多電極單面埋弧焊用粘結(jié)焊劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及造船等的大板連接中所用的多電極單面埋弧焊用粘結(jié)焊劑，特別涉及 適宜得到穩(wěn)定的焊珠形狀同時(shí)可形成機(jī)械性能優(yōu)異的焊接金屬的多電極單面埋弧焊用粘 結(jié)焊劑。
【背景技術(shù)】
[0002] 埋弧焊為下述方法：預(yù)先將粒狀的焊劑沿著焊接線散布，將電極線連續(xù)供給至其 中，使得該電極線的前端與母材之間發(fā)生電弧來(lái)連續(xù)進(jìn)行焊接。利用該埋弧焊方法，可高效 地得到穩(wěn)定的焊接作業(yè)性和焊接金屬的機(jī)械性能，因而被用于以造船、鋼結(jié)構(gòu)、道管、橋梁、 車輛等大型結(jié)構(gòu)物為代表的廣泛領(lǐng)域中。
[0003] 近年來(lái)，隨著能量產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行了鋼材的高強(qiáng)度化和高韌性化的研究；并且隨 著結(jié)構(gòu)物的大型化進(jìn)行了板厚的極厚化等的研究，高強(qiáng)度或極厚的鋼材的應(yīng)用比例逐年增 加。因此，對(duì)于埋弧焊而言，為了提高焊接施工中的生產(chǎn)率、確保安全性和耐久性，要求品質(zhì) 進(jìn)一步的提高，其中特別是對(duì)焊接的高效率化與焊接金屬的高韌性化的要求極大。
[0004] 特別是在造船領(lǐng)域中，大型的散貨船、油船、集裝箱運(yùn)輸船等的建造數(shù)量具有逐年 增加的傾向，在它們的建造中，為了提高生產(chǎn)率、確保安全性和耐久性，對(duì)于焊接的進(jìn)一步 高效率化和焊接部的進(jìn)一步高韌性化的期望極大。
[0005] 在該造船的建造工程中，作為主軸的大板連接多使用圖1所示的焊劑銅墊板單面 埋弧焊方法（下文中稱為FCuB法。）。在該FCuB法中，將背面焊劑2以約4_~7mm的程 度散布于背襯銅板1，將空氣注入到空氣軟管3中，將其抵接至與被焊接鋼板4的內(nèi)側(cè)接觸 的坡口（開先）背面4a。并且使用2~4根焊絲（^ 4 \ )5由表側(cè)散布表面焊劑6進(jìn)行 1層焊接，同時(shí)形成表面焊珠和背面焊珠。在該焊接方法中，由于在坡口背面4a附著有背面 焊劑2,因而墊板的接觸性（當(dāng)>9 )良好；并且由于可利用背焊劑2下的背襯銅板1抑制背 面焊珠的余高，因而即使在大電流的焊接條件下進(jìn)行施工，也可得到美麗且無(wú)焊接缺陷的 堅(jiān)實(shí)的背面焊珠。因此，F(xiàn)CuB法在薄板到厚板中被廣泛應(yīng)用。
[0006] 與被覆電弧焊或氣體保護(hù)電弧焊相比，埋弧焊的焊接輸入熱量高、母材稀釋率大， 因而焊接作業(yè)性或焊接金屬的性能基本上由焊劑與焊絲的成分組成來(lái)確定。在埋弧焊中， 特別是上述的單面埋弧焊方法具有焊接輸入熱量高、母材稀釋率大的特征。
[0007] 在該單面埋弧焊方法中，主要應(yīng)用作為燒結(jié)焊劑的粘結(jié)焊劑。粘結(jié)焊劑是在各種 原材料中添加水玻璃等進(jìn)行造粒、并在500°C左右進(jìn)行燒制而得到的，由于可自由調(diào)整焊接 金屬的化學(xué)成分、并且可添加鐵粉，因而具有焊接效率增高這樣的優(yōu)異特征。
[0008] 但是，在高速度的單面埋弧焊中，在表面焊珠的表面容易發(fā)生鐵粒突起，并且具有 熔渣（7 9夕'' )容易附著的傾向。特別是從焊絲電極數(shù)的方面考慮，與3電極相比，4電極 時(shí)具有顯著發(fā)生上述鐵粒突起的傾向，確認(rèn)到這依賴于焊接速度。即，若焊絲電極數(shù)增加， 則焊接速度可能會(huì)提高；因而，由于4電極時(shí)的速度變快，從而容易發(fā)生表面焊珠表面的鐵 粒突起以及熔渣附著。
[0009] 從這方面考慮，以往有人提出了可得到良好的焊接作業(yè)性和焊接金屬機(jī)械性能的 埋弧焊接用焊劑和單面焊接方法。
