CN109822255B

CN109822255B - 一种高纤维素焊条及应用

Info

Publication number: CN109822255B
Application number: CN201910065135.9A
Authority: CN
Inventors: 朱官朋
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2021-04-02
Anticipated expiration: 2039-01-23
Also published as: CN109822255A

Abstract

本发明公开了一种高纤维素焊条及应用，属于焊接材料技术领域。该高纤维素焊条，包括焊芯和药皮，所述焊条药皮包括如下按质量百分比计的组分：25‑34%的T型纤维素，10‑12%的玉米淀粉，10‑15%的金红石，20‑30%的钛铁矿，1‑2%的大理石，3‑5%的镁砂，4‑8%的锰铁，1‑2%的纯碱，1.5‑2.5%的聚丙烯酸钠以及0‑2%的聚丙烯；将药皮各组分混合搅拌均匀，再加入药皮总重30%‑50%的密度为1.40‑1.45g/mm3的3.2M纯钠水玻璃进行混合搅拌，均匀压涂在焊芯表面即制备出高纤维素焊条。该高纤维素焊条具有良好的压涂性能，焊条表面光滑，质量优良，焊接工艺性能良好，电弧吹力大，抗气孔性能强，不易产生熄弧或粘条，焊接操控性能强，适用于管道的焊接。

Description

一种高纤维素焊条及应用

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，具体的说是一种高纤维素焊条及应用。

背景技术

纤维素焊条是专用于管道立焊或全位置焊接的焊条，相对于传统由下向上的施焊方法及使用的焊条相比，该类焊条具有如下优点：(1)、焊接速度快，生产效率高，比由上向下施焊提高效率50％左右；(2)、焊接质量好，由于其电弧吹力大，穿透力强，单面焊双面成形，焊道背面成形美观，抗风能力强，适于野外作业。因此该类焊条广泛应用于石油化工、天然气、电力、民用行业的输油、输气、输水等大口径的管道焊接中。

目前国内研制的高纤维素焊条与国外进口的高纤维素焊条相比，在焊接操作工艺性能方面仍有差距，主要表现在：电弧吹力小，电弧穿透力不足，根焊时不易实现单面焊双面成型，容易产生焊接缺陷，影响管道施工质量。国内管道工程建设在实际施工过程中所用纤维素焊条仍依赖进口，价格昂贵，因而对于纤维素焊条的国产化仍需要进一步的改进和提高。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明的首要目的是提供一种质量优良、焊接工艺性能好、电弧吹力大的高纤维素焊条。

本发明的再一目的是提供上述高纤维素焊条的应用。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种高纤维素焊条，包括焊芯和药皮，所述药皮包括如下按质量百分比计的组分：25-34％的T型纤维素，10-12％的玉米淀粉，10-15％的金红石，20-30％的钛铁矿，1-2％的大理石，3-5％的镁砂，4-8％的锰铁，1-2％的纯碱，1.5-2.5％的聚丙烯酸钠以及0-2％的聚丙烯；将药皮各组分混合搅拌均匀，再加入药皮总重30％-50％的密度为1.40-1.45g/mm³的3.2M纯钠水玻璃进行混合搅拌，均匀压涂在焊芯表面即制备出高纤维素焊条。

进一步地，所述药皮包括如下按质量百分比计的组分：32％的T型纤维素，10％的玉米淀粉，14％的金红石，28％的钛铁矿，1％的大理石，4％的镁砂，6％的锰铁，2％的纯碱，2％的聚丙烯酸钠和1％的聚丙烯；将药皮各组分混合搅拌均匀，再加入药皮总重44％的纯钠水玻璃进行混合搅拌，均匀压涂在焊芯表面即制备出高纤维素焊条。

进一步地，所述焊芯为H08E钢。

为实现上述目的，本发明第二方面提供了高纤维素焊条在管道焊接中的应用。

本发明的高纤维素焊条由焊芯和药皮组成，焊芯采用低S、P的H08E钢，焊条药皮中含有造气和造渣的T型纤维素、玉米淀粉、聚丙烯酸钠、大理石、金红石、钛铁矿、镁砂；脱氧及合金过渡元素的锰铁；改善压涂性的纯碱；改善表面质量的聚丙烯。制作该焊条使用到现有技术的焊条生产设备，焊条生产设备按照常规操作方式。

