專利名稱：一種可循環(huán)利用氣保護(hù)藥芯焊絲組分及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料加工工程中的焊接領(lǐng)域，具體涉及一種氣體保護(hù)焊所用的藥芯焊絲組分及其制備方法。
背景技術(shù)：
氣體保護(hù)藥芯焊絲兼具焊條和氣體保護(hù)實(shí)心焊絲焊接的優(yōu)點(diǎn)，其生產(chǎn)效率高，焊接工藝性能好，在船舶、橋梁、海洋平臺(tái)、鋼結(jié)構(gòu)等加工制造領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。該類藥芯焊絲主要用(天然)金紅石來(lái)造渣，成型和穩(wěn)弧，通常的添加量占到礦物粉的20%-50%，是藥芯焊絲藥粉成本的主要組成部分。氣保護(hù)藥芯焊絲的生產(chǎn)制造對(duì)于金紅石的需求極大，目前我國(guó)造船業(yè)迅猛發(fā)展，藥芯焊絲消耗量猛增，按我國(guó)目前每年使用50萬(wàn)噸藥芯焊絲，藥芯填充率20%計(jì)算，每年因生產(chǎn)藥芯焊絲所消耗的(天然)金紅石大概為4-5萬(wàn)噸。表1世界(天然)金紅石資源主要分布情況(以TW2 計(jì))萬(wàn) t
美國(guó)澳大南非塞拉斯里獨(dú)聯(lián)國(guó)名巴西利昂印度中國(guó)合計(jì)利亞蘭卡體儲(chǔ)量2005 975200360720302407433473表1是全球(天然)金紅石的儲(chǔ)量情況，其最主要用于氯化法鈦白粉和海綿鈦的生產(chǎn)，(天然)金紅石在該領(lǐng)域消耗的占到年總消耗量的80%以上，其次為焊接領(lǐng)域。按照這種計(jì)算方法，我國(guó)(天然)金紅石的儲(chǔ)量不足以維持50年的應(yīng)用，甚至比石油等資源更加稀缺。目前我國(guó)金紅石很大一部分需要進(jìn)口，尤其是品質(zhì)較高的(天然)金紅石，對(duì)進(jìn)口的依賴率幾乎是100%。世界(天然)金紅石產(chǎn)量和儲(chǔ)量最多的國(guó)家，已經(jīng)采取措施限制金紅石的開采和出口，其國(guó)內(nèi)金紅石開采和加工企業(yè)都出現(xiàn)產(chǎn)量降低的傾向，而國(guó)際范圍內(nèi)藥芯焊絲的產(chǎn)量近年來(lái)卻呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，2001-2010年，我國(guó)藥芯焊絲的產(chǎn)量增長(zhǎng)了一倍以上，據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年的藥芯焊絲產(chǎn)量將是現(xiàn)在的2-3倍，與此對(duì)應(yīng)，對(duì)優(yōu)質(zhì)(天然)金紅石的需求也會(huì)越來(lái)越大，優(yōu)質(zhì)(天然)金紅石的供應(yīng)和價(jià)格將直接影響藥芯焊絲的質(zhì)量和價(jià)格。做為氣保護(hù)藥芯焊絲藥粉主要成分之一的(天然)金紅石對(duì)藥芯焊絲的焊接質(zhì)量如熔敷金屬力學(xué)性能，電弧穩(wěn)定性，焊縫成型等影響很大，因此大多數(shù)生產(chǎn)廠家都采用品質(zhì)高的優(yōu)質(zhì)(天然)金紅石，純度在97%以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，純度97%的(天然)金紅石價(jià)格比純度92%的(天然)金紅石平均貴1/3，我國(guó)金紅石雖然總體儲(chǔ)量不低，但是優(yōu)質(zhì)(天然) 金紅石的儲(chǔ)量卻相對(duì)稀少，藥芯焊絲廠家不得不進(jìn)口優(yōu)質(zhì)(天然)金紅石。