專利名稱：一種熱固化襯墊焊劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于埋弧自動(dòng)焊接用焊接材料領(lǐng)域，具體地說，涉及一種焊劑，更具體地說，涉及一種在埋弧自動(dòng)單面焊雙面成型過程中使用的背面焊道熱固化襯墊輔助成形燒結(jié)焊劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
埋弧自動(dòng)焊是一種高效焊接方法，廣泛用于平面鋼板的拼接加工制造。傳統(tǒng)的焊接工藝采用先正面施焊，然后將鋼板翻轉(zhuǎn)用碳弧氣刨清理焊縫根部，再進(jìn)行反面成形的焊接工藝，但這種焊接工藝存在效率低且耗費(fèi)大量工時(shí)的缺陷。隨著加工鋼板的大型化，其翻轉(zhuǎn)越來越受到廠房空間的限制，這使得雙面焊接成形方法難以實(shí)施。目前一種比較有效的改進(jìn)方法是采用單面焊接雙面成型，即在正面進(jìn)行焊接的同時(shí)背面也自動(dòng)形成具有一定余高、且表面較為光潔的圓弧形焊道。埋弧焊在一般情況下很難形成這樣形狀的背面焊道，必需采用一定的工藝措施進(jìn)行背面焊道輔助成形。目前關(guān)于單面焊接雙面成型方法，人們已采用了陶瓷襯墊二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊單面焊雙面成型法、銅襯墊法、焊劑墊法、焊劑銅襯墊法等。其中焊劑銅襯墊法能較好地滿足背面焊道與襯墊緊密貼合，又能有效地控制背面焊縫余高，且易于獲得均勻的背面焊道，因而是一種較好的方法，但相關(guān)焊接材料還需進(jìn)一步開發(fā)?！禦F法用熱固化襯墊焊劑的研制》(劉維平，何少卿，焊接技術(shù)，1997，第三期)公開報(bào)道了利用焊劑作襯墊的埋弧焊接用襯墊焊劑的研制，該報(bào)道給出的焊劑成分組成為:Si02+Ti02:15% 20%, CaO+MgO:15% 20%, Al2O3:5% 10%, CaF2:10% 15%, Fe:40%，其它:8% 10%。但是該報(bào)道并未公開焊劑的全部組成及制作過程，適用于焊劑墊法單面焊雙面成形工藝。該方法存在背面焊縫余高不易控制，也不適合在銅板表面鋪設(shè)焊劑進(jìn)行輔助背面焊縫成形焊接工藝。中國專利號ZL200910134768.7，
公開日2009年10月28日，公開了一份名稱為《單面潛弧焊用襯墊焊劑及使用它的單面潛弧焊方法》的專利文件，用于單面潛弧焊法的單面潛弧焊用襯墊焊劑作為襯墊與銅板一起使用，在銅板上以一定厚度散布的狀態(tài)與該銅板一起被按壓在被焊接鋼板的坡口背面，一邊從坡口表面?zhèn)刃纬杀趁婧傅酪贿呥M(jìn)行焊接，其粉化率為3·.0 10.0%。通過使用這樣的襯墊焊劑來確保襯墊焊劑與被焊接鋼板的坡口背面的良好的緊密性，能夠得到形狀、外觀穩(wěn)定，健全的背面焊道。但該專利只是理論上可以實(shí)現(xiàn)，缺乏有效的焊劑。

發(fā)明內(nèi)容
1、要解決的問題針對現(xiàn)有技術(shù)在平面鋼板的拼接加工制造中，埋弧焊的效率低，成本高，不易加工的問題，本發(fā)明提供了一種熱固化襯墊焊劑及其制備方法。該焊劑焊前均勻地鋪撒在銅板表面，然后與待焊接鋼板坡口部位緊密貼合，正面施焊時(shí)根部熔池在背面與焊劑發(fā)生部分冶金反應(yīng)的同時(shí)，焊劑受熱固化成為襯墊以輔助背面焊縫成形；焊劑以MgO、CaO、SiO2,TiO2, CaF2, Al2O3為基本造渣物質(zhì)，焊劑中還按比例加入熱塑性酚醛甲醛樹脂，使焊劑在200°C 300°C間便結(jié)成固體塊狀但又不致在焊縫中產(chǎn)生氣孔。2、技術(shù)方案為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:—種熱固化襯墊焊劑，其組成及質(zhì)量百分比為:氧化鋁18%、鎂砂22%、天然硅灰石5%、螢石9%、硅泥2%、鋯英砂3%、還原鐵粉30%、金紅石2%、錳鐵3%、硅鐵3%、鋁鐵3%。優(yōu)選地，所述的氧化鋁應(yīng)經(jīng)1450°C煅燒的工業(yè)級α型氧化鋁，粒度控制在80_200目。這樣可以充分保證去除其內(nèi)部結(jié)晶水。