22％， TiO2：18％。
本发明的船用氟铝钛型熔炼焊剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，熔炼：
(1)按船用氟铝钛型熔炼焊剂的配比，秤取各组分原料CaF2、Al2O3、TiO2，将各原料放入 混料设备中，通过搅拌混合均匀；
(2)将混合均匀的原料，在石墨坩埚中熔炼后保温25min，制得熔炼产物；其中，熔炼温 度为1490℃；
(3)将熔炼产物水淬，制得半成品；
步骤2，高温焙烧：
将半成品用马弗炉在800℃焙烧2h，制得焙烧产物，通过高温焙烧去除了焊剂中的碳粉；
步骤3，破碎：
将焙烧产物破碎、过筛，粒度为10～40目的颗粒即为船用氟铝钛型熔炼焊剂。
本实施例制备的船用氟铝钛型熔炼焊剂，在焊接前采用烘干箱在200℃，干燥2h；然后， 将干燥后的熔炼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：抗拉强度为688MPa，低温冲击功(-40℃)为69J，维氏硬度为238Hv，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，脱氧性良好，形成的焊缝金属组织中的针状铁素体体积 分数为39.41％。
对比例1
熔炼焊剂成分同实施例1，区别在于TiO2含量为30％，CaF2含量为48％。
步骤1，熔炼：
(1)按配比，秤取各组分原料CaF2、Al2O3、TiO2，将各原料放入混料设备中，通过搅拌混 合均匀；
(2)将混合均匀的原料，在石墨坩埚中熔炼后保温20min，制得熔炼产物；其中，熔炼温 度为1500℃；
(3)将熔炼产物水淬，制得半成品；
步骤2，高温焙烧：
将半成品用马弗炉在800℃焙烧2h，制得焙烧产物，通过高温焙烧去除了焊剂中的碳粉；
步骤3，破碎：
将焙烧产物破碎、过筛，粒度为10～40目的颗粒，制得熔炼焊剂。
该熔炼焊剂在焊接前采用烘干箱在200℃，干燥2h；然后，将干燥后的熔炼焊剂配合低 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：抗拉强度为604MPa，低温冲击功(-40℃)为53J，维氏硬度为214Hv，焊缝成分均匀，焊道光滑，脱氧 性能良好。
实施例2
一种船用氟铝钛型熔炼焊剂，其含有成分按质量百分比为：CaF2：61％，Al2O3：20％， TiO2：19％。
本发明的船用氟铝钛型熔炼焊剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，熔炼：
(1)按船用氟铝钛型熔炼焊剂的配比，秤取各组分原料CaF2、Al2O3、TiO2，将各原料放入 混料设备中，通过搅拌混合均匀；
(2)将混合均匀的原料，在石墨坩埚中熔炼后保温20min，制得熔炼产物；其中，熔炼温 度为1500℃；
(3)将熔炼产物水淬，制得半成品；
步骤2，高温焙烧：
将半成品用马弗炉在800℃焙烧2h，制得焙烧产物，通过高温焙烧去除了焊剂中的碳粉；
步骤3，破碎：
将焙烧产物破碎、过筛，粒度为10～40目的颗粒即为船用氟铝钛型熔炼焊剂。
本实施例制备的船用氟铝钛型熔炼焊剂，在焊接前采用烘干箱在200℃，干燥2h；然后， 将干燥后的熔炼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：抗拉强度为708MPa，低温冲击功(-40℃)为71J，维氏硬度为235Hv，焊缝成分 均匀，焊道光滑，脱氧性能良好，形成的焊缝金属组织中的针状铁素体体积分数为40.62％。
对比例2
熔炼焊剂同实施例2，区别在于TiO2含量为40％，CaF2含量为40％。
步骤1，熔炼：
(1)按配比，秤取各组分原料CaF2、Al2O3、TiO2，将各原料放入混料设备中，通过搅拌混 合均匀；
(2)将混合均匀的原料，在石墨坩埚中熔炼后保温20min，制得熔炼产物；其中，熔炼温 度为1500℃；
(3)将熔炼产物水淬，制得半成品；
步骤2，高温焙烧：
将半成品用马弗炉在800℃焙烧2h，制得焙烧产物，通过高温焙烧去除了焊剂中的碳粉；
步骤3，破碎：
将焙烧产物破碎、过筛，粒度为10～40目的颗粒，获得熔炼焊剂。
该熔炼焊剂，在焊接前采用烘干箱在200℃，干燥2h；然后，将干燥后的熔炼焊剂配合 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：抗拉强度为598MPa，低温冲击功(-40℃)为57J，维氏硬度为226Hv，焊缝成分均匀，焊道光滑，脱氧 性能良好。
实施例3
一种船用氟铝钛型熔炼焊剂，其含有成分按质量百分比为：CaF2：60％，Al2O3：20％， TiO2：20％。
本发明的船用氟铝钛型熔炼焊剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，熔炼：
(1)按船用氟铝钛型熔炼焊剂的配比，秤取各组分原料CaF2、Al2O3、TiO2，将各原料放入 混料设备中，通过搅拌混合均匀；