本发明的高纤维素焊条，电弧吹力主要来源于有机物、碳酸盐、水的分解。为解决纤维素易烧损的特性，同时为解决压涂困难，选用了T型纤维素，该T型纤维素是由微晶纤维素经处理而得。经大量试验证明，T型纤维素加入量在28-34％的范围内，在保证电弧吹力的前提下具有良好的压涂性能。为进一步提高电弧吹力，在药皮中加入玉米淀粉和少量的大理石。大理石高温下分解产生气体，对提高电弧熔深有明显效果，但加入量不宜过高，加入量过高对电弧稳定性及熔池流动性有恶化作用，加入量需控制在1-2％。

本发明高纤维素焊条采用TiO₂-MgO渣系，其中金红石、钛铁矿、镁砂用于调节熔渣覆盖，经大量试验验证，TiO₂/MgO比例控制在5:1-9:1范围内，熔渣具有良好的铺展性能及覆盖性能，且易于脱渣，能够实现立向下操作。

本发明的高纤维素焊条，加入适量的聚丙烯酸钠，目的是提高药皮的含水量，在焊条燃烧过程中，结晶水分解消耗大量能量，对抑制纤维素的碳化，提高电弧吹力有改善作用。但为保证焊条表面质量，加入量不宜过高，需控制在1.5-2.5％。

本发明的高纤维素焊条，脱氧及合金过渡采用锰铁，所用锰铁中的碳含量需保持在3-6％，采用此种锰铁能够细化熔滴，减少短路过渡频次，提高电弧稳定性。

本发明的高纤维素焊条，为提高压涂效率，保证焊条表面质量光滑，采用聚丙烯和少量纯碱，同时采用3.2M的纯钠水玻璃。经大量试验证明，采用3.2M纯钠水玻璃不仅可以保证焊条药皮的致密度使表面光滑，同时可保证焊条在焊接过程中形成一定长度的套筒。在压涂过程中需严格控制纯钠水玻璃的加入量，加入量过少，压涂压力偏高，焊条表面有裂纹、起毛；加入量过多，纤维素会因吸水膨胀而造成焊条药皮疏松等现象。根据环境温度和湿度决定纯钠水玻璃的加入量，一般需控制在30-50％。

本发明中所述的一种高纤维素焊条，最终焊条的直径为Φ3.2mm、Φ4.0mm。

有益效果：

如上所述，本发明的一种高纤维素焊条及应用，具有以下有益效果：1：本发明的高纤维素焊条具有良好的压涂性能，焊条表面光滑，质量优良。

2：本发明的高纤维素焊条焊接工艺性能良好，电弧稳定，电弧吹力大，抗气孔性能强，不易产生熄弧、粘条，焊接操控性能强。

3：本发明制备的高纤维素焊条根焊时具有良好的单面焊双面成型效果，焊缝质量稳定性好。

具体实施方式

一种高纤维素焊条，包括焊芯和药皮，所述药皮包括如下按质量百分比计的组分：25-34％的T型纤维素，10-12％的玉米淀粉，10-15％的金红石，20-30％的钛铁矿，1-2％的大理石，3-5％的镁砂，4-8％的锰铁，1-2％的纯碱，1.5-2.5％的聚丙烯酸钠以及0-2％的聚丙烯；将药皮各组分混合搅拌均匀，再加入药皮总重30％-50％的密度为1.40-1.45g/mm³的3.2M纯钠水玻璃进行混合搅拌，均匀压涂在焊芯表面即制备出高纤维素焊条。

下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品。下面结合具体实施例对本发明做进一步具体详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。

组分实施例

本发明提供了一种高纤维素焊条，包括焊芯和药皮，焊芯采用H08E钢。实施例1-3所采用的焊条药皮组分按质量百分比配比如表1所示。

表1本发明实施例1-3中焊条药皮的组分(％)

本发明中所用T型纤维素是由微晶纤维素处理得到的。其处理方法为：先在微晶纤维素中加入30％的蒸馏水，挤压成一定形状后在110-120℃条件下烘焙5h后，再用破碎机进行破碎，即得到破碎粒度控制在80-200目的T型纤维素。

所述高纤维素焊条是将上述组分的药皮混合搅拌均匀，再加入3.2M纯钠水玻璃进行混合搅拌，均匀压涂在焊芯表面制备而成的。其中，实施例1-3中纯钠水玻璃的加入量及制备的高纤维素焊条的直径如表2所示。

