CN111037146B - 一种野外焊接用双层药皮涂药焊条 - Google Patents
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Abstract
本发明属于焊接材料领域，具体是一种野外焊接用双层药皮涂药焊条。包括金属焊芯、导电桥接环、金属网罩、药皮Ⅰ、药皮Ⅱ，金属焊芯分为焊接段和焊钳夹持段，其分界处设有导电桥接环，焊接段的外侧由内至外依次套接有药皮Ⅰ、金属网罩和药皮Ⅱ，导电桥接环设置在药皮Ⅰ靠近焊钳夹持段一端的侧壁上，导电桥接环与药皮I均被套接在金属网罩内，导电桥接环的厚度与药皮I的长度之和与金属网罩的长度相同，药皮Ⅱ包覆在金属网罩外并通过网孔与药皮Ⅰ连接。本发明在增大药皮厚度的同时，保证了药皮与焊芯结合牢固，焊条的导电性好，焊接时对熔池保护作用强，防风、防尘、防水汽效果好，适合于野外焊接，本发明是野外焊接用涂药焊条方面的创新。
Description
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体是一种野外焊接用双层药皮涂药焊条。
背景技术
随着工业生产的飞速发展，野外施工越来越多，如油气管道、矿山、桥梁、造船厂等野外施工场合，现场焊接需求越来越大，由于环境因素(如风力偏大、沙尘较多、空气潮湿等)的影响，野外焊接困难较大。
目前野外焊接采用较多的是涂药焊条和自保护焊丝，使用自保护焊丝存在如下问题：①防风能力差，焊接电弧不稳定；②野外作业时熔池温度降低速率快，冶金反应不充分，焊缝成分中存留较多的氧、氮、氢等有害元素；③自保护生成的熔渣量少，在焊缝表面的厚度小，保护力弱，而野外焊接时沙尘较多，造成沙尘混入焊缝形成夹渣。基于以上诸多原因，目前野外焊接时已逐步采用涂药焊条代替自保护焊丝，涂药焊条由金属焊芯及药皮两部分构成，是在金属焊芯外将药皮均匀、向心的压涂在金属焊芯上。
金属焊芯的作用是：①焊接时金属丝要传导焊接电流，在工件与焊条端头之间产生电弧，把电能转换成热能；②金属焊芯本身也会熔化作为填充金属与液体母材金属熔合形成焊缝。
焊条药皮的作用是：①提高焊接时的工艺性能，保证焊接电弧的稳定燃烧，最终得到成形美观的焊缝；②焊条药皮熔化后，产生的大量气体笼罩着电弧和熔池，会减少熔化的金属和空气的相互作用，焊缝冷却时，熔化后的药皮形成一层熔渣覆盖在焊缝表面，保护焊缝金属并降低焊缝冷却速度，有利于气体逸出，防止产生气孔等缺陷；③通过药皮成分将所需合金元素熔入焊缝金属当中，起到调节焊缝化学成分的作用。
使用涂药焊条的时候，存在如下技术问题：正常厚度的焊条药皮不能满足野外焊接的要求，表现在电弧不稳定、电弧热量不集中、焊缝冷却时药皮形成的覆盖在焊缝表面的熔渣少、焊缝中气孔产生率高等。为了减小这种危害，技术人员进行了大量的研究工作，主要手段是增大药皮的厚度或采用双层药皮，即增加焊接时参与反应的药皮总量。在实际应用中，增加药皮厚度的方法带来了另外的问题：①药皮附着力差，容易脱落；②焊条药皮熔化不充分，因为药皮中所含的物质大部分为无机非金属材料(如大理石、萤石、钛白粉等)，其导电性差，厚度大的药皮会造成药皮含量增大，严重影响了焊接时电弧燃烧的稳定性，同时减弱了造气造渣的效果，也易出现熔池中冶金反应不充分、药皮成块落入熔池形成夹渣等缺陷，焊缝质量下降。
申请号201310623437.6的中国专利(申请日2013年12月1日)公开了一种厚药皮焊条，焊芯表面上设有凹槽，增大了焊芯与厚药皮之间的摩擦力，即增大了焊芯与厚药皮之间的结合力，但并没有解决厚药皮导电性差所造成的问题，虽然药皮增厚有了积极作用，但药皮不能充分熔化出现了新的负面影响。
