專(zhuān)利名稱(chēng)：埋弧焊采用的燒成型焊劑及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接船舶、海洋中的構(gòu)造物、貯槽、鋼鐵構(gòu)架、橋梁等鋼結(jié)構(gòu)物體時(shí)所采用的埋弧焊的燒成型焊劑，特別涉及耐吸濕性好的燒成型焊劑。
埋弧焊所用的焊劑是以二氧化硅(SiO2)為主體，再加入氧化錳(MnO、Mn3O4)、氧化鈣(CaO)、氧化鋁(Al2O3)及它們的其它氧化物、氟化物等為原料制成的。
根據(jù)其制造方法，埋弧焊所用的焊劑分為熔融型焊劑、混合型焊劑、燒成型焊劑。
熔融型焊劑是將原料在電氣爐等熔解爐中熔解，冷卻后再粉碎為適當(dāng)粒度的顆粒，形成焊劑的。因此必須要有大型設(shè)備，帶來(lái)了制造規(guī)模增加，制造成本上升的缺點(diǎn)。
混合型焊劑是用傳統(tǒng)機(jī)械混合粒子形狀和成分不同的原料制造而成的。該混合型焊劑必須要調(diào)整原料的粒度、體積密度，如果不進(jìn)行上述調(diào)整，在焊接處散布焊劑時(shí)會(huì)引起焊劑原料的偏析，焊接時(shí)生成的熔渣變得不均一，產(chǎn)生不能穩(wěn)定焊接的問(wèn)題。
另一方面，燒成型焊劑一般是在氧化物和氟化物等焊劑原料粉中添加作為粘合劑的硅酸鈉等，經(jīng)過(guò)混煉、造粒、干燥、燒成工藝制造而成。很少將粘合劑省去。
由于該燒成型焊劑可用比較簡(jiǎn)單的設(shè)備制造，因而很便宜，而且可以添加脫氧劑和合金元素，具有可調(diào)整焊接金屬的成分的優(yōu)點(diǎn)。
1)但是，與混合型焊劑一樣，原料使燒成型焊劑的品質(zhì)或焊接金屬的特性發(fā)生很大變化。例如，原料含結(jié)晶水等水分或原料的吸濕性對(duì)焊接金屬中含氫(擴(kuò)散氫)量影響很大。焊接金屬中的擴(kuò)散氫的含量成為焊接中產(chǎn)生氫致裂紋的原因。
因此，為了減少采用燒成型焊劑焊接的金屬中擴(kuò)散氫的含量，現(xiàn)對(duì)以往的各種方法進(jìn)行研究。
例如，特許公報(bào)昭51-16172號(hào)、特許公報(bào)昭52-25819號(hào)、特許公報(bào)昭56-8717號(hào)、特許公報(bào)昭56-53476號(hào)以及特許公報(bào)昭58-49356號(hào)中公開(kāi)了增加焊劑中的碳酸鹽的比例，用焊接時(shí)發(fā)生的CO2氣降低H2的分壓，從而防止氫向焊接金屬中擴(kuò)散的方法。
但是在上述方法中，碳酸鹽分解發(fā)生的CO2氣使得焊道表面粗糙，而且在高速焊接時(shí)會(huì)帶來(lái)操作性能惡化的問(wèn)題。
另外，例如，特許公報(bào)昭51-25809中提出，使用低吸濕性的硅酸鋰水溶液或者使用添加了硅酸鋰的水玻璃作為粘合劑，以降低粘合劑的吸濕性的方法。
但是由于硅酸鋰很貴，會(huì)導(dǎo)致焊劑的成本增加，因此目前不適用于通常的焊劑。
埋弧焊是在焊接部的表面預(yù)先散布焊劑，在其中送給裸露的焊絲，以進(jìn)行焊接的方法，它的特點(diǎn)是必須要有大量的焊劑。焊劑的一部分不變，可供回收再利用，另一部分燃燒殆盡，還有一部分用于與焊接金屬起化學(xué)反應(yīng)，形成熔渣。
以前，埋弧焊后產(chǎn)生的熔渣(以下稱(chēng)為埋弧焊熔渣，或僅稱(chēng)為熔渣)作為工業(yè)廢棄物廢棄了，但是其熔渣中還殘留有相當(dāng)多的焊劑成分，從資源的有效利用的觀點(diǎn)出發(fā)，最近開(kāi)始研究熔渣的再利用。
例如，公開(kāi)特許公報(bào)昭57-181796、公開(kāi)特許公報(bào)平7-227694中提出混合熔渣中未使用的焊劑等，進(jìn)行再利用的方法。
但是這些方法規(guī)定了混合型焊劑的混合比例、粒度，對(duì)燒成型焊劑沒(méi)有研究。
作為在燒成型焊劑的原料中利用熔渣的技術(shù)，公開(kāi)特許公報(bào)昭51-21537號(hào)中記載了，為減少焊接時(shí)的發(fā)生氣即CO氣的發(fā)生量，回收熔渣，經(jīng)過(guò)脫鐵粉碎、粒度調(diào)節(jié)、成分調(diào)整，制成埋弧焊所用的燒成型焊劑。
雖然上述公報(bào)中記載的技術(shù)減少了焊接時(shí)的發(fā)生氣即CO氣的發(fā)生量，但是，上述公報(bào)中沒(méi)有記載用埋弧焊熔渣制造燒成型焊劑所必須的各項(xiàng)具體條件，不一定能降低焊接金屬中擴(kuò)散氫的含量。
2)本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果反復(fù)再利用埋弧焊的熔渣，容易產(chǎn)生被稱(chēng)為麻點(diǎn)的焊接缺陷，利用埋弧焊熔渣的焊劑必須是具有優(yōu)秀的耐麻點(diǎn)性的焊劑。
3)而且，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，利用埋弧焊熔渣的焊劑，在焊接開(kāi)始部、臨時(shí)點(diǎn)焊部等焊接電弧不穩(wěn)定的地方，焊接金屬中的氮含量增高，焊接金屬中容易產(chǎn)生凹痕。
