一种FCB法三丝埋弧焊专用衬垫焊剂及其制备方法与流程

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种FCB法三丝埋弧焊专用衬垫焊剂及其制备方法。

背景技术：

在现代造船中，焊接是一项很关键的工艺，它不仅对船体的建造质量有很大的影响，而且对提高生产率，缩短造船周期起着很大的作用。单面焊双面成形埋弧自动焊是20世纪70年代发展起来的一项造船焊接新技术，目前已被广泛应用，因为它取消了翻身、仰焊等工序，有利于组织生产流水线，提高平台的周转率和焊接生产率，因而广泛用于世界各国造船行业。实践证明，单面焊双面成形埋弧自动焊是适应现代化造船需要出现的。

焊剂铜衬垫法单面埋弧自动焊(即FCB法)是单面焊双面成形埋弧自动焊的一种，由于其具有可使用大的焊接规范、对装配要求不高等优点在各大船厂广泛使用。

国内对于FCB法的相关焊接材料及其焊接工艺研究比较多，但是一直存在一些技术上的难题无法避免，主要是焊接的背面成型不好，背面脱渣困难，而且在焊缝背面容易造成横向裂纹，返工几率很高。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有FCB法使用过程中出现的背面焊缝成型较凸，脱渣困难和焊缝背面出现横向裂纹的技术问题。

为此，本发明提供了一种FCB法三丝埋弧焊专用衬垫焊剂，包括按重量份数计的如下原料组分：

MgO 26～30份；

CaO 8～15份；

Al₂O₃ 10～15份；

TiO₂ 18～25份；

SiO₂ 8～15份；

BaO 5～10份；

MnO 5～10份；

Li₂O 4～5份；

高温树脂 0.5～1.0份；以及不可避免的杂质。

进一步的，上述衬垫焊剂的粒度为12～60目。

进一步的，上述衬垫焊剂的碱度为1.5～2.5。

进一步的，上述杂质的含量不超过衬垫焊剂总质量的1.5%。

另外，本发明还提供了上述FCB法三丝埋弧焊专用衬垫焊剂的制备方法，包括如下步骤：

1)按上述衬垫焊剂原料组分选料，将原料复检后进行粗破碎、细破碎、研粉处理，加工成粉剂，并按照原料组分重量份数配比称重备料。

2)将步骤1)中准备好的原料加入干搅拌器中进行干搅拌，然后将搅拌均匀后的粉料加入湿搅拌器，并加入水玻璃进行湿搅拌，充分搅拌均匀。

3)将搅拌均匀的始料送入造粒机进行造粒，得粒状衬垫焊剂。

4)将造出的粒状衬垫焊剂经热风干燥后送入烘干炉进行烘干处理，去除水分后过筛，控制衬垫焊剂粒度大小并送入烧结炉进行烧结。

5)出炉冷却后经检验、过筛、包装、入库。

进一步的，上述步骤2)中水玻璃为锂水玻璃，且锂水玻璃质量为粉料质量的15～25%。

优选的，上述锂水玻璃质量为粉料质量的20%。

进一步的，上述步骤4)中烘干炉的烘干温度为150～200℃；烧结炉中的烧结温度400～500℃，烧结时间0.5～1.5小时。

优选的，上述步骤4)中烧结时间为1小时。

进一步的，上述步骤4)中进入烧结炉的衬垫焊剂粒度大小为12～60目。

本发明中FCB法三丝埋弧焊专用衬垫焊剂的各组分设计原理：

MgO主要作用是造渣，提高熔渣的熔点，从而改善焊缝成型，降低焊缝的余高。本发明实施例中，MgO是以电熔镁砂的形式加入。电熔镁砂的用量范围为26～30份，其用量小于26份时，焊剂熔点较低，焊渣较稀，焊缝容易漏陷；其用量大于30份时，焊剂碱度过大，焊缝脱渣困难，且熔渣熔点太高，焊缝保护不良。

Al₂O₃主要作用是调整熔渣的碱度、凝固温度和黏度，从而较好的保护焊缝，并改善脱渣能力。本发明中，Al₂O₃的用量范围为10～15份，其用量小于10份时，熔渣较稀，铁水会从背面焊缝逸出，造成背面焊缝成型不良；其用量大于15份时，熔渣较粘，容易形成焊缝透气不良且产生夹渣等缺陷。

BaO主要是起造渣的作用，它的存在可以改善焊缝的脱渣性。本发明中，BaO的用量范围为5～10份，其用量小于5份时，熔渣脱渣不良，工艺性能差；其用量大于10份时，熔渣碱度大，焊接工艺性能差。

Li₂O主要是起降低焊剂吸潮性的作用，它的存在可以使得焊剂吸潮性低，在焊接时降低焊缝中的扩散氢，从而降低裂纹敏感性。在本发明中，Li₂O的用量范围为4～5份，其用量小于4份时，焊剂吸潮性高，焊缝裂纹敏感；其用量大于5份时，工艺性能差。