申请号201711308117.6的中国专利(申请日2017年12月11日)公开了一种耐热疲劳性能优越的堆焊焊条，由焊芯和两层药皮组成，两层药皮的成分不同，作用不同，但并没有解决增加药皮厚度带来的药皮附着力差和焊条导电性差的问题，也无法消除药皮不能充分熔化出现的负面影响。
如何解决上述问题，是本领域科技人员工作的当务之急。
发明内容
本发明的目的是提供一种野外焊接用双层药皮涂药焊条，解决如下技术问题：①厚药皮能与金属焊芯结合牢固；②确保整根焊条具有良好的导电性，焊接时电弧燃烧稳定，造气造渣效果好，熔池中冶金反应充分，无夹渣等焊接缺陷，有效提高焊缝的力学性能；③提高焊条在焊接时的防风、防沙、防水汽等能力以适合于野外作业。
本发明采用如下技术方案：
一种野外焊接用双层药皮涂药焊条，包括金属焊芯、导电桥接环、金属网罩、药皮Ⅰ、药皮Ⅱ，所述金属焊芯分为焊接段和焊钳夹持段，焊接段与焊钳夹持段分界处设有导电桥接环，焊接段的外侧由内至外依次套接有药皮Ⅰ、金属网罩和药皮Ⅱ，导电桥接环设置在药皮Ⅰ靠近焊钳夹持段一端的侧壁上，导电桥接环与药皮I均被套接在金属网罩内，导电桥接环的厚度与药皮I的长度之和与金属网罩的长度相同，所述药皮Ⅱ包覆在金属网罩外周围并通过金属网罩上的网孔与药皮Ⅰ连接。
所述金属网罩的网孔尺寸为10目-100目，金属网罩的厚度为0.1mm-1.0mm，优选0.3mm-0.8mm。
所述金属网罩与金属焊芯的材质成分中含量最高的元素相同，且该元素在金属网罩与金属焊芯中的质量百分比相等。
所述药皮Ⅰ与药皮Ⅱ的成分相同。
所述药皮Ⅰ与药皮Ⅱ的成分不同。
所述金属焊芯的材质为铜或铜合金时，导电桥接环采用铜合金制造。
所述金属焊芯的材质为铝、铝合金、镁、镁合金、锡、锡合金、锌、锌合金、银、银合金的任意一种时，导电桥接环采用铝合金制造。
所述金属焊芯的材质为合金钢、非合金钢、不锈钢、钛、钛合金、镍、镍合金、钼、钼合金、锆、锆合金、钽、钽合金、铌、铌合金、钴、钴合金、锰、锰合金、铬、铬合金等的任意一种时，导电桥接环采用低碳钢制造。
本发明的制备步骤如下：金属焊芯上焊接导电桥接环→压涂药皮Ⅰ→药皮Ⅰ外安放金属网罩→金属网罩一端与导电桥接环焊接在一起→压涂药皮Ⅱ。
本发明具有以下有益技术效果：
1)双层药皮均能与金属焊芯结合牢固。金属网罩在两层药皮中间作为一个骨架存在，使两层药皮紧密结合在一起后有效固定在金属焊芯周围，不易脱落。
2)有效增强了焊条的导电性。焊接时金属焊芯通过电弧与工件形成回路，由于金属网罩通过导电桥接环与金属焊芯连接，金属网罩同样可以通过电弧与工件形成回路，使双层药皮熔化充分，电弧燃烧稳定，造气造渣效果好，熔池冶金反应充分，并有效减少了夹渣等焊接缺陷，焊缝质量好。
3)焊接时对焊接熔池保护作用强。本发明由于采用了双层药皮，显著增大了药皮厚度，焊接时形成的熔渣量大，对焊缝保护作用强。另外，金属焊芯处于电弧的中心区，温度较高，所以金属焊芯先熔化，外面的药皮稍迟熔化，这样在焊条端头形成一小段药皮套筒，加上电弧吹力的作用，使熔滴径直射到熔池上，套筒可以有效防风、防沙尘，而药皮厚度的增加使这种作用更加显著。
4)适合于野外焊接。由于上述有益技术效果的存在，使焊条在焊接时防风、防沙尘、防水汽等能力强，在野外焊接作业方面具有突出的实质性特点和显著的进步。
附图说明
图1是一种野外焊接用双层药皮涂药焊条的主剖视图；
图2是图1中A处放大图；