本發(fā)明的目的在于，解決上述1)～3)中現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，能降低氫在焊接金屬中的擴(kuò)散，提供一種耐吸濕性能優(yōu)越的埋弧焊所用的燒成型焊劑及其制造方法，而且本發(fā)明的目的還在于提供一種耐麻點(diǎn)性、耐凹痕性能也優(yōu)越的埋弧焊所用的燒成型焊劑及其制造方法。
本發(fā)明人以降低焊接金屬中的擴(kuò)散氫的含量為目的，一心研究焊劑原料粉含水或其吸濕性的問(wèn)題，結(jié)果想到可向焊劑原料粉中添加熔渣。熔渣是由玻璃質(zhì)均一組成的，而且含有作為焊劑可利用的成分，具有結(jié)晶水含量少的優(yōu)點(diǎn)。
通過(guò)研究向焊劑原料粉中添加熔渣的各種方法，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)如果適量地添加具有特定粒度和比表面積的熔渣粉，會(huì)形成耐吸濕性能優(yōu)越的燒成型焊劑，可以得到擴(kuò)散氫含量少的焊接金屬。
本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，為在焊接開(kāi)始部、臨時(shí)點(diǎn)焊部等焊接電弧不穩(wěn)定的地方盡少產(chǎn)生凹痕，使用含有5-10wt％鐵的含鐵焊劑原料作為焊劑原料的一部分是有效的。
這里的鐵成分是指所謂原料中含有的全部鐵(Total Fe,T.Fe)，是指根據(jù)JIS M8212的方法測(cè)定的全部鐵的含有率。
另外本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，如果反復(fù)再利用埋弧焊的熔渣，Li2O、Na2O和K2O容易殘留下來(lái)，這些物質(zhì)逐漸積累，容易產(chǎn)生麻點(diǎn)，因此本發(fā)明人想到應(yīng)控制這些物質(zhì)的積累。
本發(fā)明是鑒于上述發(fā)現(xiàn)構(gòu)成的。
即，1)本發(fā)明提供一種埋弧焊所用的燒成型焊劑，將焊劑原料粉與粘合劑混合，造粒、燒成的埋弧焊所用的燒成型焊劑中含有埋弧焊的熔渣，焊劑的比表面積在0.3m2/cm3或以下。
2)埋弧焊的熔渣最好占焊劑總量的10-90wt％，焊劑中的Li2O、Na2O和K2O的含量合計(jì)占3wt％或以下。
3)相對(duì)于焊劑的總量，本發(fā)明的上述焊劑中最好還含有10wt％或以上且小于30wt％的含鐵焊劑原料，該含鐵焊劑原料的含鐵總量為5-10wt％。另外，如上述相同，焊劑中Li2O、Na2O和K2O的含量最好合計(jì)在3wt％或以下。
本發(fā)明的埋弧焊所用的燒成型焊劑的組成，用重量％計(jì)，最好含有以下所述的至少一種或以上全部是SiO2:30-70％、氧化錳用MnO換算占5-30％、MgO:3-30％、Al2O3:2-20％、CaO:10％或以下、CaF2:15％或以下，或者還含有脫氧劑10％或以下作為熔渣生成劑。
4)本發(fā)明提供一種埋弧焊所用的燒成型焊劑的制造方法，其特征在于，焊劑原料粉與粘合劑混合后，造粒、燒成的埋弧焊所用的燒成型焊劑的制造方法中，作為上述焊劑原料粉的一部分，Li2O、Na2O和K2O的含量合計(jì)最好在5wt％或以下，將埋弧焊的熔渣粉碎，最好用機(jī)械粉碎，形成顆粒直徑在3009m或以下、比表面積為0.1-0.5m2/g的熔渣粉，相對(duì)于焊劑原料粉和粘合劑的總量，添加10-90wt％的熔渣，或者，再將含鐵成分的總量為5-10wt％的含鐵焊劑原料粉碎，最好用機(jī)械粉碎，形成顆粒直徑在300μm或以下的含鐵焊劑原料粉，作為上述焊劑原料粉的一部分，相對(duì)于焊劑原料粉和粘合劑的總量，燒成型焊劑中含有10wt％或以上但小于30wt％的所述含鐵焊劑原料粉。另外，本發(fā)明的上述燒成最好在650℃或以上的溫度下進(jìn)行。
與上述熔渣粉的成分相對(duì)應(yīng)，本發(fā)明的焊劑成分用重量％表示，最好包含1、至少下述一種或一種以上物質(zhì)作為熔渣生成劑的全部SiO2:30-70％、氧化錳換算成MnO占5-30％、MgO:3-30％、Al2O3:2-20％、CaO:10％或以下、CaF2:15％或以下；2、或者再加入脫氧劑10％或以下；3、Li2O、Na2O和K2O，它們的含量合計(jì)最好在3wt％或以下，由上述成分配成焊劑原料粉。
5)焊劑原料粉與粘合劑混合后，造粒、燒成的本發(fā)明的埋弧焊所用的燒成型焊劑的優(yōu)選制造方法中，作為上述焊劑原料粉的一部分，Li2O、Na2O和K2O的含量合計(jì)最好在5wt％或以下，將埋弧焊的熔渣粉碎，最好用機(jī)械粉碎，形成顆粒直徑在300μm或以下、比表面積為0.1-0.5m2/g的熔渣粉。
本發(fā)明將熔渣粉作為焊劑原料粉的一部分進(jìn)行添加。
添加的熔渣粉的量占焊劑原料粉和粘合劑總量的10-90wt％。通過(guò)添加10wt％或以上數(shù)量的熔渣粉，可顯著降低焊接金屬中的擴(kuò)散氫的含量，可得到極好的耐氫致裂紋性能。
另一方面，為了充分添加改善焊道外觀的脫氧劑或造粒時(shí)的粘合劑，熔渣粉的添加量最好在90wt％或以下。