藥芯焊絲焊接后的焊渣是一種可行的(天然)金紅石的替代品。因其對(duì)優(yōu)化焊絲的工藝性能和力學(xué)性能有積極的作用，甚至在某些方面優(yōu)于(天然)金紅石，能起到(天然)金紅石所不具有的獨(dú)特作用。試驗(yàn)表明IOOg藥芯焊絲，焊接后產(chǎn)生的焊渣為llg-15g，焊渣粉末加工后可利用率在95%以上，添加到其中的金紅石在一次循環(huán)利用中損耗率在 3%以下。優(yōu)質(zhì)(天然)金紅石的成本按4000-5000元/噸計(jì)算，與此對(duì)應(yīng)的焊渣粉末回收， 制作過程中的人工費(fèi)用，能源消耗，機(jī)器磨損等加起來(lái)也不足900元/噸(表2)，大大降低了成本，節(jié)約了資源。表2焊渣粉末成本(元/噸)
工序收集粗篩粗磨磁選細(xì)磨其他總計(jì)機(jī)器磨損358310人工費(fèi)用120606060120200能源損耗2040504080總計(jì)123105118103210200859 藥芯焊絲焊接后的焊渣粉末不僅可以一次替代(天然)金紅石，而且其可以多次循環(huán)利用，達(dá)到了資源循環(huán)再利用的目的，是一種綠色的焊接材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用金紅石型藥芯焊絲的焊渣，經(jīng)過一系列加工過程，使其化學(xué)成分和粒度都符合要求，從而添加到藥芯焊絲藥粉中部分替代(天然)金紅石、降低藥芯焊絲成本并進(jìn)一步優(yōu)化藥芯焊絲的質(zhì)量。使現(xiàn)有的藥芯焊絲生產(chǎn)成本降低，降低了對(duì)優(yōu)質(zhì) (天然)金紅石的進(jìn)口依賴。同時(shí)焊渣粉末還具有(天然)金紅石所不具備的一些性能，用焊渣粉末制造的藥芯焊絲焊縫成型更加美觀，焊接工藝性能更優(yōu)越，全位置焊接適應(yīng)性更強(qiáng)，擴(kuò)散氫含量更低，抗裂性更好，發(fā)塵量更低，具有優(yōu)異的強(qiáng)度和低溫沖擊韌性。本發(fā)明所提供的焊渣粉末制備方法，有以下幾個(gè)步驟組成(1)焊渣的收集將焊接后的焊渣進(jìn)行收集。(2)焊渣的粗篩將第一步收集好的焊渣篩選，除去收集過程中帶進(jìn)去的粉塵等雜質(zhì)，采用20目的篩子篩選，保留粒度大于20目的焊渣。(3)焊渣的粗磨將篩選過的焊渣進(jìn)行打碎粗磨，為下一步的磁選做準(zhǔn)備，粗磨后的焊渣，以能過20目的篩子為合格。(4)焊渣的磁選藥芯焊絲焊渣中混合有飛濺顆粒，如果不除去對(duì)焊渣粉末的成分，后續(xù)的細(xì)磨都會(huì)造成不利影響，此步驟的目的在于除去焊渣粉末中的飛濺小顆粒。(5)焊渣的細(xì)磨將經(jīng)過磁選的細(xì)磨，粒度以能全部通過40目的篩子為準(zhǔn)。本發(fā)明所提供的焊渣再利用低成本氣保護(hù)藥芯焊絲，其焊絲外皮通常采用低碳鋼帶，填充率為12-18%，所述藥芯成分的化學(xué)組成(重量％ )為15-35%的氣體保護(hù)藥芯焊絲的焊渣粉末，該焊渣粉末的各成分質(zhì)量百分比為 TiO2 :35-65%, MnO 5% -15%, MgO 5% -15%, SiO2 5% -15%, Fe2O3 1% -15%, Al2O3 1-15 % ； 15-；35 % 的 TiO2, 2-7 % 的 Si，3-8 % 的 Mn，0. 