表2实施例1-3中纯钠水玻璃的加入量及制备的高纤维素焊条直径

	纯钠水玻璃的加入量占药皮总重的比例	焊条直径(mm)
			实施例1	44％	4.0
实施例2	50％	3.2
			实施例3	30％	4.0

效果实施例

(1)、实施例1-3制备的高纤维素焊条的表面质量分析

实施例1-3制备的高纤维素焊条的表面质量如表3所示。

表3实施例1-3制备的高纤维素焊条的表面质量

	毛絮状	药皮开裂	是否光滑
				实施例1	无	无	是
实施例2	无	无	是
				实施例3	无	无	是

由表3可知，实施例1-3制备的高纤维素焊条表面无毛絮状、药皮无开裂、焊条整体表面光滑，表面质量良好。焊条的压涂性能与药皮无开裂也间接证明了焊条的压涂强度合适，焊条的压涂性能良好。

(2)、实施例1-3所制备的高纤维素焊条的熔敷金属化学成分和力学性能分析

将实施例1-3制备的高纤维素焊条在室温25℃，相对湿度70％的条件下，焊接试板，对焊缝熔敷金属性能进行检测，其化学成分和力学性能见表4和表5。

表4实施例1-3制备的高纤维素焊条熔敷金属化学成分(％)

	C	Si	Mn	S	P	V	Cr	Ni	Mo
										实施例1	0.15	0.2	0.8	0.006	0.011	0.009	0.02	0.01	0.01
实施例2	0.13	0.3	0.8	0.006	0.011	0.009	0.02	0.01	0.01
										实施例3	0.14	0.2	0.7	0.008	0.010	0.005	0.02	0.01	0.01

表5实施例1-3制备的高纤维素焊条熔敷金属力学性能

	抗拉强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	延伸率(％)	-30℃冲击功KV2(J)
					实施例1	470	563	23	48
实施例2	492	571	25	68
					实施例3	452	541	26	42

由表4和表5可知，实施例1-3制备的高纤维素焊条的熔敷金属化学成分和力学性能均符合纤维素焊条的要求。

(3)、实施例1-3所制备的高纤维素焊条的焊接工艺性能

高纤维素焊条在焊接过程中的电弧吹力大小一般采用电弧熔深进行表征。因此，本发明中采用立焊电弧熔深和单面焊双面成型的效果等参数来表征高纤维素焊条的焊接工艺性能，其结果如表6所示。

表6实施例1-3所制备的高纤维素焊条的焊接工艺性能

由表6可知，实施例1-3制备的高纤维素焊条的焊接工艺性能良好，焊接电弧稳定，二次引弧容易，双面成型好，无气孔，不易产生熄弧、粘条。实施例1-3制备的高纤维素焊条在焊接过程中立焊电弧熔深较深，可知该高纤维素焊条的电弧吹力大，且利用实施例1制备的高纤维素焊条进行焊接时的立焊电弧熔深优于另外两组实施例。因此，采用实施例1的药皮组分制备的高纤维素焊条的焊接工艺性能最好。

本发明所采用的高纤维素焊条的焊条药皮成分配比，可最大限度地发挥各组分的优势，焊条可交直流两用，立向下焊接工艺优良，电弧穿透力强，焊条尾部药皮抗碳化能力强、单面焊双面成形好，适用于管道的焊接。

以上对本发明所提供的一种高纤维素焊条及应用进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理和具体实施方式进行了阐述，上述实施例仅用来帮助理解本发明的方法和核心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种高纤维素焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于，所述药皮包括如下按质量百分比计的组分：28-34%的T型纤维素，10-12%的玉米淀粉，10-15%的金红石，20-30%的钛铁矿，1-2%的大理石，3-5%的镁砂，4-8%的锰铁，1-2%的纯碱，1.5-2.5%的聚丙烯酸钠以及1-2%的聚丙烯；将药皮各组分混合搅拌均匀，再加入药皮总重30%-50%的密度为1.40-1.45g/mm³的3.2M纯钠水玻璃进行混合搅拌，均匀压涂在焊芯表面即制备出高纤维素焊条；其中，所用的锰铁中的碳含量为3~6%。

2.根据权利要求1所述的一种高纤维素焊条，其特征在于，所述药皮包括如下按质量百分比计的组分：32%的T型纤维素，10%的玉米淀粉，14%的金红石，28%的钛铁矿，1%的大理石，4%的镁砂，6%的锰铁，2%的纯碱，2%的聚丙烯酸钠和1%的聚丙烯；将药皮各组分混合搅拌均匀，再加入药皮总重44%的密度为1.40-1.45g/mm³的3.2M纯钠水玻璃进行混合搅拌，均匀压涂在焊芯表面即制备出高纤维素焊条；其中，所用的锰铁中的碳含量为3~6%。

3.根据权利要求1所述的一种高纤维素焊条，其特征在于，所述焊芯为H08E钢。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种高纤维素焊条在管道焊接中的应用。