優(yōu)選地，所述的鎂砂為經(jīng)加熱熔化處理后的電熔鎂砂，其中Mg含量不低于90%，硫、磷含量的質(zhì)量百分比都小于0.04%，粒度為80-100目；所述的天然硅灰石中SiO2含量不低于42%、CaO含量不低于47%，硫、磷含量的質(zhì)量百分比都小于0.04%，粒度:80-100目。優(yōu)選地,所述的螢石滿足以下條件:CaF2的質(zhì)量百分比≤96% ;硫、磷含量的質(zhì)量百分比都小于0.03%，粒度:80-100目；所述的硅泥滿足以下條件:SiO2的質(zhì)量百分比≥90%，硫、磷的質(zhì)量百分比都小于0.03%，粒度:200-250目。優(yōu)選地,所述的錯(cuò)英砂滿足以下條件:Zr02的質(zhì)量百分比≤60%, SiO2的質(zhì)量百分比≤32%，S的質(zhì)量百分比≤0.03%, P的質(zhì)量百分比≤0.09%，粒度60-120目；所述的還原鐵粉滿足以下條件:Fe的質(zhì)量百分比≤98%，S的質(zhì)量百分比< 0.02%, P的質(zhì)量百分比(0.02%，氫損 < 0.5%，粒度:100-150 目。優(yōu)選地,所述的金紅石滿足以下條件=TiO2的質(zhì)量百分比≤95%,硫、磷的質(zhì)量百分比都小于0.04%，粒度=60-120目；所述的錳鐵滿足Mn≤75%，P≤0.33%，S≤0.03%，粒度=80-120目；硅鐵滿足S1:42%-47%，P≤0.04%, S≤0.02%，粒度:80-120目；鋁鐵滿足Al ≥ 50%, P ≤ 0.04%, S≤ 0.04%，粒度:80-100 目。一種熱固化襯墊焊劑的制備方法，其包括以下步驟:(I)配料:將滿足技術(shù)條件的原材料按配方組成配制成混合粉料；(2)用干式攪拌方式將步驟(I)中的混合粉料攪拌，混合均勻；然后再加入水玻璃進(jìn)行濕攪拌，水玻璃加入量為混合粉料質(zhì)量的15%-18% ；( 3 )篩網(wǎng)篩選或造粒機(jī)進(jìn)行造粒，烘干；(4)將熱塑性酚醛甲醛樹脂倒入無水丙酮中溶解，熱塑性酚醛甲醛樹脂在丙酮中的濃度為0.5克/毫升，再按3.75克/100毫升的配比加入六次甲基四胺，待完全溶解后按1000克烘干焊劑加入200毫升配制的溶液的比例倒入焊劑中并充分?jǐn)嚢杈鶆?，然后常溫下將丙酮蒸發(fā)去掉，再進(jìn)行密封包裝。優(yōu)選地，所述的步驟(2)中的水玻璃為鉀鈉比為1:1、模數(shù)M=3.1、波美濃度為41-43° Be'的水玻璃。優(yōu)選地，所述的步驟(3)中的篩網(wǎng)篩選是選用12目的篩網(wǎng)，造粒機(jī)進(jìn)行造粒，粒度控制在11目以下，步驟(3)的烘干為200°C父111的低溫烘干，然后再經(jīng)4501: X Ih的烘焙。優(yōu)選地，所述的步驟(4)中的烘干是在不超過60°C的溫度下將丙酮揮發(fā)去除。本發(fā)明提供的熱固化焊劑可滿足背面焊縫良好成形，為埋弧焊單面焊雙面成型提供必要的耗材保證。3、有益效果相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為:
(I)本發(fā)明焊劑以MgO、CaO、SiO2, TiO2, CaF2, Al2O3為基本造渣物質(zhì)，以及其它物
質(zhì)相配合制作，所焊接的焊縫成形良好；(2)本發(fā)明熱固化襯墊焊劑在焊接過程中熔池根部與焊劑發(fā)生少量的冶金反應(yīng)形成一層薄渣殼以保證背面焊縫表面的光潔度，焊縫表面的光潔度好，美觀，缺陷少；(3)本發(fā)明熱固化襯墊焊劑的制備方法中固化劑添加不含有水分，而是采用常溫下易于揮發(fā)的無水丙酮作溶劑，采用此方法添加于焊劑中，溶劑成分能較好地保證在不超過60°C的溫度下充分揮發(fā)掉，因而焊接時(shí)對焊接質(zhì)量一般不會造成影響；(4)焊劑中還采用特殊制作方式加入熱固化劑，使焊劑在200°C 300°C間便結(jié)成固體塊狀但又不致在焊縫中產(chǎn)生氣孔，所焊接的焊縫質(zhì)量高。