(2)将混合均匀的原料，在石墨坩埚中熔炼后保温15min，制得熔炼产物；其中，熔炼温 度为1520℃；
(3)将熔炼产物水淬，制得半成品；
步骤2，高温焙烧：
将半成品用马弗炉在800℃焙烧2h，制得焙烧产物，通过高温焙烧去除了焊剂中的碳粉；
步骤3，破碎：
将焙烧产物破碎、过筛，粒度为10～40目的颗粒即为船用氟铝钛型熔炼焊剂。
本实施例制备的船用氟铝钛型熔炼焊剂，在焊接前采用烘干箱在200，干燥2h；然后， 将干燥后的熔炼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：抗拉强度为722MPa，低温冲击功(-40℃)为74J，维氏硬度为220Hv，焊缝成分 均匀，焊道光滑，形成的焊缝金属组织中的针状铁素体体积分数为41.87％。
实施例4
一种船用氟铝钛型熔炼焊剂，其含有成分按质量百分比为：CaF2：60％，Al2O3：18％， TiO2：22％。
本发明的船用氟铝钛型熔炼焊剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，熔炼：
(1)按船用氟铝钛型熔炼焊剂的配比，秤取各组分原料CaF2、Al2O3、TiO2，将各原料放入 混料设备中，通过搅拌混合均匀；
(2)将混合均匀的原料，在石墨坩埚中熔炼后保温10min，制得熔炼产物；其中，熔炼温 度为1540℃；
(3)将熔炼产物水淬，制得半成品；
步骤2，高温焙烧：
将半成品用马弗炉在800℃焙烧2h，制得焙烧产物，通过高温焙烧去除了焊剂中的碳粉；
步骤3，破碎：
将焙烧产物破碎、过筛，粒度为10～40目的颗粒即为船用氟铝钛型熔炼焊剂。
本实施例制备的船用氟铝钛型熔炼焊剂，在焊接前采用烘干箱在200℃，干燥2h；然后， 将干燥后的熔炼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：抗拉强度为735MPa，低温冲击功(-40℃)为75J，维氏硬度为215Hv，焊缝成分 均匀，焊道光滑，脱渣性好，形成的焊缝金属组织中的针状铁素体体积分数为42.13％。
实施例5
一种船用氟铝钛型熔炼焊剂，其含有成分按质量百分比为：CaF2：61％，Al2O3：18％， TiO2：21％。
本发明的船用氟铝钛型熔炼焊剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，熔炼：
(1)按船用氟铝钛型熔炼焊剂的配比，秤取各组分原料CaF2、Al2O3、TiO2，将各原料放入 混料设备中，通过搅拌混合均匀；
(2)将混合均匀的原料，在石墨坩埚中熔炼后保温30min，制得熔炼产物；其中，熔炼温 度为1480℃；
(3)将熔炼产物水淬，制得半成品；
步骤2，高温焙烧：
将半成品用马弗炉在800℃焙烧2h，制得焙烧产物，通过高温焙烧去除了焊剂中的碳粉；
步骤3，破碎：
将焙烧产物破碎、过筛，粒度为10～40目的颗粒即为船用氟铝钛型熔炼焊剂。
本实施例制备的船用氟铝钛型熔炼焊剂，在焊接前采用烘干箱在200℃，干燥2h；然后， 将干燥后的熔炼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：抗拉强度为737MPa，低温冲击功(-40℃)为73J，维氏硬度为228Hv，焊缝成分 均匀，焊道光滑，脱渣性好，形成的焊缝金属组织中的针状铁素体体积分数为41.55％。

Claims (4)

1.一种船用氟铝钛型熔炼焊剂，其特征在于，其含有成分按质量百分比为：CaF2：58～62％，Al2O3：18～22％，TiO2：18～22％。
2.根据权利要求1所述的船用氟铝钛型熔炼焊剂，其特征在于，所述船用氟铝钛型熔炼焊剂经焊接，焊缝金属组织中的针状铁素体体积分数为39.41％～42.13％，焊后所得的焊接接头的抗拉强度为675～775MPa，维氏硬度为215～238Hv，-40℃冲击功为69～76J。
3.根据权利要求2所述的船用氟铝钛型熔炼焊剂，其特征在于，所述焊接接头获得过程如下：
(1)将船用氟铝钛型熔炼焊剂在200～400℃，烘干1～3h；
(2)将烘干后船用氟铝钛型熔炼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。
4.权利要求1所述的船用氟铝钛型熔炼焊剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，熔炼：
(1)按船用氟铝钛型熔炼焊剂的配比，称取各组分原料CaF2、Al2O3、TiO2，将各原料混合均匀；
(2)将混合均匀的原料，熔炼后保温10～30min，制得熔炼产物；其中，熔炼温度其1480～1540℃；
(3)将熔炼产物水淬，制得半成品；
步骤2，高温焙烧：
将半成品在700～750℃焙烧2～3h，制得焙烧产物；
步骤3，破碎：
将焙烧产物破碎、过筛，粒度为10～40目的颗粒，即为船用氟铝钛型熔炼焊剂。
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