專利名稱：一種藥芯焊絲用穩(wěn)弧劑及其制造方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新材料領(lǐng)域，具體涉及一種藥芯焊絲專用穩(wěn)弧劑及其制造方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在焊條、藥芯焊絲等焊接材料中，為了提高焊接電弧的穩(wěn)定性，往往在藥皮或是藥芯中加入一定數(shù)量的穩(wěn)弧劑。穩(wěn)定的電弧可以顯著降低飛濺、細(xì)化熔滴、提高焊接效率。而焊接材料的穩(wěn)弧性取決于電弧的化學(xué)成分，電弧中含有易電離的元素即電離勢(shì)越小的元素及其化合物越多，電弧越穩(wěn)定。K、Na等堿金屬則屬于易電離元素。因此焊接材料中常用的穩(wěn)弧劑其主要成分為K、Na的化合物。目前，市場(chǎng)上有多種焊條用的穩(wěn)弧劑，大都性能優(yōu)良。但隨著藥芯焊絲在國(guó)內(nèi)的迅·猛發(fā)展，一種適合藥芯焊絲用的，性能優(yōu)良的穩(wěn)弧劑尚不多見。由于藥芯焊絲特有的制造工藝及使用特性，適合藥芯焊絲藥芯填充用的穩(wěn)弧劑必須滿足以下幾個(gè)要素
O良好的抗吸潮能力。由于穩(wěn)弧劑的主要成分是K、Na的化合物，因而不可避免會(huì)產(chǎn)生游離的K+、Na+，使穩(wěn)弧劑在存放和使用過(guò)程中極易吸潮。結(jié)合藥芯焊絲的制造過(guò)程而言，藥芯下粉和成品藥芯焊絲上的合縫都會(huì)導(dǎo)致藥芯粉料在空氣中不同程度地裸露，不可避免會(huì)受潮。而嚴(yán)重受潮后的穩(wěn)弧劑混入粉料，會(huì)增大粉料中的水分含量，導(dǎo)致藥芯焊絲焊接后的焊縫擴(kuò)散氫含量增高，出現(xiàn)各種焊接缺陷如氣孔、壓痕等，嚴(yán)重使還會(huì)出現(xiàn)焊接冷裂紋，極大影響焊接質(zhì)量。因此如何最大程度上地減少穩(wěn)弧劑中游離的K+、Na+含量，提高其抗吸潮能力，是制造一種性能優(yōu)良的穩(wěn)弧劑的關(guān)鍵。2)良好的顆粒度分散性和流動(dòng)性。藥芯焊絲多采用皮帶傳動(dòng)自動(dòng)下粉。藥芯粉料通過(guò)下粉管口，承載到皮帶上，皮帶連續(xù)傳動(dòng)，將粉料送入已軋制形成U型口的藥芯焊絲鋼帶外皮上端，粉料依靠重力作用落入鋼帶外皮的U型口內(nèi)，隨后經(jīng)過(guò)多道次的軋制變形，將口封住，藥芯便包裹在鋼帶外皮內(nèi)。因此，只有具有良好顆粒度分散性和流動(dòng)性的粉料才能保證在重力落入時(shí)連續(xù)、均勻，從而保證藥粉填充量的均勻一致，使藥芯焊絲達(dá)到良好的焊接性能。而焊接材料中常用的穩(wěn)弧物質(zhì)如長(zhǎng)石、云母等，大多顆粒細(xì)小，堆積密度小，流動(dòng)性差，單純混入粉料無(wú)法保證下粉均勻，從而影響填充量的均勻一致，破壞藥芯焊絲的焊接性能。因此將所須穩(wěn)弧物質(zhì)混合、熔煉、造粒，制成具有良好顆粒度分散性和流動(dòng)性的熔煉型鈦酸鉀填入藥芯是解決藥芯焊絲穩(wěn)弧特性的有效途徑。3)良好的提高藥芯焊絲低溫沖擊韌性的能力。近年來(lái)，藥芯焊絲因其焊接工藝優(yōu)異，焊接效率高，化學(xué)成分靈活調(diào)整，適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)倍受青睞，但由于其自身特點(diǎn)，藥芯焊絲在低溫沖擊韌性方面無(wú)法與實(shí)芯焊絲等傳統(tǒng)產(chǎn)品相企及。因此，在厚板、重要連接件等低溫沖擊韌性要求高的部位藥芯焊絲仍得不到深入應(yīng)用。要擴(kuò)寬藥芯焊絲的應(yīng)用領(lǐng)域，大幅提高其低溫沖擊韌性是先決條件。