[0010] 例如，在專利文獻(xiàn)1中公開了關(guān)于利用4電極進(jìn)行的高速單面埋弧焊方法的基礎(chǔ) 技術(shù)。其中，為了在高速度的單面埋弧焊中得到堅(jiān)實(shí)無(wú)缺陷的焊接金屬，其針對(duì)焊絲徑、焊 接電流、焊接速度、電極間的距離、焊劑和焊絲成分進(jìn)行了限定從而來(lái)謀求改善。但是，盡管 該專利文獻(xiàn)1所述的技術(shù)能夠得到堅(jiān)實(shí)無(wú)缺陷的焊接金屬，但其無(wú)法改善表面焊珠表面的 鐵粒突起和熔渣附著，并且在焊劑中并未限定脫氧劑、合金劑的添加。因此，若為厚板的大 輸入熱焊接，則焊接金屬的拉伸強(qiáng)度降低，進(jìn)而韌性降低，因而存在著得不到穩(wěn)定的焊接作 業(yè)性與焊接金屬的良好機(jī)械性能的問(wèn)題。
[0011] 在專利文獻(xiàn)2中公開了使用3電極以上的電極的高速單面埋弧焊用焊劑和焊接方 法的相關(guān)技術(shù)。其限定了焊劑的成分，進(jìn)一步限定了焊劑的粒度構(gòu)成和堆積密度，從而實(shí)現(xiàn) 了堅(jiān)實(shí)的表面焊珠和背面焊珠的改善。但是，在粒度構(gòu)成中，由于粒徑超過(guò)840 μ m的顆粒 小于20重量％，因而焊劑整體的粒徑變細(xì)。由此，在焊接時(shí)的電弧狀態(tài)中，因致密散布的細(xì) 小焊劑的作用，電弧難以擴(kuò)展，焊珠形狀為凸?fàn)睿瑲怏w散逸變差，會(huì)發(fā)生凹坑和麻點(diǎn)等焊接 缺陷，因而存在著無(wú)法得到堅(jiān)實(shí)且穩(wěn)定的表面焊珠和背面焊珠的問(wèn)題。
[0012] 此外，在專利文獻(xiàn)3中公開了用于得到堅(jiān)實(shí)的背面焊珠的技術(shù)，其中使用3電極以 上的電極，對(duì)焊絲徑、焊接電流、電極間的距離、電極的焊矩角度進(jìn)行限定。專利文獻(xiàn)3所述 的技術(shù)技術(shù)在進(jìn)行高速單面埋弧焊時(shí)也能夠得到堅(jiān)實(shí)的背面焊珠，但其無(wú)法改善表面焊珠 表面的鐵粒突起和熔渣附著，未能得到堅(jiān)實(shí)的表面焊珠。
[0013] 在專利文獻(xiàn)4中公開了利用單電極進(jìn)行的單面埋弧焊方法所涉及的技術(shù)。利用本 方法，可通過(guò)焊接速度和焊接輸入熱的最佳化來(lái)得到表面焊珠和背面焊珠均堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)定的 焊珠形狀和外觀，但由于為單電極焊接，因而存在著焊接速度變慢、焊接效率降低、生產(chǎn)效 率顯著降低的問(wèn)題。
[0014] 在專利文獻(xiàn)5中公開了關(guān)于多電極高速單面埋弧焊用粘結(jié)焊劑的技術(shù)。該公開技 術(shù)謀求高速單面埋弧焊中的表面焊珠表面的鐵粒突起和咬邊的改善。在專利文獻(xiàn)5所述的 技術(shù)中限定了焊劑組成的成分，特別是使被認(rèn)為是鐵粒突起發(fā)生原因的鐵粉（Fe)為5%以 下，結(jié)果能夠減少鐵粒突起的發(fā)生。但是，在高速單面焊接中，焊劑中的Fe為用于得到穩(wěn)定 的背面焊珠形狀和熔透的必要成分，并且也是能夠期待提高熔敷效率的成分。因此，在如專 利文獻(xiàn)5所述技術(shù)那樣使其添加量為5%以下時(shí)，無(wú)法得到穩(wěn)定的背面焊珠形狀，并且熔敷 效率也降低，因而存在著焊接作業(yè)性和生產(chǎn)效率顯著變差的問(wèn)題。
[0015] 在專利文獻(xiàn)6還公開了與多電極高速單面埋弧焊用粘結(jié)焊劑相關(guān)的謀求表面焊 珠表面的鐵粒突起和焊接缺陷的改善的技術(shù)。在專利文獻(xiàn)6所述的技術(shù)中，與專利文獻(xiàn)5所 述的技術(shù)類似地限定了焊劑組成的成分，特別是使被認(rèn)為是鐵粒突起發(fā)生原因的鐵粉（Fe) 為5 %以下，進(jìn)一步使作為焊接對(duì)象的接頭板厚為16mm以下。但是，在該專利文獻(xiàn)6所公開 的技術(shù)中，即使如上述那樣使所應(yīng)用的接頭板厚為16mm以下，在焊劑中的Fe添加量為5% 以下時(shí)也無(wú)法得到穩(wěn)定的背面焊珠形狀，并且熔敷效率也降低，因而存在著焊接作業(yè)性和 生產(chǎn)效率顯著變差的問(wèn)題。