高温树脂主要是通过树脂加热过程使其产生固化作用，防止铁水泄漏，保证焊缝成型。在本发明中，高温树脂的用量范围为0.5～1.0份，其用量小于0.5份时，在焊接过程中铁水容易泄漏，造成焊缝成型差；其用量大于1.0份时，焊缝气孔多。本发明中高温树脂为热固性酚醛树脂，固化温度150度以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种FCB法三丝埋弧焊专用衬垫焊剂通过向焊剂中加入适量的MgO和Al₂O₃来提高焊渣的熔点，并采用TiO₂替代部分SiO₂调节焊剂的碱度和熔渣的黏度，使焊缝具有良好的焊缝成型和焊缝余高，焊缝余高不超过3mm，并降低焊缝中的Si含量；而且由于焊剂中SiO₂含量较少，从而提高了焊缝的韧性和抗裂性。

(2)本发明提供的这种FCB法三丝埋弧焊专用衬垫焊剂中加入了适量高温树脂，通过高温树脂加热过程使其产生固化作用，防止铁水泄漏，保证了焊缝成型。

(3)本发明提供的这种FCB法三丝埋弧焊专用衬垫焊剂的制备方法中采用锂水玻璃和Li₂O进行处理，增强了焊剂的抗吸潮能力，减少了扩散氢的含量，从而进一步增强了焊缝的抗裂性能。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明FCB法三丝埋弧焊专用衬垫焊剂的制备方法工艺流程图。

图2是采用实施例1中衬垫焊剂进行焊接后的焊缝成型图。

图3是采用实施例2中衬垫焊剂进行焊接后的焊缝成型图。

图4是采用实施例3中衬垫焊剂进行焊接后的焊缝成型图。

图5是采用实施例4中衬垫焊剂进行焊接后的焊缝成型图。

图6是采用现有同型号衬垫焊剂进行焊接后的焊缝成型图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例提供了一种FCB法三丝埋弧焊专用衬垫焊剂，包括按重量份数计的如下原料组分：MgO 30份；CaO 8份；Al₂O₃ 10份；TiO₂ 25份；SiO₂ 8份；BaO 5份；MnO 7.5份；Li₂O 5份；高温树脂 1.0份；以及不可避免的杂质。其中，该衬垫焊剂的碱度为1.5。

如图1所示，该FCB法三丝埋弧焊专用衬垫焊剂的制备过程如下：将上述原料复检后，进行粗破碎、细破碎、研粉等工序，加工成不同标准粒度的粉剂。过筛后按照上述配方进行配比称重，然后放进干搅拌器中进行干搅拌，搅拌均匀后的粉料放入湿搅拌器，加入粉料质量20%的锂水玻璃进行湿搅拌，充分搅拌均匀，搅拌好的始料送入造粒机进行造粒，造出的粒状衬垫焊剂经热风干燥后送入烘干炉，在150～200℃的温度下进行烘干，去除水分后过筛，控制粒度12～60目的衬垫焊剂送入烧结炉进行烧结，烧结温度400～500℃，烧结时间1.5小时左右，出炉冷却后经检验、过筛、包装、入库，完成衬垫焊剂生产过程。

本实施例制得的衬垫焊剂烘干后，其含水量0.02%，将其敞开露置4小时后含水量为0.035%，表明该衬垫焊剂吸潮性能好。

在焊接前，将本实施例制得的衬垫焊剂和现有的日本神钢集团的同类型衬垫焊剂分别经300℃烘干2小时后进行焊接试验，配合MCJH10Mn2焊丝进行FCB法三丝单面焊双面成型焊接，两者背面焊缝成型结果分别如图2和图6所示。经检测，本实施例制得的衬垫焊剂背面焊缝成型良好，焊缝余高不超过3mm，射线探伤Ⅰ级合格，明显优于现有的同类型衬垫焊剂。

实施例2：

本实施例提供了一种FCB法三丝埋弧焊专用衬垫焊剂，包括按重量份数计的如下原料组分：MgO 26份；CaO 15份；Al₂O₃ 10份；TiO₂ 18份；SiO₂ 15份；BaO 5份；MnO 5份；Li₂O 4份；高温树脂 0.5份；以及不可避免的杂质。其中，该衬垫焊剂的碱度为1.5。

如图1所示，该FCB法三丝埋弧焊专用衬垫焊剂的制备过程如下：将上述原料复检后，进行粗破碎、细破碎、研粉等工序，加工成不同标准粒度的粉剂。过筛后按照上述配方进行配比称重，然后放进干搅拌器中进行干搅拌，搅拌均匀后的粉料放入湿搅拌器，加入粉料质量25%的锂水玻璃进行湿搅拌，充分搅拌均匀，搅拌好的始料送入造粒机进行造粒，造出的粒状衬垫焊剂经热风干燥后送入烘干炉，在150～200℃的温度下进行烘干，去除水分后过筛，控制粒度12～60目的衬垫焊剂送入烧结炉进行烧结，烧结温度400～500℃，烧结时间1小时左右，出炉冷却后经检验、过筛、包装、入库，完成衬垫焊剂生产过程。