在藥芯中添加適量的稀土氧化物等可以凈化焊縫的物質(zhì)是目前提高藥芯焊絲低溫沖擊韌性的有效途徑，但由于其加入量小，不易混合均勻，導(dǎo)致其稀土成分在焊縫中極易產(chǎn)生偏析，不但起不到積極作用，反倒會(huì)惡化偏析產(chǎn)生處的晶界性能，致使低溫沖擊韌性下降。因此在穩(wěn)弧劑中加入如氧化釔等稀土氧化物成分，通過(guò)熔煉等工藝將其均勻熔入其中，通過(guò)藥芯粉料中穩(wěn)弧劑的大量均勻分散，以最大程度減少稀土成分在焊縫中的偏析。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述存在的問題，得到性能優(yōu)良的穩(wěn)弧劑，本發(fā)明提供一種適合藥芯焊絲專用的穩(wěn)弧劑——熔煉型鈦酸鉀及其制造工藝。本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化成分的比例，最大程度地減少化合物中游離K+、Na+的含量，提高了熔煉型鈦酸鉀的抗吸潮能力。同時(shí)添加稀土氧化物成分Y2O3，在最大程度減少其成分偏析的前提下，提高藥芯焊絲的低溫沖擊韌性。制造工藝上提高熔煉溫度，得到流動(dòng)性良好的均勻顆粒。具體技術(shù)方案如下
一種藥芯焊絲用穩(wěn)弧劑，其特征在于其原材料組成的化學(xué)配比為金紅石45飛0%，碳酸鉀4 12%，碳酸鈉2 8%，鎂砂2 10%，長(zhǎng)石30 50%，氧化釔I 5%。
作為優(yōu)選，所述的藥芯焊絲穩(wěn)弧劑，其特征在于所述原材料組成的化學(xué)配比為金紅石52%，碳酸鉀5%，碳酸鈉2%，鎂砂5%，長(zhǎng)石35%，氧化釔1%。作為優(yōu)選，所述的藥芯焊絲穩(wěn)弧劑，其特征在于所述原材料組成的化學(xué)配比為金紅石47%，碳酸鉀4%，碳酸鈉3%，鎂砂4%，長(zhǎng)石40%，氧化釔2%。作為優(yōu)選，所述的藥芯焊絲穩(wěn)弧劑，其原材料的主要化學(xué)成分符合以下要求金紅石=TiO2 彡 93%、S ( O. 03%,P ( O. 03% ;碳酸鈉=Na2CO3 彡 98%,NaCl ( I. 2%、Na2S04 ( O. 1% ；碳酸鉀K2CO3 彡 94%、S ( O. 1%、P ( O. 1% ;鎂砂MgO 彡 96% ,SiO2 ( 2. 2%、A1203 ( O. 3%、CaO ( 2. 0% ;長(zhǎng)石(K2CHNa2O)彡 11%,K2O 彡 8%、Si0260 73%、Al2O3 ( 14 25%，S 彡 O. 04%、P 彡 O. 04% ;氧化釔=Y2O3 彡 99%, S 彡 O. 05%、P 彡 O. 05%。作為優(yōu)選，所述的藥芯焊絲穩(wěn)弧劑，其特征在于所述穩(wěn)弧劑含有以下化學(xué)成分TiO2 30 60% ；K20 6 10% ;Na202 4% ；Si02 2 5 40% ；A1203 5 10 % ；MgO 2 10% ；Y203 I 5%。所述的藥芯焊絲穩(wěn)弧劑的制造方法，其特征在于所述制造步驟為
步驟一，將金紅石、碳酸鈉、碳酸鉀、鎂砂、長(zhǎng)石、氧化釔按照所述化學(xué)配比稱量；
步驟二，將上述原料在混粉機(jī)中混合攪拌，使粉料充分混合均勻；
步驟三，將充分混合的原料裝在不銹鋼托盤內(nèi)，放入箱式熔煉爐，高溫熔煉，使各物料之間反應(yīng)充分進(jìn)行，保溫結(jié)束后隨爐緩冷至室溫取出；
步驟四，將熔煉后的產(chǎn)物進(jìn)行破碎；
