CN104874939A - 一种高稳定性水下湿法焊条用药皮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高稳定性水下湿法焊条用药皮，所述药皮由固体组份和液体组份混合而成，所述液体组份的加入质量为固体组份质量的15-20%；所述固体组份由以下质量百分比的原料制成：金红石45-55%，萤石10-16%，大理石5-8%，锰铁4-8%，镍粉8-15%，冰晶石8%-10%，硝酸铯0-2%；所述液体组份为20℃下钾钠比为3:1的钾钠水玻璃。本发明提供一种高稳定性水下湿法焊条用药皮，使其在水深不超过20米，水流速度不高于1.2米/秒的条件下，能够顺畅引弧，持续稳定燃烧，无电弧熄灭现象，强度Rm≥400MPa，基本满足非结构件焊接要求。

Description

一种高稳定性水下湿法焊条用药皮

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及一种高稳定性水下湿法焊条用药皮。

背景技术

水下焊接在近海设施结构建设、海上油气平台的搭建、沉船打捞营救和海上桥梁建设等工程中有巨大的应用潜力。不同于陆地上的焊接，由于水下焊接由于其特殊的操作环境以及焊接接头的服役状态，焊接材料和焊接工艺都提出了不同的要求。

在实际海洋工况下，焊接过程通常会受到洋流的影响，定向流动的水流可能会影响电弧稳定性，严重时可能导致熄弧。但对于某些非结构件的焊接修补，由于其对焊缝的机械性能要求较低，因此，相对于焊缝机械性能，焊接过程稳定性就更为重要。

但是，目前国内外开发的水下湿法焊接用焊条大多以提供焊缝机械性能，降低成本为目的，缺乏能在水质条件差、水流速度大等恶劣条件下稳定燃烧的水下湿法专用焊条。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种高稳定性水下湿法焊条用药皮，使其在水深不超过20米，水流速度不高于1.2米/秒的条件下，能够顺畅引弧，持续稳定燃烧，无电弧熄灭现象，强度Rm≥400MPa，基本满足非结构件焊接要求。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：以市售4.0mmH08A钢丝为焊条芯，直径为4.0mm，采用药皮过渡合金元素的方式。一种高稳定性水下湿法焊条用药皮，所述药皮由固体组份和液体组份混合而成，所述液体组份的加入质量为固体组份质量的15-20%；

所述固体组份由以下质量百分比的原料制成：金红石45-55%，萤石10-16%，大理石5-8%，锰铁4-8%，镍粉8-15%，冰晶石8%-10%，硝酸铯0-2%；

所述液体组份为20℃下钾钠比为3:1 的钾钠水玻璃。

本发明高稳定性水下湿法焊条用药皮优点是：

1、本发明高稳定性水下湿法焊条用药皮，在静水中焊接时，起弧容易、电弧燃烧稳定，再引弧性能良好，脱渣容易，焊缝成型美观，具有良好的水下焊接工艺性能。

2、本发明高稳定性水下湿法焊条用药皮，在在水深不超过20米，水流速度不高于1.2米/秒的条件下焊接时，能够顺畅引弧，持续稳定燃烧，无明显熄弧现象。

3、本发明高稳定性水下湿法焊条用药皮，用于低合金钢焊接时，熔敷金属抗拉强度可达到400MPa以上，基本满足非结构件焊接需求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

一种高稳定性水下湿法焊条用药皮，各个实施例均采用H08A钢丝作为焊芯；采用钾钠普通水玻璃作为粘结剂，使用普通焊条压涂生产线压涂成焊条；最后在药皮表面涂覆防水绝缘清漆。所述药皮由固体组份和液体组份混合而成，所述液体组份的加入质量为固体组份质量的15-20%；

所述固体组份由以下质量百分比的原料制成：金红石45-55%，萤石10-16%，大理石5-8%，锰铁4-8%，镍粉8-15%，冰晶石8%-10%，硝酸铯0-2%；

所述液体组份为20℃下钾钠比为3:1 的钾钠水玻璃。

将固体组份的原材料按比例混合均匀后，用40 目的筛子过筛到40 目以下得固体组份干粉，固体组份干粉搅拌均匀后加入占固体组份质量含量15-20% 的左右的钾钠比为3:1 的钾钠水玻璃，再次搅拌均匀后制备出焊条药皮。

在实验室条件下，模拟水流对焊接质量的影响，测试水流速度不同的情况下，测试市售水下焊接用焊条和根据发明实施例方案设计的测试焊条电弧稳定性指标。其电弧稳定性指标以电弧电压变异系数来表征，该值越小，证明电弧越稳定。通过试验发现，随着流速的增加，电弧稳定性变差，但本发明实施例所涉及的焊条其电弧稳定性明显优于普通焊条。