具體實(shí)施例方式以下通過實(shí)施例進(jìn)一 步說明本發(fā)明。實(shí)施例1采用本發(fā)明的方法，本實(shí)施例制備了 5公斤熱固化焊劑，該焊劑的組分及各組分的質(zhì)量百分比為:氧化鋁(經(jīng)1450°C煅燒的工業(yè)級α型氧化鋁，粒度:80-100目)18%、鎂砂(Mg含量為90%，經(jīng)電熔熔化處理，硫、磷含量的質(zhì)量百分比都小于0.04%，粒度為80-90目)22%、天然硅灰石(SiO2:42%, CaO:47%，硫、磷含量的質(zhì)量百分比都小于0.04%，粒度:80-90目)5%、螢石(CaF2:96%，硫、磷含量的質(zhì)量百分比都小于0.03%，粒度:80-90目)9%、硅泥(SiO2:98%，硫、磷含量的質(zhì)量百分比都小于0.03%，粒度:200-230目)2%、鋯英砂(ZrO2:60%，SiO2:32%，硫的質(zhì)量百分比小于0.03%，磷含量的質(zhì)量百分比小于0.09%，粒度:60-100目)3%、還原鐵粉(Fe:98%，硫、磷含量的質(zhì)量百分比都小于0.02%，氫損< 0.5，粒度=100-120目)30%、金紅石(TiO2:95%，硫、磷含量的質(zhì)量百分比都小于0.04%，粒度:60-100目)2%、錳鐵(Mn:75%,P ^ 0.33%，S 彡 0.03%，粒度:80-100 目)3%、硅鐵(S1:42%，P 彡 0.04%，S 彡 0.02%,粒度:80-100 目)3%、鋁鐵(Al:50%, P 彡 0.04%, S 彡 0.04%，粒度:80-100 目)3%。該熱固化襯墊焊劑按照如下方法制備:(I)配料:將滿足上述的原材料按配方配制成混合粉料。(2)混料后，先用干式攪拌方式將粉料混合均勻；然后再加入鉀鈉摩爾比為1:1、模數(shù)M=3.1、波美濃度在41-43° Be'之間對效果影響不明顯，本實(shí)施例優(yōu)選波美濃度在41° Be'的水玻璃進(jìn)行濕攪拌，水玻璃加入量為混合粉料質(zhì)量的15%;以保證粉料具有一定粘性，但又不致結(jié)塊為宜，注意水玻璃不得加入過量，否則結(jié)塊后難以造粒。(3)用12目的篩網(wǎng)進(jìn)行造粒，粒度控制在11目以下，造粒后經(jīng)200°C X Ih的低溫烘干，然后再經(jīng)450°C X Ih烘焙即得所需焊劑。(4)將熱塑性酚醛甲醛樹脂倒入無水丙酮中溶解，熱塑性酚醛甲醛樹脂的濃度為
0.5克/毫升，再按3.75克/100毫升的配比加入六次甲基四胺，待完全溶解后按每1000克烘干焊劑加入200毫升溶液的比例倒入焊劑中并充分?jǐn)嚢杈鶆颍缓笤?0°C溫度以下將丙酮揮發(fā)去掉，再進(jìn)行密封包裝，保存時(shí)防止受潮。采用上面制備的焊劑在船廠利用三絲埋弧焊機(jī)進(jìn)行焊接。焊接鋼板為30mm厚的D36船用鋼板，開56°的V型坡口，根部直邊深度為7mm。焊前將制得的熱固化焊劑均勻鋪撒在坡口底部的銅板表面，然后用壓縮空氣通入氣囊從銅板下部往上頂壓，使焊劑與待焊鋼板底部緊密接觸。采用表I所示化學(xué)成分的焊絲作填充材料。三根焊絲直徑分別為前絲
4.8mm、中絲4.8mm、后絲6.4mm,正面焊接用日本新日鐵提供的NSH-50大線能量焊接用燒結(jié)焊劑進(jìn)行焊接，焊接參數(shù)如表2所示。表I母材金屬化學(xué)成分(重量百分比％)
權(quán)利要求
1.一種熱固化襯墊焊劑，其組成及質(zhì)量百分比為:氧化鋁18%、鎂砂22%、天然硅灰石5%、螢石9%、硅泥2%、鋯英砂3%、還原鐵粉30%、金紅石2%、錳鐵3%、硅鐵3%、鋁鐵3%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱固化襯墊焊劑，其特征在于，所述的氧化鋁應(yīng)經(jīng)1450°C煅燒的工業(yè)級α型氧化鋁，粒度控制在80-200目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱固化襯墊焊劑，其特征在于，所述的鎂砂為經(jīng)加熱熔化處理后的電熔鎂砂，其中Mg含量不低于90%，硫、磷含量的質(zhì)量百分比都小于0.04%,粒度為80-100目；所述的天然硅灰石中SiO2含量不低于42%、CaO含量不低于47%，硫、磷含量的質(zhì)量百分比都小于0.04%，粒度:80-100目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱固化襯墊焊劑，其特征在于，所述的螢石滿足以下條件=CaF2的質(zhì)量百分比彡96% ;硫、磷含量的質(zhì)量百分比都小于0.03%，粒度:80-100目；所述的硅泥滿足以下條件=SiO2的質(zhì)量百分比彡90%，硫、磷的質(zhì)量百分比都小于0.03%，粒度=200-250 目。