5-5 % 的 Al-Mg 合金粉末，其中鋁鎂合金粉末的質(zhì)量比 Al/Mg = 1,0-11. 52% 的 Na2CO3,0-8. 85% 的 K2CO3,1-5% 的 Mg，剩余為鐵粉。本發(fā)明藥芯焊絲在制備時(shí)沒有特殊要求，采用行業(yè)內(nèi)通用的制造工藝即通過成型，拉拔，減徑，分卷四大主要工藝即可完成。藥芯中各成分作用如下藥芯焊絲焊渣用來(lái)部分取代藥芯焊絲中的(天然)金紅石，并可以多次循環(huán)利用?？梢愿纳坪冈母采w性能和脫渣性。另外，還可以使電弧集中、穩(wěn)定，改善焊縫成型和減少飛濺。若含量過低，則不易形成短渣，不利于立、橫位置焊接；若含量過高，則明顯影響綜合力學(xué)性能。經(jīng)過高溫熔煉過程，焊渣粉末的物理化學(xué)性能更加均勻一致。利用這種焊渣粉末生產(chǎn)的藥芯焊絲不僅成本降低而且其高溫熔化狀態(tài)的流動(dòng)性比用(天然)金紅石生產(chǎn)的藥芯焊絲顯著提高，熔渣的邊界更加清晰，焊縫成型更加美觀，脫渣性能優(yōu)越，焊接全位置適應(yīng)性進(jìn)一步提高。熔敷金屬中氣體更容易逸出，增強(qiáng)了焊縫的抗氣孔和壓坑性能。 同時(shí)焊渣粉末抗吸潮性強(qiáng)，試驗(yàn)表明采用焊渣粉末配制的藥芯焊絲藥粉，在相同的濕度和時(shí)間下，含水量只有采用(天然)金紅石配制的藥粉的30-50%，大幅度提高了藥芯焊絲的抗吸潮性，進(jìn)而使焊縫的擴(kuò)散氫含量降低20%以上，降低了焊縫的冷裂紋敏感性。本發(fā)明中添加的焊渣粉末，預(yù)先經(jīng)過篩選，將其中的金屬顆粒去掉，然后經(jīng)過研磨，確保其化學(xué)成分及粒度在規(guī)定范圍內(nèi)。其各組成成分重量百分比為:35-65%,MnO 5% -15%,MgO 5% -15%, SiO2 5% -15%, Fe2O3 1% -15%, Al2O3 1-15%，其粒度已能通過 40 目的篩子為準(zhǔn)。Mn:確保焊縫金屬的強(qiáng)度和降低氧含量，減少焊縫中的氧化物夾雜，提高沖擊韌性。Si 作為脫氧劑發(fā)揮功效，在確保焊接金屬的強(qiáng)度和降低氧含量上是有效元素。若含量過高，則熔敷金屬的粘度變大，會(huì)使焊接適應(yīng)性降低。Al-Mg 主要作用是脫氧，提高熔渣熔點(diǎn)，提高全位置焊接性。脫氧后產(chǎn)生的A1203、 MgO具有造渣作用。K，Na:主要是穩(wěn)定電弧及降低飛濺。合適的比例能夠使焊接電弧柔和穩(wěn)定，使焊接飛濺降到一個(gè)較低的水平。Mg 主要作用是脫氧，改善焊渣流動(dòng)性，提高全位置焊接性能。鐵粉調(diào)節(jié)成分，提高熔敷效率。本發(fā)明的有益效果是1通過將金紅石型藥芯焊絲的焊渣粉末收集，經(jīng)過粗篩，粗磨，磁選，細(xì)磨等步驟， 使其粒度和化學(xué)成分符合要求，對(duì)其有益效果發(fā)揮具有至關(guān)重要的作用。2.焊接后的熔渣經(jīng)過高溫熔化凝固后收集，抗吸潮性好，使藥芯焊絲的含水量只相當(dāng)于以前的30-50%，使熔敷金屬中的擴(kuò)散氫含量降低20%以上，氫致裂紋敏感性大幅度降低。3.添加到藥芯成分中的熔渣粉末，其物理化學(xué)性能更加均勻一致，藥粉的成分更加均勻，可以更方便的調(diào)解焊接后熔渣的熔點(diǎn)，焊接時(shí)液態(tài)焊渣邊界更加清晰，有利于焊縫成型和提高全位置焊接性能，同時(shí)采用這種焊渣粉末制作的藥芯焊絲，脫渣更容易，焊接煙塵減少，具有優(yōu)異的抗氣孔和壓坑性能。4采用此種方法制作的藥芯焊絲，保證了良好的電弧穩(wěn)定性，焊縫更加純凈，具有優(yōu)異的低溫沖擊韌性。5.