本实施例制得的衬垫焊剂烘干后，其含水量0.015%，将其敞开露置4小时后含水量为0.041%，表明该衬垫焊剂吸潮性能好。

在焊接前，将本实施例制得的衬垫焊剂和现有的日本神钢集团的同类型衬垫焊剂分别经300℃烘干2小时后进行焊接试验，配合MCJH10Mn2焊丝进行FCB法三丝单面焊双面成型焊接，两者背面焊缝成型结果分别如图3和图6所示。经检测，本实施例制得的衬垫焊剂背面焊缝成型良好，焊缝余高不超过3mm，射线探伤Ⅰ级合格，明显优于现有的同类型衬垫焊剂。

实施例3：

本实施例提供了一种FCB法三丝埋弧焊专用衬垫焊剂，包括按重量份数计的如下原料组分：MgO 26份；CaO 8份；Al₂O₃ 15份；TiO₂ 18份；SiO₂ 8份；BaO 10份；MnO 10份；Li₂O 4份；高温树脂 0.5份；以及不可避免的杂质。其中，该衬垫焊剂的碱度为2.5。

如图1所示，该FCB法三丝埋弧焊专用衬垫焊剂的制备过程如下：将上述原料复检后，进行粗破碎、细破碎、研粉等工序，加工成不同标准粒度的粉剂。过筛后按照上述配方进行配比称重，然后放进干搅拌器中进行干搅拌，搅拌均匀后的粉料放入湿搅拌器，加入粉料质量15%的锂水玻璃进行湿搅拌，充分搅拌均匀，搅拌好的始料送入造粒机进行造粒，造出的粒状衬垫焊剂经热风干燥后送入烘干炉，在150～200℃的温度下进行烘干，去除水分后过筛，控制粒度12～60目的衬垫焊剂送入烧结炉进行烧结，烧结温度400～500℃，烧结时间0.5小时左右，出炉冷却后经检验、过筛、包装、入库，完成衬垫焊剂生产过程。

本实施例制得的衬垫焊剂烘干后，其含水量0.025%，将其敞开露置4小时后含水量为0.050%，表明该衬垫焊剂吸潮性能好。

在焊接前，将本实施例制得的衬垫焊剂和现有的日本神钢集团的同类型衬垫焊剂分别经300℃烘干2小时后进行焊接试验，配合MCJH10Mn2焊丝进行FCB法三丝单面焊双面成型焊接，两者背面焊缝成型结果分别如图4和图6所示。经检测，本实施例制得的衬垫焊剂背面焊缝成型良好，焊缝余高不超过3mm，射线探伤Ⅰ级合格，明显优于现有的同类型衬垫焊剂。

实施例4：

本实施例提供了一种FCB法三丝埋弧焊专用衬垫焊剂，包括按重量份数计的如下原料组分：MgO 28份；CaO 12份；Al₂O₃ 12份；TiO₂ 20份；SiO₂ 9份；BaO 6份；MnO 8份；Li₂O 4份；高温树脂 0.5份；以及不可避免的杂质。其中，该衬垫焊剂的碱度为1.9。

如图1所示，该FCB法三丝埋弧焊专用衬垫焊剂的制备过程如下：将上述原料复检后，进行粗破碎、细破碎、研粉等工序，加工成不同标准粒度的粉剂。过筛后按照上述配方进行配比称重，然后放进干搅拌器中进行干搅拌，搅拌均匀后的粉料放入湿搅拌器，加入粉料质量20%的锂水玻璃进行湿搅拌，充分搅拌均匀，搅拌好的始料送入造粒机进行造粒，造出的粒状衬垫焊剂经热风干燥后送入烘干炉，在150～200℃的温度下进行烘干，去除水分后过筛，控制粒度12～60目的衬垫焊剂送入烧结炉进行烧结，烧结温度400～500℃，烧结时间1小时左右，出炉冷却后经检验、过筛、包装、入库，完成衬垫焊剂生产过程。

本实施例制得的衬垫焊剂烘干后，其含水量0.025%，将其敞开露置4小时后含水量为0.050%，表明该衬垫焊剂吸潮性能好。

在焊接前，将本实施例制得的衬垫焊剂和现有的日本神钢集团的同类型衬垫焊剂分别经300℃烘干2小时后进行焊接试验，配合MCJH10Mn2焊丝进行FCB法三丝单面焊双面成型焊接，两者背面焊缝成型结果分别如图5和图6所示。经检测，本实施例制得的衬垫焊剂背面焊缝成型良好，焊缝余高不超过3mm，射线探伤Ⅰ级合格，明显优于现有的同类型衬垫焊剂。

综上所述，本发明提供的这种FCB法三丝埋弧焊专用衬垫焊剂吸潮性小，焊缝成型好，脱渣性优良，焊缝裂纹敏感性小，配合MCJH10Mn2埋弧焊丝在36mm以下的FCB法焊接过程中，具有良好的脱渣、抗气孔等焊接工艺性能并具有良好的抗裂性能，其焊缝成型好，焊缝余高不超过3mm，X射线探伤Ⅰ级合格。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。