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱固化襯墊焊劑，其特征在于，所述的鋯英砂滿足以下條件=ZrO2的質(zhì)量百分比彡60%, SiO2的質(zhì)量百分比彡32%，S的質(zhì)量百分比彡0.03%, P的質(zhì)量百分比<0.09%，粒度60-120目；所述的還原鐵粉滿足以下條件:Fe的質(zhì)量百分比彡98%，S的質(zhì)量百分比彡0.02%,P的質(zhì)量百分比彡0.02%，氫損彡0.5%，粒度:100-150目。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的一種熱固化襯墊焊劑，其特征在于，所述的金紅石滿足以下條件=TiO2的質(zhì)量百分比彡95%，硫、磷的質(zhì)量百分比都小于0.04%，粒度:60-120目；所述的錳鐵滿足Mn彡75%，P彡0.33%，S彡0.03%,粒度:80-120目；硅鐵滿足 S1:42%-47%，P 彡 0.04%, S 彡 0.02%，粒度:80-120 目；鋁鐵滿足 Al 彡 50%, P 彡 0.04%,S 彡 0.04%，粒度:80-100 目。
7.一種熱固化襯墊焊劑的制備方法，其包括以下步驟: (1)配料:將滿足技術(shù)條件的原材料按配方組成配制成混合粉料； (2)用干式攪拌方式將步驟(I)中的混合粉料攪拌，混合均勻；然后再加入水玻璃進(jìn)行濕攪拌，水玻璃加入量為混合粉料質(zhì)量的15%-18% ； (3 )篩網(wǎng)篩選或造粒機(jī)進(jìn)行造粒，烘干； (4)將熱塑性酚醛甲醛樹脂倒入無水丙酮中溶解，熱塑性酚醛甲醛樹脂在丙酮中的濃度為0.5克/毫升，再按3.75克/100毫升的配比加入六次甲基四胺，待完全溶解后按1000克烘干焊劑加入200毫升配制的溶液的比例倒入焊劑中并充分?jǐn)嚢杈鶆颍缓蟪叵聦⒈舭l(fā)去掉，再進(jìn)行密封包裝。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種熱固化襯墊焊劑的制備方法，其特征在于，所述的步驟(2)中的水玻璃為鉀鈉比為1:1、模數(shù)M=3.1、波美濃度為41-43° Be'的水玻璃。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種熱固化襯墊焊劑的制備方法，其特征在于，所述的步驟 (3)中的篩網(wǎng)篩選是選用12目的篩網(wǎng)，造粒機(jī)進(jìn)行造粒，粒度控制在11目以下，步驟(3)的烘干為200°C X Ih的低溫烘干，然后再經(jīng)450°C X Ih的烘焙。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8或9所述的一種熱固化襯墊焊劑的制備方法，其特征在于，所述的步驟(4)中的烘干是在不超過60°C的溫度下將丙酮揮發(fā)去除。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱固化襯墊焊劑及其制備方法，屬于埋弧自動(dòng)焊接用焊接材料領(lǐng)域。其組成及質(zhì)量百分比為氧化鋁18%、鎂砂22%、天然硅灰石5%、螢石9%、硅泥2%、鋯英砂3%、還原鐵粉30%、金紅石2%、錳鐵3%、硅鐵3%、鋁鐵3%。焊劑在焊前均勻地鋪撒在銅板表面，正面施焊時(shí)根部熔池在背面與焊劑發(fā)生部分冶金反應(yīng)的同時(shí)，焊劑受熱固化成為襯墊以輔助背面焊縫成形；焊劑以MgO、CaO、SiO2、TiO2、CaF2、Al2O3為基本造渣物質(zhì)，焊接的焊縫質(zhì)量好。制備方法中采用特殊制作方式加入熱固化劑，使焊劑在200℃～300℃間便結(jié)成固體塊狀但又不致在焊縫中產(chǎn)生氣孔，所焊接的焊縫質(zhì)量高。
文檔編號B23K35/30GK103252597SQ20131022035
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月31日
發(fā)明者李曉泉, 閆業(yè)良 申請人:南京工程學(xué)院