本发明属于焊接化工技术领域，具体涉及一种焊缝背面免气体保护用焊接保护剂及制备方法。
背景技术：
不锈钢以其良好的耐腐蚀性、强度、韧性、塑性、焊接性等综合力学性能被广泛应用于承压设备、核电站、汽车、石油化工、生物医学、建筑等工业领域。针对不锈钢的焊接性，适合其焊接的方法很多，其中包括手工电弧焊(smaw)、埋弧自动焊(saw)，气体保护焊(钨极惰性气体保护焊tig、熔化极惰性气体保护焊mig、co2气体保护药芯焊丝焊接fcaw)、激光焊、激光电弧复合焊等。其中，目前使用较多的是气体保护焊(钨极惰性气体保护焊tig、熔化极惰性气体保护焊mig、co2气体保护药芯焊丝焊接fcaw)。
不锈钢在焊接过程中，因为焊接时的焊缝正面有焊枪喷出的保护气体保护所以焊缝质量较好，但对于焊缝背面，由于手袋不锈钢自身的阻隔，保护气体不能对其进行保护，在焊接的高温环境下容易受到空气的氧化而产生气孔、氧化夹渣等焊接缺陷，从而导致焊接接头质量下降。
在一些施工要求较高的焊缝工艺中，常常需要在焊缝的正面和背面均通入保护气体(氩气)进行保护，但是这种施焊过程非常费工费时、效率非常低、质量受人为因素影响水平不易保证等缺点，而且严重制约产品的生产、制造效率。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种焊缝背面免气体保护用焊接保护剂及制备方法，解决了现有技术中不锈钢焊接时，高温环境下容易受到空气的氧化而产生气孔、氧化夹渣等焊接缺陷。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种焊缝背面免气体保护用焊接保护剂，包括主料和粘结剂，所述主料包括以下重量百分比组成：硅酸钙粉30-40％，二氧化硅粉22-29％、碳酸钙粉10-15％、氟化钙粉14-17％、二氧化钛粉5-8％，三氧化二铝粉2-5％，二氧化锰粉2-4％；
所述粘结剂的用量为主料总重量的14-16％，所述粘结剂的参数指标如下：na2o≥8.2％，sio2≥27.0％，s≤0.008％，p≤0.008％，模数：2.9，波美度：40-42°。
进一步的，所述主料包括以下重量百分比组成：硅酸钙粉34％，二氧化硅粉22％、碳酸钙粉15％、氟化钙粉17％、二氧化钛粉6％，三氧化二铝粉3％，二氧化锰粉3％；
所述粘结剂的用量为主料总重量的16％。
进一步的，所述保护剂为粉末状结构，且主料中各组分原料的颗粒不大于200目。
一种焊缝背面免气体保护用焊接保护剂的制备方法，包括以下步骤：
1)配料：按照主料的混合比分别配料；
2)干混：将主料各组分的物料混合；
3)湿混：按照主料总重量百分比的14-16％称取粘合剂，并混入主料的各组分物料中搅拌，搅拌的条件为40-60℃条件下搅拌20-30min；
4)造粒：将湿混后的混合物料置于造粒机中造粒；
5)烘干：将造粒后的物料在150℃～200℃的低温环境下烘干；
6)烧结：将烘干后的物料置于500℃～600℃的温度环境下高温烧结，获得成型的保护剂；
7)破碎、筛分：采用雷蒙磨进行破碎筛分处理，获得保护剂粉末成品。
进一步的，所述步骤5)的烘干时间不少于30min；步骤6)的烧结时间不少于30min。
进一步的，所述步骤7)中筛分过100目。
一种焊缝背面免气体保护用焊接保护剂的使用方法，所述保护剂按照5:1重量份配比与无水乙醇混合，并调成浆糊状，随后用毛刷涂覆于不锈钢钢板焊缝背面坡口两侧。
进一步的，所述保护剂涂覆时的厚度为1cm，宽度为1cm，涂覆完成后并静置5-10min进行风干。
保护剂的原料中氟化钙高温环境下分解可以起到脱氢的作用，降低焊缝中的扩散氢含量，从而降低焊缝开裂倾向。
采用的碳酸钙是因为焊接过程中在高温环境下分解，产生钙的氧化物以及二氧化碳，能浮到焊缝表面但不会在焊缝金属中富集，从而保证焊缝区域的金属纯度。
二氧化硅的作用是调节保护焊剂的熔点，另外在焊接过程中使保护焊剂形成的熔渣快速凝固成形，同时在高温到低温的过程中二氧化硅会经历相变过程，并且在相变的同时还伴有体积变化，有利于渣壳剥离，净化焊缝所在位置。