图3是图1所示一种野外焊接用双层药皮涂药焊条的左视图；
图4是金属焊芯连接导电桥接环后的主视图；
图5是图4所示金属焊芯连接导电桥接环后的左视图；
图6是本发明一种野外焊接用双层药皮涂药焊条燃烧时焊条端头形成药皮套筒示意图；
图7是普通焊条(单层药皮)燃烧时焊条端头形成药皮套筒示意图。
附图标记说明：1、金属焊芯，1-1、焊接段，1-2、焊钳夹持段，2、导电桥接环，3、金属网罩，4、药皮Ⅰ，5、药皮Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1至图7所示，一种野外焊接用双层药皮涂药焊条，包括金属焊芯1、导电桥接环2、金属网罩3、药皮Ⅰ4、药皮Ⅱ5，所述金属焊芯1分为焊接段1-1和焊钳夹持段1-2，焊接段1-1与焊钳夹持段1-2分界处设有导电桥接环2，焊接段1-1的外侧由内至外依次套接有药皮Ⅰ4、金属网罩3和药皮Ⅱ5，导电桥接环2设置在药皮Ⅰ4靠近焊钳夹持段1-2一端的侧壁上，导电桥接环2与药皮I 4均被套接在金属网罩3内，导电桥接环2的厚度与药皮I4的长度之和与金属网罩3的长度相同，所述药皮Ⅱ5包覆在金属网罩3外周围并通过金属网罩3上的网孔与药皮Ⅰ4连接。
所述金属网罩3的网孔尺寸为10目-100目，金属网罩3的厚度为0.1mm-1.0mm，优选0.3mm-0.8mm。
所述金属网罩3与金属焊芯1的材质成分中含量最高的元素相同，且该元素在金属网罩3与金属焊芯1中的质量百分比相等；选取金属网罩3一方面可使其在药皮Ⅰ4和药皮Ⅱ5中间作为一个骨架存在，使两者紧密结合后有效固定在金属焊芯周围，另外烘干焊条时可使药皮Ⅰ4和药皮Ⅱ5中所含水分彻底挥发，尤其有利于药皮Ⅰ4中的水分挥发。
所述药皮Ⅰ4与药皮Ⅱ5的成分相同。
所述药皮Ⅰ4与药皮Ⅱ5的成分不同，可以起到不同的作用。
所述金属焊芯1的材质为铜或铜合金时，导电桥接环2采用铜合金制造，由于导电桥接环2位于金属焊芯1的焊接段1-1与焊钳夹持段1-2分界处，不参与焊接，不会污染焊缝的化学成分。
所述金属焊芯1的材质为铝、铝合金、镁、镁合金、锡、锡合金、锌、锌合金、银、银合金的任意一种时，导电桥接环2采用铝合金制造，由于导电桥接环2位于金属焊芯1的焊接段1-1与焊钳夹持段1-2分界处，不参与焊接，不会污染焊缝的化学成分。
所述金属焊芯1的材质为合金钢、非合金钢、不锈钢、钛、钛合金、镍、镍合金、钼、钼合金、锆、锆合金、钽、钽合金、铌、铌合金、钴、钴合金、锰、锰合金、铬、铬合金等的任意一种时，导电桥接环2采用低碳钢制造，由于导电桥接环2位于金属焊芯1的焊接段1-1与焊钳夹持段1-2分界处，不参与焊接，不会污染焊缝的化学成分。
本发明的制备步骤如下：
1)金属焊芯1上焊接导电桥接环2；
2)压涂药皮Ⅰ4；
3)药皮Ⅰ4外安放金属网罩3；
4)金属网罩3一端与导电桥接环2连接在一起；
5)压涂药皮Ⅱ5。
制备步骤中所述步骤1)和步骤4)采用的连接方式为焊接。
实施例及对比例
下面所述实施例及对比例，制备完成后是在同一野外地点，10min中内完成所有焊接(10min中内外部环境无变化)，即在同一环境条件(温度、湿度、风力等条件)下完成实验。
实施例1：
制备本发明所述的焊条，金属焊芯为H08A，导电桥接环采用低碳钢，药皮Ⅰ和药皮Ⅱ的成分相同，金属网罩的网孔尺寸为100目，金属网罩的厚度为0.1mm，金属焊芯与导电桥接环之间、导电桥接环与金属网罩之间采用焊接方式连接。
药皮Ⅰ和药皮Ⅱ的成分(质量百分比)均为：钛白粉15％，大理石32％，萤石20％，云母5％，锰铁5％，钛铁12％，低碳硅铁2.5％，纯碱1％，其余为石英。
