CN104117784B - 含氧化铈的焊条添加剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明首先公开了一种含氧化铈的焊条添加剂，其次公开了该焊条添加剂的制备方法，其包括以下步骤：a)按上述配比称取高纯二氧化钛、碳酸盐和氧化铈，混合，得到混合物；b)将混合物放入球磨机中球磨3～5h，得到混合粉体；c)将混合粉体盛放于钵中，推入窑炉，设定窑炉以240～260℃/h的升温速度升温至1195～1205℃，保温3.5～4.5h，然后关闭窑炉的升温系统，自然降温7.5～8.5h，之后将钵取出；d)待钵中合成的块状物自然冷却至常温，将块状物粉碎研磨至至少过100目筛，即得含氧化铈的焊条添加剂，该焊条添加剂的加入使得焊条在应用时不仅能降低电弧电压，稳定电弧，减少飞溅，而且能大大地提升焊条的焊接强度。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料领域，具体涉及一种含氧化铈的焊条添加剂及其制备方法。
背景技术
焊条是气焊或电焊时熔化填充在焊接工件的焊缝处的金属条，它是由焊芯和均匀、向心地压涂在焊芯上的药皮构成，所谓的焊芯也就是焊条的金属芯，采用焊条焊接时，焊芯占整个焊缝金属的一部分，所以焊芯的化学成分，直接影响焊缝的质量，而焊条表面的药皮在焊接过程中主要起到提高电弧燃烧的稳定性、保证焊缝脱氧、减少液化后的金属飞溅等方面的作用。钛酸钾、钛酸钠以及钛酸钾钠是用于制备焊条常用的添加剂，这些钛酸盐使得焊条焊接过程中能够稳定电弧、降低电弧电压以及减少金属飞溅的作用，但是随着现代工业对电焊工件质量的要求不断提高，采用传统的钛酸盐作为添加剂制备的焊条已难以满足市场需求，特别是军工、高新技术等行业，因此开发性能优越的焊接添加剂一直是技术人员研究的重要课题之一。
发明内容
本发明的首要目的是提供一种可有效提高焊条焊接效果的焊条添加剂。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种含氧化铈的焊条添加剂，其是由高纯二氧化钛、碳酸盐和氧化铈混合加工制得，所述的碳酸盐为碳酸钾和碳酸钠中的一种或两种，高纯二氧化钛和碳酸盐的摩尔比为3:2～3，氧化铈的添加量是高纯二氧化钛和碳酸盐的总质量的1％～5％。与现有技术的钛酸钾、钛酸钠等钛酸盐相比，本发明的含氧化铈的焊条添加剂中加入了氧化铈，使得焊条在应用时不仅能降低电弧电压，稳定电弧，减少金属飞溅，而且能大大地提升焊条的焊接强度，同时由于制备的焊条导电性能好，所以采用本发明的含氧化铈的焊条添加剂制备的焊条在使用时还能够有效降低电能损耗。具体在进行焊条的加工时，本发明的含氧化铈的焊条添加剂既可以直接添加到焊条的药皮中，也可以添加到焊条的焊芯中，含氧化铈的焊条添加剂的使用方法无特别要求，采用常规的焊条加工方法均可，具体的，可参照市场上钛酸钾、钛酸钠或者钛酸钾钠在焊条加工中的应用方法。
作为进一步的优选方案：所述的含氧化铈的焊条添加剂中高纯二氧化钛、碳酸钾和碳酸钠的摩尔比为3：1～1.5：1～1.5，氧化铈的添加量是高纯二氧化钛和碳酸盐的总质量的1％～3％，最佳的，所述的含氧化铈的焊条添加剂中高纯二氧化钛、碳酸钾和碳酸钠的摩尔比为3：1.5：1.5，氧化铈的添加量是高纯二氧化钛和碳酸盐的总质量的3％，经试验验证，采用上述最佳配比方案制备的含氧化铈的焊条添加剂有效提高焊条的焊接强度，同时降低电弧电压，节约能耗。优选的，所述的碳酸钾和碳酸钠均为电子级，所述氧化铈的纯度大于99.0％，采用高纯度的碳酸盐和氧化铈制备得到的含氧化铈的焊条添加剂能够进一步确保焊条的焊接质量。
本发明的另外一个目的是提供一种上述含氧化铈的焊条添加剂的制备方法，其包括以下步骤：
a)按上述配比称取高纯二氧化钛、碳酸盐和氧化铈，混合，得到混合物；
b)将混合物放入球磨机中球磨3～5h，得到混合粉体；