從調(diào)整焊劑成分的觀點(diǎn)出發(fā)，熔渣粉的添加量最好在50wt％或以下。
添加的熔渣中的Li2O、Na2O和K2O的含量合計(jì)最好在5wt％或以下。如果Li2O、Na2O和K2O的含量合計(jì)超過(guò)5wt％，成品焊劑中的Li2O、Na2O和K2O的含量增多，焊接時(shí)產(chǎn)生的氣體從熔渣內(nèi)逸出的情況惡化，容易產(chǎn)生麻點(diǎn)。
本發(fā)明的向焊劑中添加的熔渣最好是將埋弧焊后產(chǎn)生的熔渣機(jī)械粉碎，形成顆粒直徑300μm或以下，換言之300μm或以下的顆粒大致占100％的比表面積為0.1-0.5m2/g的熔渣粉。
如果熔渣粉的顆粒直徑超過(guò)300μm，造粒性將惡化。因此，熔渣粉的顆粒直徑最好在300μm或以下。
而添加的熔渣粉的比表面積不超過(guò)0.1m2/g，會(huì)造成造粒性惡化，造粒時(shí)的粘合劑的添加量增加。如果粘合劑的量增加，燒成時(shí)焊劑中的水分就很難除去，焊接金屬中的擴(kuò)散氫的含量增高。
另一方面，如果熔渣粉的比表面積超過(guò)0.5m2/g，熔渣粉中包含的未熔融狀態(tài)的物質(zhì)的吸水量增加，焊接金屬中的擴(kuò)散氫的含量增大。因此，熔渣粉的比表面積最好處于0.1-0.5m2/g的范圍。再者，顆粒的比表面積采用根據(jù)氮吸附的BET法測(cè)定的值。
再者，未調(diào)整的熔渣粉中存在相當(dāng)數(shù)量的比表面積不超過(guò)0.1m2/g，顆粒直徑超過(guò)300μm的顆粒。
熔渣粉最好是由與要制成的焊劑成分相同或相近的焊劑生成的。但是如果用不同成分的焊劑生成的熔渣時(shí)，由于可以添加氧化物或氟化物等，調(diào)整焊劑的成分，也不會(huì)出現(xiàn)特別的問(wèn)題。
本發(fā)明在必要時(shí)可添加含鐵5-10wt％的含鐵焊劑原料粉，作為焊劑原料粉的一部分。該含鐵焊劑原料粉最好等于或大于焊劑原料粉和粘合劑的總量的10wt％且不超過(guò)30wt％。
如果使用添加了含鐵焊劑原料粉的焊劑作為焊劑原料粉，進(jìn)行焊接，能抑制凹痕的產(chǎn)生。
含鐵焊劑原料粉中含有的鐵成分在生成時(shí)被氧化，形成鐵的氧化物，包含在成品焊劑中。焊接時(shí)，該焊劑中的鐵的氧化物與焊絲和鋼板中的碳反應(yīng)，產(chǎn)生CO、CO2氣體。一旦該CO、CO2氣體的發(fā)生量增加，電弧氣穴中的氮的分壓降低，結(jié)果，焊接金屬中的氮的含量減少。焊接金屬中的含氮量降低，就可抑制凹痕的產(chǎn)生。
適合本發(fā)明的含鐵焊劑原料如鎳熔渣、錳熔渣、鈦熔渣，礦石類(lèi)如橄欖砂(包含蛇紋巖)、和一部分錳的氧化物的礦石。
另外，即使是其它的錳熔渣、高爐熔渣等的熔渣類(lèi)，或鋯砂、硅砂、鎂氧熔渣等的礦石類(lèi)，如果因生成工藝和產(chǎn)地等的影響而含有適量(5-10wt％)鐵的話(huà)，仍然可以用作含鐵焊劑原料。更廣泛地說(shuō)，只要是熔渣生成劑，且含有一定量的鐵，那么含鐵焊劑原料就不限于上述物質(zhì)。
將這些含鐵焊劑原料粉碎，最好用機(jī)械粉碎，形成顆粒直徑300μm或以下的含鐵焊劑原料粉。另外必要時(shí)，也可以進(jìn)行燒成，除去水分等的前處理。
含鐵焊劑原料中所含的鐵不超過(guò)5wt％，焊劑時(shí)產(chǎn)生的CO、CO2氣體的量減少，不能得到降低焊接金屬中氮含量的效果。
另一方面，一旦含鐵焊劑原料中所含的鐵超過(guò)10wt％，雖然焊接金屬中的含氮量降低了，但熔渣的剝離性惡化，產(chǎn)生剝離不良的現(xiàn)象。因此，希望含鐵焊劑原料中的鐵在5-10wt％的范圍。
另外，如果添加含鐵焊劑原料粉，使其占焊劑原料粉和粘合劑總量的10wt％或以上，降低焊接金屬中的氮的含量的效果極好。
另一方面，如果添加30wt％或以上，焊劑時(shí)產(chǎn)生的CO、CO2氣體的產(chǎn)生量增加，容易產(chǎn)生麻點(diǎn)，因此，在必須要求極好的耐麻點(diǎn)性時(shí)，最好不足30wt％。
由此，含有5-10wt％鐵的含鐵焊劑原料粉的添加量最好在焊劑原料粉和粘合劑的總量的10wt％或以上，且不到30wt％的范圍。
含鐵焊劑原料通常呈被水粉碎或機(jī)械粉碎的塊狀或粉狀，本發(fā)明中最好再用機(jī)械將塊狀或粉狀的含鐵焊劑原料粉碎，形成顆粒直徑在300μm或以下，換言之，300μm或以下的顆粒大致占100％的含鐵焊劑原料粉。如果含鐵焊劑原料粉的顆粒直徑超過(guò)300μm，造粒性將會(huì)惡化。因此，希望含鐵焊劑原料粉的顆粒直徑在300μm或以下。
對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中作為焊劑原料粉的一部分添加的熔渣粉或作為焊劑原料粉的一部分再添加的含鐵焊劑原料粉的成分，焊劑原料粉中，焊劑最好包含下述至少一種或一種以上的熔渣生成劑。用重量％(wt％)表示。
SiO2:30-70％SiO2是作為造渣劑添加的，用于保持良好的焊道外觀。不足30％其效果不夠。特別是在高速角焊時(shí)焊道端部處的結(jié)合很重要，此時(shí)SiO2不足30％，就不能保持良好的焊道。另一方面，如果超過(guò)70％，含量大，粘性過(guò)高，反而容易使焊道外觀變亂，產(chǎn)生熔渣的剝離性惡化等問(wèn)題。因此，SiO2的添加量最好在30-70％的范圍。