加入脫氧劑鋁、鎂，使焊縫氧含量降低，提高了焊縫金屬的低溫沖擊韌性，有利于焊縫氣體的排出和焊縫成型。6.只要焊渣粉末的成分，粒度范圍在規(guī)定范圍內(nèi)，可以多次循環(huán)利用，降低藥芯焊絲成本，節(jié)約了資源，降低了對(duì)優(yōu)質(zhì)(天然)金紅石的依賴。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明，并且設(shè)置了一個(gè)對(duì)比試驗(yàn)， 為完全采用(天然)金紅石沒有添加焊渣粉末制作的藥芯焊絲來(lái)對(duì)比結(jié)果，但本發(fā)明并不局限于下述實(shí)施例。藥芯焊絲的鋼制外皮均采用低碳鋼帶(寬14毫米，厚1. 0毫米)，其典型化學(xué)成分見表3表3藥芯焊絲鋼帶化學(xué)成分％
權(quán)利要求
1.一種可循環(huán)利用的氣保護(hù)藥芯焊絲組分，其特征在于重量百分比為TiA =35-65%, MnO 5%-15%, MgO :5%_15%，SiO2 :5%_15%，F(xiàn)e2O3 :1%_15%，Al2O3 :1_15%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述可循環(huán)利用氣保護(hù)藥芯焊絲組分的制備方法，其特征在于焊渣粉末的加工過程要經(jīng)過收集，粗篩，粗磨，磁選，細(xì)磨過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述可循環(huán)利用氣保護(hù)藥芯焊絲組分的制備方法，其特征在于粗篩過程采用20目的篩子篩選，保留粒度大于20目的焊渣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述可循環(huán)利用氣保護(hù)藥芯焊絲組分的制備方法，其特征在于粗磨后的焊渣過20目的篩子。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述可循環(huán)利用氣保護(hù)藥芯焊絲組分的制備方法，其特征在于細(xì)磨后的粒度過40目的篩子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述可循環(huán)利用氣保護(hù)藥芯焊絲組分，其特征在于添加到金紅石型藥芯焊絲藥粉中替代天然金紅石，能循環(huán)利用。
全文摘要
一種可循環(huán)利用氣保護(hù)藥芯焊絲組分及其制備方法屬于焊接領(lǐng)域。一種可循環(huán)利用的氣保護(hù)藥芯焊絲組分，其特征在于重量百分比為TiO235-65％，MnO5％-15％，MgO5％-15％，SiO25％-15％，F(xiàn)e2O31％-15％，Al2O31-15％。本發(fā)明特征在于提出了一種將金紅石型藥芯焊絲的焊渣收集加工，并且循環(huán)利用，替代金紅石的方法，經(jīng)過粗篩，粗磨，磁選，細(xì)磨步驟，使其粒度和化學(xué)成分符合要求，可以做為藥芯組分添加到氣保護(hù)藥芯焊絲中，達(dá)到替代或者部分替代天然金紅石，節(jié)約資源，降低成本的目的。只要加工制備后焊渣粉末成分和粒度在本發(fā)明范圍之內(nèi)，可多次循環(huán)利用。
文檔編號(hào)B23K35/362GK102152027SQ20111006542
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者史傳偉, 李國(guó)棟, 栗卓新 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)