步驟五，用60目篩將破碎后的粉料進(jìn)行篩分，取60目以下的粉料包裝制成成品。作為優(yōu)選，所述的藥芯焊絲穩(wěn)弧劑的制造方法，其特征在于所述步驟二中的混合攪拌時(shí)間為I小時(shí)以上。作為優(yōu)選，所述的藥芯焊絲穩(wěn)弧劑的制造方法，其特征在于所述步驟三中的保溫熔煉溫度為820-900°C，保溫熔煉時(shí)間為4小時(shí)，使各物料之間反應(yīng)充分進(jìn)行。Ti02、K20、Na20是焊接材料中常用到的具有穩(wěn)弧作用的主要成分，本發(fā)明所述的熔煉型鈦酸鉀，在配方上通過(guò)優(yōu)化Ti02、K20、Na20三種成分的比例，并加入適量SiO2,最大程度地減少化合物中游離K+、Na+的含量，提高了熔煉型鈦酸鉀的抗吸潮能力。同時(shí)，在本發(fā)明所述的熔煉型鈦酸鉀中添加稀土氧化物成分Y2O3，在最大程度減少其成分偏析的前提下，提高藥芯焊絲的低溫沖擊韌性。TiO2的主要來(lái)源是金紅石，能與K20、Na2O, SiO2形成穩(wěn)定的復(fù)合物。TiO2含量過(guò)少，不能與K20、Na20、Si02充分反應(yīng)形成穩(wěn)定的化合物；含量過(guò)多，產(chǎn)生剩余的TiO2，不利于穩(wěn)弧劑的成分均勻。因此，TiO含量定在3(Γ60%。K20、Na2O主要是碳酸鉀、碳酸鈉熔煉分解后的產(chǎn)物，主要作用是穩(wěn)定電弧。Κ20、Na2O含量過(guò)少，穩(wěn)定電弧作用不明顯；含量過(guò)多，產(chǎn)生過(guò)多游離的K+、Na+，且熔渣熔點(diǎn)偏低，不利于立焊成型，焊接煙塵也相應(yīng)增大。因此，K2O含量定在6 10%，Na2O含量定在2 4%。SiO2的主要來(lái)源是長(zhǎng)石，能與K20、Na20形成穩(wěn)定的復(fù)合物，減少化合物中游離K+、Na+的含量。SiO2含量過(guò)少，達(dá)不到減少化合物中游離K+、Na+含量的作用；含量過(guò)多，產(chǎn)生剩余的SiO2,不利于穩(wěn)弧劑的成分均勻。因此，SiO2含量定在25 40%。MgO, Al2O3的主要來(lái)源是鎂砂和長(zhǎng)石，可以提高熔煉型鈦酸鉀的熔煉溫度，使熔煉 反應(yīng)更充分，燒結(jié)效果更好，有利于破碎后顆粒大小均勻、形狀規(guī)則，增強(qiáng)顆粒分散性和流動(dòng)性。Mg0、Al203含量過(guò)少達(dá)不到上述作用；過(guò)多，使熔渣熔點(diǎn)過(guò)高，不利于焊接成型。因此，MgO含量定在2 10%，Al2O3含量定在5 10%。Y2O3的主要來(lái)源是氧化釔化工粉。有凈化晶界，顯著提高藥芯焊絲低溫沖擊韌性的作用。Y2O3含量過(guò)少達(dá)不到凈化晶界的作用；過(guò)多則會(huì)惡化晶界。因此，Y2O3含量定在廣5%。本發(fā)明所述的藥芯焊絲穩(wěn)弧劑，我們稱之為熔煉型鈦酸鉀，其特征在于所述藥芯焊絲穩(wěn)弧劑的主要化學(xué)成分為鈦酸鉀。本發(fā)明所述的穩(wěn)弧劑主要用于碳鋼藥芯焊絲、合金鋼藥芯焊絲的制造。采用本發(fā)明制得的藥芯焊絲用穩(wěn)弧劑，能重點(diǎn)解決穩(wěn)弧劑易吸潮、顆粒度分散性差、流動(dòng)性差的問題，同時(shí)具有提高藥芯焊絲使用時(shí)低溫沖擊韌性的特點(diǎn)，具備十分優(yōu)良穩(wěn)定的性能和非常高的使用價(jià)值。下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。


圖I為實(shí)施例I、實(shí)施例2與宜興振奮藥用化工產(chǎn)鈦酸鉀關(guān)于吸潮率隨時(shí)間變化的對(duì)照?qǐng)D。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
將金紅石、碳酸鉀、碳酸鈉、鎂砂、長(zhǎng)石、氧化釔分別按照表I所示的重量百分比含量，配制成5kg混合粉后，在混粉機(jī)中混合攪拌I. 5小時(shí)，然后將其裝入不銹鋼托盤內(nèi)，放入箱式熔煉爐，升溫至850°C，保溫4小時(shí)熔煉。保溫結(jié)束后隨爐緩冷至室溫取出。最后將熔煉后的產(chǎn)物進(jìn)行破碎，用60目篩將破碎后的粉料進(jìn)行篩分，取60目以下的粉料包裝制成成
