CN104117785B - 含氧化钇的焊条添加剂及其制备方法 - Google Patents

含氧化钇的焊条添加剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明首先公开了一种含氧化钇的焊条添加剂，其次公开了该焊条添加剂的制备方法，其包括以下步骤：1)按上述配比称取高纯二氧化钛、碳酸盐和氧化钇，混合，得到混合物；2)将混合物放入球磨机中球磨3～5h，得到混合粉体；3)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；4)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，即得焊条添加剂。采用本发明的焊条添加剂作为加工原料制备得到的焊条在实际应用时，不仅能降低焊接的电弧电压，稳定电弧，减少飞溅，而且能有效提升焊条的焊接强度，降低电能损耗。

Description

含氧化钇的焊条添加剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及焊接材料领域，具体涉及一种含氧化钇的焊条添加剂及其制备方法。
背景技术
目前，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，所谓的焊条是由焊芯和均匀、向心地压涂在焊芯上的药皮构成，这些钛酸盐作为焊条的加工原料能够起到稳定焊接电弧、降低电弧电压以及减少液化金属飞溅的作用，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含氧化钇的焊条添加剂，该焊条添加剂作为加工原料制备得到的焊条使用性能好。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种含氧化钇的焊条添加剂，其是由高纯二氧化钛、碳酸盐和氧化钇混合加工制得，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，氧化钇的添加量是高纯二氧化钛和碳酸盐的总质量的1％～5％。采用本发明的焊条添加剂作为加工原料制备得到的焊条在实际应用时，不仅能降低焊接的电弧电压，稳定电弧，减少液化后的金属飞溅，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，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。与现有技术的钛酸钾、钛酸钠等钛酸盐相比，本发明的焊条添加剂中加入了氧化钇，氧化钇的存在使得焊条添加剂在窑炉中煅烧时可以降低晶粒粒度，从而使焊条添加剂的微观形貌更为细腻均匀，这样制备得到的焊条在使用时液化金属的流动性能好，能够有效提高焊接工件的焊缝质量。
作为进一步的优选方案：所述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，氧化钇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，氧化钇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焊条添加剂能够降低电弧电压，节约电能，有效提高焊条的焊接强度，从而确保焊接工件的焊缝抗拉性，，优选的，所述的碳酸钾和碳酸钠均为电子级，所述氧化钇的纯度大于99.0％，采用高纯度的碳酸盐和氧化钇制备得到的焊条添加剂能够进一步确保焊条的焊接质量，保证加工的焊接工件能够满足强度等方面的要求。
本发明的另外一个目的是提供一种上述含氧化钇的焊条添加剂的制备方法，其包括以下步骤：
S1)按上述配比称取高纯二氧化钛、碳酸盐和氧化钇，混合，得到混合物；
S2)将混合物放入球磨机中球磨3～5h，得到混合粉体；
S3)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；
S4)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，即得焊条添加剂。
更为具体的方案为：所述步骤S2中球磨机的球磨时间为4h。
优选的，所述步骤S3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焊条添加剂的使用效果，优选所述步骤S4中的块状物粉碎研磨至过200目筛，这样得到的焊条添加剂细腻、均匀，制备的焊条性能优越，焊缝更为细密，在煅烧合成含氧化钇的焊条添加剂时，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，当然，传统的焊条添加剂如钛酸钾、钛酸钾钠等的制备过程中所采用的盛放煅烧物的器皿以及煅烧炉均可以应用于本发明的焊接添加剂的制备。
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是添加氧化钇的焊条添加剂的制备方法，实施例4～5是未添加氧化钇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，也就是说实施例4、5实际上是对比例，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3％的氧化钇，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3:2的摩尔比称取高纯二氧化钛和碳酸钠，再称取高纯二氧化钛和碳酸钠的总质量的5％的氧化钇，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％的氧化钇，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：从宏观角度上来看，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，从微观角度上来看；如附图1所示为实施例1、3、4和5制备的焊条添加剂的SEM电镜扫描图，从图中可以看出，本发明的焊条添加剂比传统的焊条添加剂的颗粒更加均匀，结构分布明显规律，而实施例4、5焊条添加剂的SEM中的线条明显较为杂乱，且线条表面也附着有其它杂质。
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偏低且变化范围小，电弧电压更为稳定，在焊接过程中焊接电流最高能低20A，有效节约电能损耗，再看抗拉强度的比较，从表1中可以看出，含实施例1、3制备的焊条添加剂的焊条在抗拉强度比含实施例4、5制备的焊条添加剂的焊条在抗拉强度高20-40N/MM2，抗拉强度大幅度提升，这样焊条在使用时焊接工件的焊缝处的抗拉性必然有明显提升，有效确保了焊接工件的焊接质量，这对于军工、高科技等行业设备的性能提升具有重要意义。
表1不同焊条的使用效果对比

Claims (8)

1.一种含氧化钇的焊条添加剂，其是由高纯二氧化钛、碳酸盐和氧化钇混合加工制得，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，氧化钇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所述含氧化钇的焊条添加剂，其特征在于：所述的含氧化钇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，氧化钇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所述含氧化钇的焊条添加剂，其特征在于：所述的含氧化钇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，氧化钇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所述含氧化钇的焊条添加剂，其特征在于：所述的碳酸钾和碳酸钠均为电子级，氧化钇的纯度大于99.0％。
5.一种如权利要求1～4中任意一项所述含氧化钇的焊条添加剂的制备方法，其包括以下步骤：
S1)按上述配比称取高纯二氧化钛、碳酸盐和氧化钇，混合，得到混合物；
S2)将混合物放入球磨机中球磨3～5h，得到混合粉体；
S3)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；
S4)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，即得含氧化钇的焊条添加剂。
6.根据权利要求5所述含氧化钇的焊条添加剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中球磨机的球磨时间为4h。
7.根据权利要求5所述含氧化钇的焊条添加剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S3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。
8.根据权利要求5所述含氧化钇的焊条添加剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中的块状物粉碎研磨至过200目筛。
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