加入三氧化二铝可以使焊缝背面焊道表面的鱼鳞波纹细小，同时三氧化二铝与氟化钙组合能够起到脱硫的作用。
本发明的有益效果：
1、本发明制备的焊接保护剂在不锈钢保护焊接中，可减少焊缝背面氧化、气孔、裂纹、夹渣等焊接缺陷，提高焊接接头力学性能，使用方便，同时节省大量保护气体的使用，节省成本，提高生产效率。
2、本发明提供的保护剂中加入硅酸钙、碳酸钙、氟化钙，在焊接过程中受热分解，在所覆盖的不锈钢焊接背面形成气囊，排出周边空气，使焊缝背面不易受到空气氧化污染，保证焊接时焊头的稳定性。
3、本发明提供的制备方法，可减少原料制备过程中的流失，使得原料的利用率得以提高，并且操作简单，降低了制备过程中的成本。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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作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：
本实施例提供一种焊缝背面免气体保护用焊接保护剂，包括主料和粘结剂，主料包括以下重量百分比组成：硅酸钙粉34％，二氧化硅粉22％、碳酸钙粉15％、氟化钙粉17％、二氧化钛粉6％，三氧化二铝粉3％，二氧化锰粉3％；
粘结剂的用量为主料总重量的16％。
采用的制备方法为：
1)配料：按照主料的混合比分别配料；
2)干混：将主料各组分的物料混合；
3)湿混：按照主料总重量百分比的14-16％称取粘合剂，并混入主料的各组分物料中进行搅拌，搅拌的条件为：40-60℃温度环境下搅拌20-30min，使各组分充分混匀；
4)造粒：将湿混后的混合物置于造粒机中造粒；
5)烘干：将造粒后的物料在150℃～200℃的低温环境下烘干，烘干时间不少于30min；
6)烧结：将烘干后的物料置于500℃～600℃的温度环境下高温烧结，烧结时间不少于30min，获得成型的保护剂；
7)破碎、筛分：采用雷蒙磨进行破碎筛分处理，筛分过100目获得保护剂粉末成品。
实施例2：
本实施例提供一种焊缝背面免气体保护用焊接保护剂，包括主料和粘结剂，主料包括以下重量百分比组成：将硅酸钙粉40％，二氧化硅粉24％、碳酸钙粉10％、氟化钙粉14％、二氧化钛粉5％，三氧化二铝粉5％，二氧化锰粉2％；主料中各组分原料的颗粒不大于200目；
粘结剂的用量为主料总重量的14％。
采用的制备方法与实施例1相同。
实施例3：
本实施例提供一种焊缝背面免气体保护用焊接保护剂，包括主料和粘结剂，主料包括以下重量百分比组成：将硅酸钙粉30％，二氧化硅粉29％、碳酸钙粉12％、氟化钙粉15％、二氧化钛粉8％，三氧化二铝粉2％，二氧化锰粉4％；主料中各组分原料的颗粒不大于200目；
粘结剂的用量为主料总重量的15％。
采用的制备方法与实施例1相同。
制备成型后，并采用如下的使用方法，将制备成型的保护剂粉末成品按照5:1重量份配比与无水乙醇混合，并调成浆糊状；随后用毛刷涂覆于不锈钢钢板焊缝背面坡口两侧，涂覆浆糊状保护剂的厚度为1cm，宽度为1cm，并静置5-10min；无水乙醇可实现保护剂粉末快速风干，提高焊接效率，如若用水代替，会使得保护剂粉末风干时容易产生气泡。随后采用手弧焊方式进行焊接，焊接的而电压调整为35v，焊接的电流为120a的压焊方式对两块厚度均为5mm的304不锈钢进行焊接。
相比较传统的焊缝工艺，本实施例1-3中焊缝背面的氧化面积明显减小，摈弃给两块不锈钢之间成型美观，物气孔和杂质在缝隙中粘结。
表1为保护剂的主料中原料的化学成分参数。
表1
其中纯钠水玻璃的模数：2.9，波美度：40-42°。
综上所述，本发明提供焊缝背面免气体保护用焊接保护剂及其制备方法中，通过原料中各组分的相互配合实现对不锈钢焊缝进行有效保护，可减少焊缝背面氧化、气孔、裂纹、夹渣等焊接缺陷，提高焊接接头力学性能，使用方便，可节省大量保护气体的使用，节省成本，提高生产效率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。