品O實(shí)施例2
將金紅石、碳酸鉀、碳酸鈉、鎂砂、長(zhǎng)石、氧化釔分別按照表I所示的重量百分比含量，配制成IOkg混合粉后，在混粉機(jī)中混合攪拌3小時(shí)，然后將其裝入不銹鋼托盤內(nèi)，放入箱式熔煉爐，升溫至900°C，保溫4小時(shí)熔煉。保溫結(jié)束后隨爐緩冷至室溫取出。最后將熔煉后的產(chǎn)物進(jìn)行破碎，用60目篩將破碎后的粉料進(jìn)行篩分，取60目以下的粉料包裝制成成品。表I實(shí)施例配方
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j ^ ^ j ^ I47 I 4I4402
將實(shí)施例I、實(shí)施例2與宜興振奮藥用化工產(chǎn)鈦酸鉀，在游離K+、Na+含量、粉料吸潮率隨時(shí)間的變化、流動(dòng)性參數(shù)以及作為藥芯使用后，在同一焊接規(guī)范下焊件焊縫的低溫沖擊功、焊縫擴(kuò)散氫含量等多個(gè)方面進(jìn)行了比較。分別取實(shí)施例I、實(shí)施例2、宜興振奮藥用化工產(chǎn)鈦酸鉀各5g，分別溶入IOOml水中，攪拌均勻后用PH試紙測(cè)其水溶液的PH值。表2所示為粉料水溶液PH值的比較結(jié)果。 由此可知，實(shí)施例1、2的水溶液分別呈中性和弱堿性，而宜興振奮藥用化工產(chǎn)鈦酸鉀的水溶液呈堿性，說(shuō)明實(shí)施例1、2中游離的K+、Na+含量少，而宜興振奮藥用化工產(chǎn)鈦酸鉀中游離的K+、Na+含量較多。表2粉料水溶液PH值
15'興 ftC Wfi I
I2 __ 化 I 產(chǎn) λ ￥
Rfi H 水溶.SPHt+ 7 I 811
分別取實(shí)施例I、實(shí)施例2、宜興振奮藥用化工產(chǎn)鈦酸鉀各10g，分別平鋪均勻露置于空氣中。每間隔一段時(shí)間分別稱量其粉料的重量，增重即為吸收的水分。將吸潮的水分重量除以其粉料原始重量，其百分比即為粉料吸潮率。圖I所示為粉料吸潮率隨時(shí)間變化的對(duì)照?qǐng)D。由此可知，實(shí)施例1、2隨著時(shí)間推移，其吸潮率無(wú)較大變化，始終維持在較低水平，抗吸潮性強(qiáng)。而宜興振奮藥用化工產(chǎn)鈦酸鉀隨著時(shí)間推移，吸潮率增幅較大，抗吸潮性差。用粉料堆積密度測(cè)定儀分別測(cè)量實(shí)施例I、實(shí)施例2、宜興振奮藥用化工產(chǎn)鈦酸鉀的堆積密度和流速。表3所示為其比較結(jié)果。由此可知，實(shí)施例1、2均具有較宜興振奮藥用化工產(chǎn)鈦酸鉀較大的堆積密度和流速，說(shuō)明其顆粒度分散性和流動(dòng)性較同類產(chǎn)品好。表3粉料流動(dòng)性參數(shù)
I I2 Il iif V ·[Η
% 密, l+g/cW)1.421.4 1.22
(.cm3/測(cè)η) 3.2145.7120.9
按照同一配方將實(shí)施例I、實(shí)施例2、宜興振奮藥用化工產(chǎn)鈦酸鉀作為藥芯成分加入藥芯焊絲。使用同一焊接規(guī)范焊接同一種焊件。焊接后分別測(cè)試其焊縫的低溫沖擊功。表4所示為-20°C下各焊縫的低溫沖擊功對(duì)比。由此可知，實(shí)施例I、實(shí)施例2較宜興振奮藥用化工產(chǎn)鈦酸鉀更能顯著提高焊縫的低溫沖擊值。表4焊縫低溫沖擊功
權(quán)利要求
1.一種藥芯焊絲用穩(wěn)弧劑，其特征在于其原材料組成的化學(xué)配比為金紅 石45 60%，碳酸鉀4 12%，碳酸鈉2 8%，鎂砂2 10%，長(zhǎng)石30 50%，氧化釔I 5%。