c)将混合粉体盛放于钵中，推入窑炉，设定窑炉以240～260℃/h的升温速度升温至1195～1205℃，保温3.5～4.5h，然后关闭窑炉的升温系统，自然降温7.5～8.5h，之后将钵取出；
d)待钵中合成的块状物自然冷却至常温，将块状物粉碎研磨至至少过100目筛，即得含氧化铈的焊条添加剂。
更为具体的方案为：所述步骤b中球磨机的球磨时间为4h。
优选的，所述步骤c是将钵推入窑炉，设定窑炉以250℃/h的升温速度升温至1200℃，保温4h，然后关闭窑炉的升温系统，自然降温8h，之后将钵取出，为了进一步提高本发明的含氧化铈的焊条添加剂的使用效果，优选所述步骤d中的块状物粉碎研磨至过200目筛，这样得到的含氧化铈的焊条添加剂细腻、均匀，制备的焊条性能优越，焊缝更为细密，在煅烧合成含氧化铈的焊条添加剂时，所采用的盛放混合粉体的钵的种类有很多，优选是莫来石匣钵，煅烧混合粉体所用的窑炉为隧道式窑炉，隧道式窑炉和莫来石匣钵直接在市场上即可买到。
附图说明
图1是四个实施例制备的焊条添加剂的SEM电镜扫描图。
具体实施方式
为更清楚的说明本发明所公开的技术方案，以下通过6个实施例来作进一步的说明，其中实施例1～3是添加氧化铈的焊条添加剂的制备方法，实施例4～5是未添加氧化铈的焊条添加剂的制备方法，实施例4、5制备得到的焊条添加剂相当于传统的钛酸钾、钛酸钾钠添加剂，实施例6是对不同焊条添加剂的应用效果进行性能检测。
实施例1：焊条添加剂的制备
1)按照3:2的摩尔比称取高纯二氧化钛和电子级碳酸钾，再称取高纯二氧化钛和电子级碳酸钾的总质量的3％的氧化铈，将三者混合，得到混合物；
2)将混合物放入球磨机中球磨4h，得到混合粉体；
3)将混合粉体盛放于莫来石匣钵中，推入隧道窑炉，设定隧道窑炉以250℃/h的升温速度升温至1200℃，保温4h，然后关闭窑炉的升温系统，自然降温8h，之后将莫来石匣钵取出；
4)待莫来石匣钵中合成的块状物自然冷却至常温，将块状物粉碎研磨至过200目筛，即得焊条添加剂。
实施例2：焊条添加剂的制备
1)按照1:1的摩尔比称取高纯二氧化钛和电子级碳酸钾，再称取高纯二氧化钛和电子级碳酸钾的总质量的5％的氧化铈，将三者混合，得到混合物；
2)将混合物放入球磨机中球磨4h，得到混合粉体；
3)将混合粉体盛放于莫来石匣钵中，推入隧道窑炉，设定隧道窑炉以260℃/h的升温速度升温至1195℃，保温4.5h，然后关闭窑炉的升温系统，自然降温8h，之后将莫来石匣钵取出；
4)待莫来石匣钵中合成的块状物自然冷却至常温，将块状物粉碎研磨至过100目筛，即得焊条添加剂。
实施例3：焊条添加剂的制备
1)按照3:1.5:1.5的摩尔比称取高纯二氧化钛、电子级碳酸钾和电子级碳酸钠，再称取高纯二氧化钛、电子级碳酸钾和电子级碳酸钠的总质量的5％的氧化铈，将四种原料混合，得到混合物；
2)将混合物放入球磨机中球磨4h，得到混合粉体；
3)将混合粉体盛放于莫来石匣钵中，推入隧道窑炉，设定隧道窑炉以250℃/h的升温速度升温至1200℃，保温4h，然后关闭窑炉的升温系统，自然降温8h，之后将莫来石匣钵取出；
4)待莫来石匣钵中合成的块状物自然冷却至常温，将块状物粉碎研磨至过200目筛，即得焊条添加剂。
实施例4：焊条添加剂的制备
1)按照3:2的摩尔比称取高纯二氧化钛和电子级碳酸钾，将两者混合，得到混合物；
2)将混合物放入球磨机中球磨4h，得到混合粉体；
3)将混合粉体盛放于莫来石匣钵中，推入隧道窑炉，设定隧道窑炉以250℃/h的升温速度升温至1200℃，保温4h，然后关闭窑炉的升温系统，自然降温8h，之后将莫来石匣钵取出；
4)待莫来石匣钵中合成的块状物自然冷却至常温，将块状物粉碎研磨至过200目筛，即得焊条添加剂，该。
实施例5：焊条添加剂的制备
1)按照3:1.5:1.5的摩尔比称取高纯二氧化钛、电子级碳酸钾和电子级碳酸钠，将三者混合，得到混合物；