氧化錳(用MnO的量換算)5-30％添加氧化錳是為了即使在焊接速度高時(shí)，也能使焊道的端部理想的結(jié)合。特別是使用角焊用焊劑時(shí)變得很重要。用MnO換算，如果不足5％，其效果看不出來(lái)，如果超過(guò)30％，則熔融池中的CO反應(yīng)加劇，焊道外觀變差。因此，氧化錳的添加量用MnO的量來(lái)?yè)Q算，最好在5-30％的范圍。
MgO:3-30％MgO調(diào)節(jié)熔渣的熔點(diǎn)及粘性，是確保優(yōu)良的熔渣剝離性的有效成分。不足3％，不能得到完全的效果，另一方面，如果超過(guò)30％，粘性過(guò)于低下，熔點(diǎn)過(guò)于上升，焊道外觀有惡化的傾向。因此，MgO最好在3-30％的范圍。
Al2O3:2-20％Al2O3是調(diào)整熔渣的粘性和熔點(diǎn)的重要成分，不足2％缺少上述效果，另一方面，如果超過(guò)20％，熔點(diǎn)上升過(guò)大，導(dǎo)致焊道的形狀?lèi)夯?，所以最好?-20％的范圍。
CaO:10％或以下CaO是影響熔渣的流動(dòng)性的成分，如果超過(guò)10％，會(huì)損害流動(dòng)性，導(dǎo)致焊道形狀?lèi)夯?，希望CaO在10％或以下。最好是0.1-5％。
CaF2:15％或以下CaF2是提高熔渣的流動(dòng)性的成分，如果超過(guò)15％，熔渣易于流動(dòng)。因此希望CaF2占15％或以下。最好是0.5％或以上。
此外，作為熔渣生成劑，必要時(shí)也可以添加下述一種或一種以上物質(zhì)TiO2:10％或以下、BaO:5％或以下、ZrO:5％或以下、B2O3:4％或以下、CaCO3:5％或以下。
TiO2在焊接中被還原，Ti進(jìn)入焊接金屬中，提高了焊接金屬的韌性。但是，如果超過(guò)10％，反而韌性會(huì)變劣。
添加BaO、ZrO是為了調(diào)整熔渣的堿度和熔點(diǎn)。但是添加時(shí)超過(guò)5％，會(huì)使焊道外觀和熔渣的剝離性都變劣。
通過(guò)焊接中的還原反應(yīng)，B2O3進(jìn)入焊接金屬中，有助于改善焊接金屬的韌性。但是，如果超過(guò)4％，會(huì)增加焊接金屬的凝固裂紋。
CaCO3在焊接時(shí)分解，產(chǎn)生CO2，氫的分壓下降，因此有效地降低了焊接金屬中的含氫量。但是如果超過(guò)5％，焊道外觀會(huì)變劣。
除上述物質(zhì)之外，最好再添加脫氧劑。
脫氧劑10％或以下配制脫氧劑，最好使得焊道表面的光澤或焊接金屬的韌性增高。作為脫氧劑可考慮Ti、Al、Si、Mn等或這些元素與鐵(Fe)元素的合金，其中Si、Mn或者硅鐵合金、錳鐵合金合適。只添加一種脫氧劑也可以，或者復(fù)合添加也可以。但是，超過(guò)10％，即使再添加，效果也已經(jīng)飽和了，脫氧劑最好添加10％或以下。最好是1％或以上。
按一定量配制的這些焊劑原料粉與粘合劑一起混煉，造粒后燒成。造粒法沒(méi)有特別的限制，最好用轉(zhuǎn)動(dòng)式造粒機(jī)、擠出式造粒機(jī)。造粒后，除去碎屑，進(jìn)行大顆粒的粉碎等的整粒處理，最好制成顆粒直徑在0.075-1.4mm范圍大小的顆粒。
聚乙烯醇等的水溶液、水玻璃適合用作粘合劑。尤其以往使用的SiO2和Na2O的摩爾比為1～5的硅酸鈉(水玻璃)就足夠了。使用量為每1kg焊劑原料粉80-150cc就可以。
燒成溫度最好在650℃或以上。如果燒成溫度低于650℃，由粘合劑帶入的水分干燥得不徹底，導(dǎo)致焊接金屬中的擴(kuò)散氫增加。通過(guò)提高燒成溫度，可減小燒成后焊劑的比表面積。為了使焊劑的比表面積在0.3m2/cm3或以下，燒成溫度最好在650℃或以上。
本發(fā)明的焊劑最好通過(guò)上述工藝制成，混合焊劑原料粉和粘合劑，燒成的燒成型焊劑中，作為焊劑原料粉的一部分，含有埋弧焊后生成的熔渣粉，或者還含有含鐵焊劑原料粉，比表面積在0.3m2/cm3或以下。
通過(guò)上述工藝，焊劑的比表面積在0.3m2/cm3以下，如果焊劑的比表面積超過(guò)0.3m2/cm3，焊接金屬中的擴(kuò)散氫的含量增大。因此，本發(fā)明的燒成型焊劑的比表面積的上限是0.3m2/cm3。與熔渣粉相同，比表面積使用BET法測(cè)定的值。
本發(fā)明的熔渣成分中，Li2O、Na2O和K2O的各自含量的總和最好限定在3wt％或以下。Li2O、Na2O和K2O的總量如果超過(guò)3wt％，焊接時(shí)產(chǎn)生的氣體從熔渣內(nèi)的逸出狀況將會(huì)惡化，容易產(chǎn)生麻點(diǎn)。Li2O、Na2O和K2O的總量在3wt％或以下時(shí)，熔渣的添加量最好限制在50wt％或以下。
利用熔渣的實(shí)施例(實(shí)施例1)用機(jī)械粉碎如表1所示成分的由埋弧焊所生成的焊接熔渣，形成顆粒直徑在300μm或以下，比表面積為0.21m2/g的熔渣粉。用表2所示的比例混合熔渣粉、其它焊劑原料粉和結(jié)合劑，經(jīng)過(guò)造粒形成12-100篩目的顆粒。經(jīng)過(guò)650℃×1小時(shí)燒成。還可用水玻璃作為結(jié)合劑。