2.如權(quán)利要求I所述的藥芯焊絲穩(wěn)弧劑，其特征在于所述原材料組成的化學(xué)配比為金紅石52%，碳酸鉀5%，碳酸鈉2%，鎂砂5%，長(zhǎng)石35%，氧化釔1%。
3.如權(quán)利要求I所述的藥芯焊絲穩(wěn)弧劑，其特征在于所述原材料組成的化學(xué)配比為金紅石47%，碳酸鉀4%，碳酸鈉3%，鎂砂4%，長(zhǎng)石40%，氧化釔2%。
4.如權(quán)利要求I所述的藥芯焊絲穩(wěn)弧劑，其特征在于所述的原材料的主要化學(xué)成分符合以下要求金紅石=TiO2彡93%、S^O. 03%、P^O. 03% ;碳酸鈉Na2C03彡98%、NaCl ( I. 2%、Na2S04 ( 0. 1% ;碳酸鉀=K2CO3 彡 94%、S ( 0. 1%、P ( 0. 1% ;鎂砂MgO 彡 96%,SiO2 ( 2. 2%、A1203 ( 0. 3%,CaO ( 2. 0% ;長(zhǎng)石(K2CHNa2O)彡 11%,K2O 彡 8%、Si0260 73%、Al2O3 ( 14 25%，S 彡 0. 04%、P 彡 0. 04% ;氧化釔=Y2O3 彡 99%, S 彡 0. 05%、P 彡 0. 05%。
5.如權(quán)利要求I所述的藥芯焊絲穩(wěn)弧劑，其特征在于所述穩(wěn)弧劑含有以下化學(xué)成分TiO2 30 60% ；K20 6 10% ;Na202 4% ；Si02 2 5 40% ；A1203 5 10 % ；MgO 2 10% ；Y203 I 5%。
6.如權(quán)利要求I 5中任一權(quán)利要求所述的藥芯焊絲穩(wěn)弧劑的制造方法，其特征在于所述制造步驟為步驟一，將金紅石、碳酸鈉、碳酸鉀、鎂砂、長(zhǎng)石、氧化釔按照所述化學(xué)配比稱量；步驟二，將上述原料在混粉機(jī)中混合攪拌，使粉料充分混合均勻；步驟三，將充分混合的原料裝在不銹鋼托盤內(nèi)，放入箱式熔煉爐，高溫熔煉，使各物料之間反應(yīng)充分進(jìn)行，保溫結(jié)束后隨爐緩冷至室溫取出；步驟四，將熔煉后的產(chǎn)物進(jìn)行破碎；步驟五，用60目篩將破碎后的粉料進(jìn)行篩分，取60目以下的粉料包裝制成成品。
7.如權(quán)利要求6所述的藥芯焊絲穩(wěn)弧劑的制造方法，其特征在于所述步驟二中的混合攪拌時(shí)間為I小時(shí)以上。
8.如權(quán)利要求6所述的藥芯焊絲穩(wěn)弧劑的制造方法，其特征在于所述步驟三中的保溫熔煉溫度為820-900°C，保溫熔煉時(shí)間為4小時(shí)。
9.如權(quán)利要求I 5中任一權(quán)利要求所述的藥芯焊絲穩(wěn)弧劑，其特征在于所述藥芯焊絲穩(wěn)弧劑的主要成分為鈦酸鉀，即熔煉型鈦酸鉀。
10.如權(quán)利要求I 5中任一權(quán)利要求所述的藥芯焊絲穩(wěn)弧劑，其用于藥芯焊絲的制造，所述藥芯焊絲包含碳鋼藥芯焊絲、合金鋼藥芯焊絲。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種藥芯焊絲用穩(wěn)弧劑及其制造方法和應(yīng)用。該藥芯焊絲用穩(wěn)弧劑由金紅石、碳酸鉀、碳酸鈉、鎂砂、長(zhǎng)石、氧化釔按一定配比經(jīng)混合、高溫熔煉、破碎、篩分而成，具有以下優(yōu)點(diǎn)優(yōu)異的穩(wěn)弧性能和抗吸潮性能，顯著提高藥芯焊絲的低溫韌性，良好的顆粒度分布以及優(yōu)良的分散性和流動(dòng)性。本發(fā)明所述的穩(wěn)弧劑主要用于碳鋼藥芯焊絲、合金鋼藥芯焊絲的制造。具備十分優(yōu)良穩(wěn)定的性能和極高的使用價(jià)值。
文檔編號(hào)B23K35/368GK102806430SQ20121026812
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者譚靜, 汪昌紅, 王玲艷 申請(qǐng)人:武漢鐵錨焊接材料股份有限公司