[0016] 此外，在本申請(qǐng)人的專利文獻(xiàn)7中提出了可改善表面焊珠表面的鐵粒突起和焊接 缺陷并得到機(jī)械性能優(yōu)異的焊接金屬的多電極高速單面埋弧焊用粘結(jié)焊劑所涉及的技術(shù)。 專利文獻(xiàn)7所述的技術(shù)通過(guò)限定焊劑組成的成分、進(jìn)而調(diào)整焊劑的粒度來(lái)謀求表面焊珠表 面的鐵粒突起改善，但僅通過(guò)焊劑組成成分的限定和焊劑粒度的調(diào)整無(wú)法完全抑制鐵粒突 起的發(fā)生，進(jìn)而在厚鋼板焊接的情況下，還具有焊珠形狀呈凸?fàn)畹膯?wèn)題。
[0017] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0018] 專利文獻(xiàn)
[0019] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開平5-337651號(hào)公報(bào)
[0020] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開平6-277878號(hào)公報(bào)
[0021] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開平8-99178號(hào)公報(bào)
[0022] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開2004-154841號(hào)公報(bào)
[0023] 專利文獻(xiàn)5 :日本特開2006-272348號(hào)公報(bào)
[0024] 專利文獻(xiàn)6 :日本特開2007-136516號(hào)公報(bào)
[0025] 專利文獻(xiàn)7 :日本特開2012-218053號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0026] 發(fā)明所要解決的課題
[0027] 因此，本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而提出的，其目的在于提供一種多電極單面埋弧焊 用粘結(jié)焊劑，利用該多電極單面埋弧焊用粘結(jié)焊劑，特別是在即使為厚鋼板的3電極以上 的多電極高速單面埋弧焊中，也能夠進(jìn)一步抑制表面焊珠表面發(fā)生鐵粒突起，可形成無(wú)焊 接缺陷的堅(jiān)實(shí)的焊接金屬，能夠得到表面焊珠和背面焊珠均穩(wěn)定的焊珠形狀和焊珠外觀， 進(jìn)一步可得到機(jī)械性能優(yōu)異的焊接金屬。
[0028] 解決課題的手段
[0029] 為了解決上述課題，本發(fā)明人對(duì)于粘結(jié)焊劑的化學(xué)組成和Fe成分所使用的鐵粉 原材料的粒度等進(jìn)行了研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)限定粘結(jié)焊劑的化學(xué)組成、進(jìn)一步限定Fe 成分所使用的鐵粉原材料的粒度，即使是在厚鋼板的3電極以上的多電極高速單面埋弧焊 中，也能夠進(jìn)一步抑制表面焊珠的表面發(fā)生鐵粒突起，可形成無(wú)焊接缺陷的的堅(jiān)實(shí)的焊接 金屬、得到表面焊珠和背面焊珠均穩(wěn)定的焊珠形狀和焊珠外觀，進(jìn)一步可得到機(jī)械性能優(yōu) 異的焊接金屬。
[0030] 即，本申請(qǐng)第1發(fā)明的多電極單面埋弧焊用粘結(jié)焊劑的特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，其 含有：SiO2 :5%~24%、Mg0 :12%~30%、Ca0 :3%~15%、A1203 :5