關(guān)于這些燒成型焊劑，使用經(jīng)過(guò)在30℃、相對(duì)濕度80％的保護(hù)氣中24小時(shí)吸濕的焊劑，分別根據(jù)JIS Z 3118，測(cè)定焊接金屬中的擴(kuò)散氫的含量。反復(fù)進(jìn)行3次擴(kuò)散氫含量的試驗(yàn)，采用其平均值。其結(jié)果如表3所示。
根據(jù)表3，熔渣粉的配量在10wt％或以上的本發(fā)明的實(shí)施例(焊劑No.3-No.7)中，焊接金屬中的擴(kuò)散氫的含量減少。另一方面，熔渣粉的配量在本發(fā)明的范圍以外的比較例(焊劑No.1、No.2)中，擴(kuò)散氫的含量高。
使用的熔渣中的Li2O、Na2O和K2O的總量在5％或以下，得到的焊劑中的Li2O、Na2O和K2O的總量在焊劑No.1-No.4、No.19中占3％或以下，耐麻點(diǎn)性良好。另一方面，焊劑No.5、No.6、No.7中的Li2O、Na2O和K2O的總量分別為3.1％、3.3％、3.7％，用這些焊劑的焊道中產(chǎn)生了麻點(diǎn)。采用焊劑No.7的焊道中產(chǎn)生的麻點(diǎn)較多。
(實(shí)施例2)添加如表4所示成分的由埋弧焊產(chǎn)生的熔渣，作為焊劑原料粉的一部分。熔渣經(jīng)過(guò)機(jī)械粉碎，形成如表5所示的顆粒直徑、比表面積的熔渣粉。熔渣粉的添加量占焊劑原料粉和結(jié)合劑的總量的30wt％。含熔渣粉的焊劑原料粉再和結(jié)合劑(水玻璃)混煉，造粒形成8-200篩目的顆粒。隨后在850℃×15分鐘的條件下燒成，形成如表5所示的組成和比表面積的燒成型焊劑。
這些焊劑在1)30℃、相對(duì)濕度80％的保護(hù)氣中吸濕；2)不進(jìn)行吸濕這兩種條件下進(jìn)行處理，使用這些焊劑，根據(jù)JIS Z 3118，測(cè)定焊接金屬中的擴(kuò)散氫的含量。反復(fù)試驗(yàn)3次，用它們的平均值表示擴(kuò)散氫的含量。采用這些焊劑和2％的Mn金屬焊絲(4.8mmφ)，在焊接電流為700A，焊接電壓為30V，焊接速度為40cm/min的焊接條件下，對(duì)相當(dāng)于SM490的鋼板進(jìn)行水平角焊(下向きすみ肉溶接)，檢查焊道外觀。其結(jié)果如表5所示。
根據(jù)表5，本發(fā)明的實(shí)施例(焊劑No.8-No.10)的擴(kuò)散氫含量低，焊道外觀良好。但是，熔渣粉的比表面積大的本發(fā)明的實(shí)施例(焊劑No.11)的焊道外觀雖然良好，但產(chǎn)生的擴(kuò)散氫的含量增加，耐吸濕性稍微變差。焊劑No.11在使用吸濕后的焊劑時(shí)，焊道中產(chǎn)生凹痕。
熔渣粉的顆粒形狀大，焊劑的比表面積在本發(fā)明的范圍之外的比較例(焊劑No.12)的造粒性惡化，產(chǎn)生粉化，焊道外觀不好，不能用于擴(kuò)散氫含量的測(cè)定。
再者，使用的熔渣中的Li2O、Na2O和K2O的總量在5％或以下，得到的焊劑No.8-No.11中的Li2O、Na2O和K2O的總量在3％或以下，其耐麻點(diǎn)性良好。
(實(shí)施例3)添加通過(guò)機(jī)械粉碎調(diào)整為表6所示的顆粒形狀的熔渣粉，作為焊劑原料粉的一部分，與其它焊劑原料粉、結(jié)合劑一起混煉、造粒后，在550-850℃的溫度下燒成。熔渣粉的添加量占焊劑原料粉和結(jié)合劑的總量的30wt％。燒成時(shí)間規(guī)定為5分鐘。
燒成后的焊劑的組成和焊劑的比表面積如表6所示。與實(shí)施例1和實(shí)施例2同樣地對(duì)這些焊劑進(jìn)行焊接金屬中的擴(kuò)散氫的測(cè)定，其結(jié)果如表6所示。
根據(jù)表6，焊劑的比表面積在0.3m2/cm3或以下的本發(fā)明的實(shí)施例(焊劑No.14-No.16)中的擴(kuò)散氫的含量都控制在較低的水平。隨著燒成溫度的上升，燒成型焊劑的比表面積減小，擴(kuò)散氫的含量減少。由于焊劑的比表面積降低，水分的吸收也減少了。
由于燒成溫度增加，燒成型焊劑的比表面積減小，可以認(rèn)為，這是由于結(jié)合劑的熔融量增加，或粘性下降，因此焊劑顆粒表面易于形成均一的膜所致。
使用的熔渣中的Li2O、Na2O和K2O的總量在5％或以下，得到的焊劑中的Li2O、Na2O和K2O的總量都在3％或以下，其耐麻點(diǎn)性良好。
(實(shí)施例4)通過(guò)機(jī)械粉碎，將顆粒直徑調(diào)整為300μm或以下，比表面積調(diào)整為0.13m2/g后，通過(guò)磁選，配制如表7所示組成的熔渣粉，使其作為焊劑原料粉的一部分，占焊劑原料粉和結(jié)合劑總量的50wt％，與其它焊劑原料粉和結(jié)合劑一起混煉，經(jīng)過(guò)造粒形成12-60篩目的顆粒后，經(jīng)過(guò)750℃×30分鐘燒成，形成表8所示組成和比表面積的燒成型焊劑?？捎肗a2O和K2O的含有量不同的水玻璃作為結(jié)合劑。