实施例1，所述固体组份由以下质量百分比的原料制成：金红石55%，萤石12%，大理石6%，锰铁5%，镍粉10%，冰晶石10%，硝酸铯2%；

效果如下：

实施例2，所述固体组份由以下质量百分比的原料制成：金红石53%，萤石11%，大理石8%，锰铁5%，镍粉10%，冰晶石11%，硝酸铯2%；

效果如下：

实施例3，所述固体组份由以下质量百分比的原料制成：金红石52%，萤石15%，大理石5%，锰铁4%，镍粉13%，冰晶石10%，硝酸铯1%；

效果如下：

本发明药皮中各组份的主要作用如下：

金红石：主要作用是造渣，能够调节熔渣的熔点、黏度、表面张力和流动性，改善焊缝成型和脱渣性，减少飞溅。钛元素是一种电离电位较低的元素，大量钛元素的存在，有助于降低电弧电压，提高电弧稳定性。当人造金红石含量过高时，会出现大量细且多的飞溅，且熔渣变得过于活泼，容易导致熔渣覆盖不佳；当金红石含量过低时，熔渣流动性也会变差，使得焊缝成型变差，且容易黏渣。故药皮中金红石的含量应控制在55-65%；

冰晶石：冰晶石中的低电离电位元素Na向电弧空间提供电子的能力较强，能够有效地降低电弧空间中混合气体的实效电离电压，从而提高电弧气氛的电离度，使电弧区电场强度降低，提高焊接电弧的稳定性。但由于冰晶石能够在电弧区域受电弧热作用分解出具有较强电负性的F与电弧中自由电子形成F离子，F的这种强“消电离”作用，使得电弧空间中的电子密度降低，电弧导电能力降低。故冰晶石的含量应该控制在7-13%之内，需要通过添加其他物质补充带电粒子。

硝酸铯：电弧不稳定的原因电弧的产生主要足靠带电粒子，而带电粒子主要依靠气体电离和阴极电子发射两个物理过程来产生。气体电离电压越低，金属的电子逸出功越低，越利于维持电弧稳定。一般来讲，碱金属电离能很小，如果电弧气氛中有这些元素存在，则电弧空间的电子、离子就容易形成，气体导电性好，电弧就稳定。

碱金属一般与卤族元素F、CI、Br等一起存在与各类盐中，由于卤族电离能很大，使电弧不稳定。另外钾、钠等元素的电子逸出功与铯相比，其逸出功较大（K：2.25；Na：2.29；Cs：1.9），因此选择添加硝酸铯，进一步增加带电粒子，提高电弧稳定性，保证电弧更稳定地燃烧。出于成本考虑，硝酸铯不宜添加过多，可以控制在1%-3%之内。

萤石：主要作用是造渣和除氢，也可以降低液态金属的表面张力，使得焊缝成型美观。

水下焊接中，由于周围为富氢环境，极易产生氢致气孔。萤石是一种除氢效果极佳的脱氢材料，当药皮中无萤石或含量过低时，使得焊缝成型差，焊缝中容易出现气孔。

当药皮中萤石含量过高时，熔渣的流动性过于活泼，药皮熔化速度快，出现焊接工艺性恶化,另外，萤石中F元素的存在，电弧中自由电子形成F离子，F的这种强“消电离”作用，使得电弧空间中的电子密度降低，电弧导电能力降低。，要兼容抑制氢致气孔与提高电弧稳定的矛盾，故药皮中的萤石含量应控制在10-16%。

大理石：主要作用是造渣和造气，在流速较大的焊接条件下，通过制造大量二氧化碳气体，隔绝水流，防止熔滴受水环境的影响。同时还能够调节熔渣的碱度、黏度、表面张力和界面张力。当药皮中大理石含量过低时，焊缝容易出现黏渣，当大理石含量过高时，使得熔渣黏度升高，致使熔渣流动性和覆盖不佳。故将药皮中大理石含量宜控制在5-8%。

锰铁：主要是用于脱氧、造渣和渗Mn元素，提高焊缝的强度。根据熔敷金属的要求和焊芯中Mn的含量，药皮中的锰铁含量只能控制在4-8%。

镍粉：Ni元素是水下湿法焊接中重要的强化合金元素，起到固溶强化和细晶强化的作用；由于与氧的结合能力较低，因此Ni元素水下焊接较高的氧气氛环境下能够保持较高的过渡系数；而且，Ni元素可以降低奥氏体转变温度，改善焊缝的微观组织和力学性能。

为验证萤石、冰晶石与硝酸铯含量对气孔密度以及电弧稳定性的影响，设计试验进行测试：

先验证萤石最佳含量，根据实验，将萤石和稳弧剂的总含量固定为24%，为了便于试验，本次试验稳弧剂全部为冰晶石。

 通过试验发现，萤石含量超过12%时，明显抑制气孔数量，但随着萤石含量的提高，稳弧剂数量下降，电弧稳定性明显恶化。

我进一步通过改变稳弧剂组分，本次试验稳弧剂全部为硝酸铯，提高电弧稳定性：

随着硝酸铯含量的提高，变异系数值下降。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改变、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种高稳定性水下湿法焊条用药皮，其特征在于：所述药皮由固体组份和液体组份混合而成，所述液体组份的加入质量为固体组份质量的15-20%；

所述固体组份由以下质量百分比的原料制成：金红石45-55%，萤石10-16%，大理石5-8%，锰铁4-8%，镍粉8-15%，冰晶石8%-10%，硝酸铯0-2%；

所述液体组份为20℃下钾钠比为3:1 的钾钠水玻璃。