2)将混合物放入球磨机中球磨4h，得到混合粉体；
3)将混合粉体盛放于莫来石匣钵中，推入隧道窑炉，设定隧道窑炉以250℃/h的升温速度升温至1200℃，保温4h，然后关闭窑炉的升温系统，自然降温8h，之后将莫来石匣钵取出；
4)待莫来石匣钵中合成的块状物自然冷却至常温，将块状物粉碎研磨至过200目筛，即得焊条添加剂。
实施例6：焊条添加剂的应用
钛酸钾、钛酸钠或者钛酸钾钠作为添加剂应用于焊条加工中已十分普遍，本实施例是在焊条的加工过程中分别添加上述实施例1、3、4、5制备的焊条添加剂，然后对加工得到的焊条进行性能检测，结果如下：
1)图像对比：从外观上，实施例1和3，也就是采用本发明公开的技术方案制备的焊条添加剂的颗粒和颜色更加细腻均匀，应用于焊条中能有效保证液化金属的流动性，且焊渣易于脱落，如附图1，从SEM电镜扫描结果同样可以明显看出，本发明的焊条添加剂(即实施例1、3制备的焊条添加剂)比传统的焊条添加剂(即实施例4、5制备的焊条添加剂)的颗粒更加均匀，传统的焊条添加剂的SEM结果中明显除了条状结构外，还含有扁状结构，且条状结构的分布较为杂乱。
2)应用效果对比：如表1所示，经检测分析表明，与传统的焊条添加剂制备得到的焊条相比，添加有本发明制备的焊条添加剂的焊条在使用过程中电弧电压的变化范围小，电弧电压更为稳定，且焊接电流低，可以节省约30％的电能损耗，同时抗拉强度有明显提升，从而确保了焊接工件的焊缝处的抗拉性，同时焊接过程中脱渣整齐，焊缝的焊接质量得到有效保证。
表1不同焊条的使用效果对比
Claims (10)
1.一种含氧化铈的焊条添加剂，其是由高纯二氧化钛、碳酸盐和氧化铈混合加工制得，所述的碳酸盐为碳酸钾和碳酸钠中的一种或两种，高纯二氧化钛和碳酸盐的摩尔比为3:2～3，氧化铈的添加量是高纯二氧化钛和碳酸盐的总质量的1％～5％。
2.根据权利要求1所述含氧化铈的焊条添加剂，其特征在于：所述的含氧化铈的焊条添加剂中高纯二氧化钛、碳酸钾和碳酸钠的摩尔比为3：1～1.5：1～1.5，氧化铈的添加量是高纯二氧化钛和碳酸盐的总质量的1％～3％。
3.根据权利要求1所述含氧化铈的焊条添加剂，其特征在于：所述的含氧化铈的焊条添加剂中高纯二氧化钛、碳酸钾和碳酸钠的摩尔比为3：1.5：1.5，氧化铈的添加量是高纯二氧化钛和碳酸盐的总质量的3％。
4.根据权利要求1所述含氧化铈的焊条添加剂，其特征在于：所述的碳酸钾和碳酸钠均为电子级。
5.根据权利要求1所述含氧化铈的焊条添加剂，其特征在于：所述氧化铈的纯度大于99.0％。
6.一种如权利要求1～5任意一项所述的含氧化铈的焊条添加剂的制备方法，其包括以下步骤：
a)按上述配比称取高纯二氧化钛、碳酸盐和氧化铈，混合，得到混合物；
b)将混合物放入球磨机中球磨3～5h，得到混合粉体；
c)将混合粉体盛放于钵中，推入窑炉，设定窑炉以240～260℃/h的升温速度升温至1195～1205℃，保温3.5～4.5h，然后关闭窑炉的升温系统，自然降温7.5～8.5h，之后将钵取出；
d)待钵中合成的块状物自然冷却至常温，将块状物粉碎研磨至至少过100目筛，即得含氧化铈的焊条添加剂。
7.根据权利要求6所述含氧化铈的焊条添加剂的制备方法，其特征在于：所述步骤b中球磨机的球磨时间为4h。
8.根据权利要求6所述含氧化铈的焊条添加剂的制备方法，其特征在于：所述步骤c是将钵推入窑炉，设定窑炉以250℃/h的升温速度升温至1200℃，保温4h，然后关闭窑炉的升温系统，自然降温8h，之后将钵取出。
9.根据权利要求6所述含氧化铈的焊条添加剂的制备方法，其特征在于：所述步骤d中的块状物粉碎研磨至过200目筛。
10.根据权利要求6所述含氧化铈的焊条添加剂的制备方法，其特征在于：所述步骤c中用于盛放混合粉体的钵为莫来石匣钵，所述的窑炉为隧道式窑炉。
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