關(guān)于這些焊劑，與實(shí)施例1和實(shí)施例2同樣地對(duì)焊接金屬中的擴(kuò)散氫進(jìn)行測(cè)定，采用這些焊劑和2％的Mn焊絲(4.8mmφ)，在焊接電流為700A，焊接電壓為30V，焊接速度為40cm/min的焊接條件下，對(duì)相當(dāng)于SM490的鋼板進(jìn)行水平角焊，檢查焊道外觀。其結(jié)果如表8所示。
根據(jù)表8，焊劑中的Na2O和K2O的總量在3％或以下的本發(fā)明的實(shí)施例(焊劑No.17)的擴(kuò)散氫的含量低，且焊道外觀良好。
另一方面，使用有意識(shí)地增加Na2O和K2O的含量的結(jié)合劑，在Na2O和K2O的總量超過(guò)3％的比較例(焊劑No.18)中擴(kuò)散氫的含量低，但焊道表面產(chǎn)生了麻點(diǎn)，焊道外觀變劣。
利用熔渣和含鐵焊劑原料粉的實(shí)施例(實(shí)施例5)用機(jī)械粉碎如表9所示成分的由埋弧焊所生成的焊接熔渣，形成顆粒直徑在300μm或以下，比表面積為0.21m2/g的熔渣粉。通過(guò)機(jī)械粉碎，將含有9％鐵的蛇紋巖形成粒徑300μm或以下的顆粒，在1000℃下燒成，形成含鐵焊劑原料粉。
用表10所示的比例混合熔渣粉、含鐵焊劑原料粉、其它焊劑原料粉和結(jié)合劑，經(jīng)過(guò)造粒形成12-100篩目的顆粒。再經(jīng)過(guò)650℃×1小時(shí)燒成。用水玻璃作為結(jié)合劑。表10中蛇紋巖以外的焊劑原料粉的含鐵量不超過(guò)5％。
關(guān)于這些燒成型焊劑，使用經(jīng)過(guò)在30℃、相對(duì)濕度80％的保護(hù)氣中24小時(shí)吸濕的焊劑，分別根據(jù)JIS Z 3118，測(cè)定焊接金屬中的擴(kuò)散氫的含量。反復(fù)進(jìn)行3次擴(kuò)散氫含量的試驗(yàn)，采用其平均值。
使用這些焊劑和2％的Mn焊絲(4.8mmφ)，在焊接電流為700A，焊接電壓為30V，焊接速度為40cm/min的焊接條件下，對(duì)相當(dāng)于SM490的鋼板進(jìn)行水平角焊，檢查其焊道外觀。其結(jié)果如表11所示。
根據(jù)表11，熔渣粉的配量在10wt％或以上的本發(fā)明的實(shí)施例(焊劑No.2-No.7)中，焊接金屬中的擴(kuò)散氫的含量減少。另一方面，熔渣粉的配量在本發(fā)明的范圍以外的比較例(焊劑No.1)中，擴(kuò)散氫的含量高。
使用的熔渣中的Li2O、Na2O和K2O的總量在5％或以下，得到的焊劑中的Li2O、Na2O和K2O的總量在焊劑No.1-No.3、No.7中占3％或以下，不產(chǎn)生麻點(diǎn)和凹痕，焊道外觀良好。
另一方面，焊劑No.4、No.5、No.6中的Li2O、Na2O和K2O的總量分別為3.1％、3.7％、4.1％，用這些焊劑的焊道中未產(chǎn)生凹痕，但產(chǎn)生了麻點(diǎn)。采用焊劑No.6的焊道中產(chǎn)生的麻點(diǎn)較多。
(實(shí)施例6)通過(guò)機(jī)械粉碎，將顆粒直徑調(diào)整為300μm或以下，比表面積調(diào)整為0.13m2/g后，將通過(guò)磁選的如表12所示組成的熔渣粉，通過(guò)機(jī)械粉碎形成粒徑在300μm或以下的如表13所示組成的鎳熔渣作為含鐵焊劑原料粉，用表14所示的比例混合該熔渣粉和含鐵焊劑原料粉，與其它焊劑原料粉、結(jié)合劑一起混煉，經(jīng)過(guò)造粒形成12-100篩目的顆粒后，經(jīng)過(guò)900℃×1小時(shí)燒成，得到燒成型焊劑。鎳熔渣以外的焊劑原料粉的含鐵量不超過(guò)5wt％。
作為原料的熔渣和得到的焊劑中的Li2O、Na2O和K2O的含有量都在3wt％或以下。
采用這些焊劑和表15所示的焊絲，在焊接電流為700A，焊接電壓為30V，焊接速度為40cm/min的焊接條件下，對(duì)相當(dāng)于SM490的鋼板進(jìn)行水平角焊，檢查當(dāng)時(shí)的焊接作業(yè)性和焊接金屬的含氮量。與實(shí)施例5同樣地測(cè)定擴(kuò)散氫的含量。其結(jié)果如表16所示。
添加了熔渣和作為含鐵焊劑原料粉理想范圍含有量的鎳熔渣的焊劑，其擴(kuò)散氫的含量低，焊接金屬中的含氮量少，不產(chǎn)生凹痕，焊道外觀良好。
但是，不含鎳熔渣的比較例(焊劑No.8)中，焊接電弧不穩(wěn)定的焊接開(kāi)始部產(chǎn)生凹痕。鎳熔渣的含有量超過(guò)理想的范圍(焊劑No.11)時(shí)，不產(chǎn)生凹痕，但焊道表面會(huì)產(chǎn)生麻點(diǎn)，焊道外觀惡化。
(實(shí)施例7)添加如表17所示組成的埋弧焊產(chǎn)生的熔渣和含鐵焊劑原料粉即橄欖砂，作為焊劑原料粉的一部分。熔渣經(jīng)過(guò)機(jī)械粉碎，形成如表18所示的顆粒直徑和比表面積的熔渣粉。橄欖砂采用經(jīng)過(guò)機(jī)械粉碎形成粒徑300μm或以下，在1000℃下的燒成物。熔渣粉和橄欖砂粉的添加量分別占焊劑原料粉和結(jié)合劑總量的30wt％和25wt％。含有熔渣粉和橄欖砂粉的焊劑原料粉再和結(jié)合劑(水玻璃)混煉，造粒形成8-200篩目的顆粒。
接著，在850℃×15分鐘的條件下燒成，形成如表18所示組成和比表面積的燒成型焊劑。表18中的橄欖砂以外的焊劑原料粉的含鐵量不超過(guò)5wt％。
這些焊劑在1)30℃、相對(duì)濕度80％的保護(hù)氣中吸濕；2)不進(jìn)行吸濕這兩種條件下進(jìn)行處理，使用這些焊劑，根據(jù)JIS Z 3118，測(cè)定焊接金屬中的擴(kuò)散氫的含量。反復(fù)試驗(yàn)3次，用它們的平均值表示擴(kuò)散氫的含量。
采用這些焊劑和2％的Mn焊絲(4.8mmφ)，在焊接電流為700A，焊接電壓為30V，焊接速度為40mm/min的焊接條件下，對(duì)相當(dāng)于SM490的鋼板進(jìn)行水平角焊，檢查焊道外觀。其結(jié)果如表18所示。
根據(jù)表18，本發(fā)明的實(shí)施例(焊劑No.12-No.14)的擴(kuò)散氫含量低，焊道外觀良好。但是，熔渣粉的比表面積大的本發(fā)明的實(shí)施例(焊劑No.15)的焊道外觀雖然良好，但產(chǎn)生的擴(kuò)散氫的含量增加，耐吸濕性稍微變差。
熔渣粉的顆粒形狀大，焊劑的比表面積在本發(fā)明的范圍之外的比較例(焊劑No.16)的造粒性惡化，產(chǎn)生粉化，焊道外觀不好，不能用于擴(kuò)散氫含量的測(cè)定。
使用的熔渣中的Li2O、Na2O和K2O的總量在5％或以下，得到的焊劑No.12-No.15中的Li2O、Na2O和K2O的總量在3％或以下，其耐麻點(diǎn)性良好。
(實(shí)施例8)添加經(jīng)過(guò)機(jī)械粉碎調(diào)整為如表19所示的顆粒形狀的熔渣粉和含有5wt％的含鐵焊劑原料粉即鈦熔渣，作為焊劑原料粉的一部分，與其它焊劑原料粉、結(jié)合劑一起混煉、造粒之后，在550-850℃的溫度下燒成。
熔渣粉和鈦熔渣的添加量分別占焊劑原料粉和結(jié)合劑的總量的40wt％和10wt％。燒成時(shí)間規(guī)定為5分鐘。
燒成后的焊劑組成和焊劑的比表面積如表19所示。關(guān)于這些焊劑，與實(shí)施例5、實(shí)施例6同樣地對(duì)焊接金屬中的擴(kuò)散氫進(jìn)行測(cè)定。采用這些焊劑和2％的Mn金屬線(xiàn)焊絲(4.8mmφ)，在焊接電流為700A，焊接電壓為30V，焊接速度為40cm/min的焊接條件下，對(duì)相當(dāng)于SM490的鋼板進(jìn)行水平角焊，檢查焊道外觀。其結(jié)果如表19所示。
根據(jù)表19，焊劑的比表面積在0.3m2/cm3或以下的本發(fā)明的實(shí)施例(焊劑No.18-No.20)中的擴(kuò)散氫含量都控制在較低的水平。隨著燒成溫度的上升，燒成型焊劑的比表面積減小，擴(kuò)散氫的含量減少?？梢哉J(rèn)為是由于焊劑的比表面積降低，水分的吸收也減少所致。
本發(fā)明的實(shí)施例(焊劑No.18-No.20)的焊道外觀都良好。
由于燒成溫度上升，燒成型焊劑的比表面積減小，這可認(rèn)為是由于結(jié)合劑的熔融量增加，或粘性下降，因此焊劑顆粒表面易于形成均一的膜所致。
使用的熔渣中的Li2O、Na2O和K2O的總量在5％或以下，得到的焊劑中的Li2O、Na2O和K2O的總量都在3％或以下，其耐麻點(diǎn)性良好。
(實(shí)施例9)通過(guò)機(jī)械粉碎，將顆粒直徑調(diào)整為300μm或以下，比表面積調(diào)整為0.13m2/g后，將通過(guò)磁選得到的如表20所示組成的熔渣粉和顆粒直徑為300μm或以下的如表20所示的Mn3O4粉，作為焊劑原料粉的一部分，它們分別占焊劑原料粉和結(jié)合劑總量的20wt％和25wt％，將它與其它焊劑原料粉和結(jié)合劑一起混煉，經(jīng)過(guò)造粒形成12-60篩目的顆粒后，經(jīng)過(guò)750℃×30分鐘燒成，形成表21所示組成和比表面積的燒成型焊劑。在表21中，Mn3O4以外的原料中的含鐵量不超過(guò)5wt％?？捎肗a2O和K2O的含有量不同的水玻璃作為結(jié)合劑。
關(guān)于這些焊劑，與實(shí)施例5和實(shí)施例6同樣地對(duì)焊接金屬中的擴(kuò)散氫進(jìn)行測(cè)定，采用這些焊劑和2％的Mn焊絲(4.8mmφ)，在焊接電流為700A，焊接電壓為30V，焊接速度為40cm/min的焊接條件下，對(duì)相當(dāng)于SM490的鋼板進(jìn)行水平角焊，檢查焊道外觀。其結(jié)果如表21所示。
根據(jù)表21，焊劑中的Na2O和K2O的總量在3％或以下的本發(fā)明的實(shí)施例(焊劑No.21)的擴(kuò)散氫的含量低，且焊道外觀良好。
另一方面，使用有意識(shí)地增加Na2O和K2O的含量的結(jié)合劑，在Na2O和K2O的總量超過(guò)3％的比較例(焊劑No.22)中擴(kuò)散氫的含量低，但焊道表面產(chǎn)生了麻點(diǎn)，焊道外觀變劣。在使用原料中的含鐵量超過(guò)10wt％的焊劑原料粉的比較例(焊劑No.23、No.24)中擴(kuò)散氫的含量低，但焊道表面產(chǎn)生了麻點(diǎn)，產(chǎn)生熔渣不易剝離的現(xiàn)象。
使用本發(fā)明，可得到耐吸濕性?xún)?yōu)良的燒成型焊劑，用這種焊劑焊接，可得到擴(kuò)散氫含量少的焊接金屬，可實(shí)現(xiàn)顯著降低焊接處氫致裂紋出現(xiàn)的危險(xiǎn)性的顯著效果。
使用本發(fā)明，即使反復(fù)再利用熔渣，也可防止產(chǎn)生麻點(diǎn)。
使用本發(fā)明，焊接時(shí)可適量產(chǎn)生CO、CO2氣體，減少焊接金屬中的含氮量，可防止產(chǎn)生凹痕。
(wt％) <
<p>[表3] (wt％)
<p>[表5]
<p>[表7](wt％) <
p><p>[表9](wt％
<p>表10]
*吸濕處理后[表12](wt％) (wt％)
<p>[表14]
<p>[表15](wt％) <
>*焊接開(kāi)始部**焊道末端殘存有熔渣(wt％)
*吸濕處理后(wt％)
<p>[表21]<
焊道端部殘存有熔渣**吸濕處理后
權(quán)利要求
1.埋弧焊用燒成型焊劑，作為焊劑原料，含有埋弧焊渣，該焊劑的比表面積是0.3m2/cm2或以下。
2.權(quán)利要求1記載的埋弧焊用燒成型焊劑，其中，作為焊劑原料，含有10～90重量％的埋弧焊渣。
3.權(quán)利要求2記載的埋弧焊用燒成型焊劑，其中，作為焊劑原料，含有粒徑300μm或以下、比表面積0.1～0.5m2/g的埋弧焊渣粉。
4.權(quán)利要求2或3記載的埋弧焊用燒成型焊劑，其中Li2O、Na2O和K2O的合計(jì)含量是3重量％或以下。
5.埋弧焊用燒成型焊劑，作為焊劑原料，含有埋弧焊渣粉和具有5～10重量％鐵分的含鐵焊劑原料粉，該焊劑的比表面積是0.3m2/cm3或以下。
6.權(quán)利要求5記載的埋弧焊用燒成型焊劑，其中，作為焊劑原料，含有10～90％重量％的埋弧焊渣粉。
7.權(quán)利要求6記載的埋弧焊用燒成型焊劑，其中，作為焊劑原料，含有10～30重量％的具有5～10重量％鐵的含鐵焊劑原料粉。
8.權(quán)利要求5記載的埋弧焊用燒成型焊劑，其中，含有10～30重量％的粒徑300μm或以下、比表面積0.1～0.5m2/g的埋弧焊渣粉，進(jìn)而含有10～30重量％的具有5～10重量％鐵的粒徑300μm或以下的含鐵焊劑原料粉，以它們作為焊劑原料。
9.權(quán)利要求6、7或8記載的埋弧焊用燒成型焊劑，其中，Li2O、Na2O和K2O的合計(jì)含量是3重量％或以下。
10.埋弧焊用燒成型焊劑的制造方法，在焊劑原料粉和結(jié)合劑進(jìn)行混合以后，進(jìn)行造粒、燒成的燒成型焊劑的制造方法中。將埋弧焊渣粉碎，形成粒徑300μm或以下、比表面積0.1～0.5m2/g的焊接渣粉，作為焊劑原料粉含有該焊接渣粉。
11.權(quán)利要求10記載的埋弧焊用燒成型焊劑的制造方法，在混合焊劑原料粉和結(jié)合劑后，進(jìn)行造粒、燒成的燒成型焊劑的制造方法中，作為焊劑原料，含有10～90重量％的埋弧焊渣粉。
12.權(quán)利要求11記載的埋弧焊用燒成型焊劑的制造方法，在混合焊劑原料粉和結(jié)合劑后，進(jìn)行造粒、燒成的燒成型焊劑的制造方法中，埋弧焊渣粉中的Li2O、Na2O和K2O的合計(jì)含量是5重量％或以下。
13.埋弧焊用燒成型焊劑的制造方法，在混合焊劑原料粉和結(jié)合劑后，進(jìn)行造粒、燒成的燒成型焊劑的制造方法中，作為焊劑原料，含有將埋弧焊渣粉碎，形成粒徑300μm或以下、比表面積0.1～0.5m2/g的焊接渣粉，進(jìn)而含有粒徑300μm或以下、具有5～10重量％鐵的含鐵焊劑原料粉。
14.權(quán)利要求13記載的埋弧焊用燒成型焊劑的制造方法，在混合焊劑原料粉和結(jié)合劑后，進(jìn)行造粒、燒成的燒成型焊劑的制造方法中，作為焊劑原料，含有10～90重量％的埋弧焊渣粉。
15.權(quán)利要求14記載的埋弧焊用燒成型焊劑的制造方法，在混合焊劑原料粉和結(jié)合劑后，進(jìn)行造粒、燒成的燒成型焊劑的制造方法中，作為焊劑原料，含有10～30重量％的具有5～10重量％鐵分的含鐵焊劑原料粉。
16.權(quán)利要求11或15記載的埋弧焊用燒成型焊劑的制造方法，在混合焊劑原料粉和結(jié)合劑后，進(jìn)行造粒、燒成的燒成型焊劑的制造方法中，在650℃或以上的溫度進(jìn)行燒成。
17.埋弧焊用燒成型焊劑，它是通過(guò)包括權(quán)利要求10～16中的任一項(xiàng)權(quán)利要求記載的制造方法的燒成型焊劑制造過(guò)程制造的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可得到耐吸濕性?xún)?yōu)良的燒成型焊劑,用這種焊劑焊接,可到擴(kuò)散氫含量少的焊接金屬,可實(shí)現(xiàn)顯著降低焊接處氫致裂出現(xiàn)的危險(xiǎn)性的顯著效果。使用該焊劑焊接,即使反復(fù)再利用熔渣,也可防止產(chǎn)生麻點(diǎn)。使用該焊劑焊接,焊接時(shí)可適量產(chǎn)生CO、CO
文檔編號(hào)B23K35/362GK1222426SQ98125059
公開(kāi)日1999年7月14日 申請(qǐng)日期1998年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月20日
發(fā)明者矢埜浩史, 阪口修一, 安田功一, 手塚伸夫, 西尾要 申請(qǐng)人:川崎制鐵株式會(huì)社