实施例2：
制备本发明所述的焊条，金属焊芯为H08A，导电桥接环采用低碳钢，药皮Ⅰ和药皮Ⅱ的成分相同，金属网罩的网孔尺寸为10目，金属网罩的厚度为1mm，金属焊芯与导电桥接环之间、导电桥接环与金属网罩之间采用焊接方式连接。
药皮Ⅰ和药皮Ⅱ的成分(质量百分比)均为：钛白粉15％，大理石32％，萤石20％，云母5％，锰铁5％，钛铁12.5％，低碳硅铁2.5％，纯碱1％，其余为石英。
实施例3：
制备本发明所述的焊条，金属焊芯为H08A，导电桥接环采用低碳钢，药皮Ⅰ和药皮Ⅱ的成分相同，金属网罩的网孔尺寸为50目，金属网罩的厚度为0.5mm，金属焊芯与导电桥接环之间、导电桥接环与金属网罩之间采用焊接方式连接。
药皮Ⅰ和药皮Ⅱ的成分(质量百分比)均为：钛白粉15％，大理石2％，萤石20％，云母5％，锰铁5％，钛铁12％，低碳硅铁2.5％，纯碱1％，其余为石英。
实施例4：
制备本发明所述的焊条，金属焊芯为H08A，导电桥接环采用低碳钢，药皮Ⅰ和药皮Ⅱ的成分不同，金属网罩的网孔尺寸为50目，金属网罩的厚度为0.5mm，金属焊芯与导电桥接环之间、导电桥接环与金属网罩之间采用焊接方式连接。
药皮Ⅰ的成分(质量百分比)为：钛白粉15％，大理石32％，萤石20％，云母5％，锰铁5％，钛铁12％，低碳硅铁2.5％，纯碱1％，其他为石英。
药皮Ⅱ的成分(质量百分比)为：白泥10％，长石6％，钛白粉6％，大理石30％，萤石16％，云母5％，锰铁4％，钛铁12％，低碳硅铁2％，纯碱1％，其余为石英。
对比例1：
制备与本发明所述相似的双层药皮焊条，金属焊芯为H08A，药皮Ⅰ和药皮Ⅱ的成分相同，但药皮Ⅰ与药皮Ⅱ之间没有金属网罩，金属焊芯上没有导电桥接环。
药皮Ⅰ和药皮Ⅱ的成分(质量百分比)均为：钛白粉15％，大理石32％，萤石20％，云母5％，锰铁5％，钛铁12％，低碳硅铁2％，纯碱1％，其余为石英。
对比例2：
制备与本发明所述相似的双层药皮焊条，金属焊芯为H08A，药皮Ⅰ和药皮Ⅱ的成分不同，但药皮Ⅰ与药皮Ⅱ之间没有金属网罩，金属焊芯上没有导电桥接环。
药皮Ⅰ的成分(质量百分比)为：钛白粉15％，大理石32％，萤石20％，云母5％，锰铁5％，钛铁12％，低碳硅铁2.5％，纯碱1％，其余为石英。
药皮Ⅱ的成分(质量百分比)为：白泥10％，长石6％，钛白粉6％，大理石30％，萤石16％，云母5％，锰铁4％，钛铁12％，低碳硅铁2％，纯碱1％，其余为石英。
对比例3：
采用市售普通单层药皮焊条，牌号J507。
实施例及对比例的评定结果如表1所示。
表1
通过实施例1、2、3、4及对比例1、2、3可以看出：①在采用以层药皮以增大药皮厚度的同时，增加金属网罩固定药皮并有效增强焊条的导电性，焊接时容易引弧，焊接过程中电弧稳定，药皮熔化充分，熔渣的保护作用强，可得到理想的焊接接头，适合于野外作业；②如果只增大药皮厚度(无论两层药皮成分相同与否)，均无法达到预期的效果，不适合于野外作业；③如果不采用双层药皮，即采用普通焊条，也无法达到理想效果，不适合于野外作业。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种野外焊接用双层药皮涂药焊条，包括金属焊芯(1)、导电桥接环(2)、金属网罩(3)、药皮Ⅰ(4)、药皮Ⅱ(5)，其特征在于：所述金属焊芯(1)分为焊接段(1-1)和焊钳夹持段(1-2)，焊接段(1-1)与焊钳夹持段(1-2)分界处设有导电桥接环(2)，焊接段(1-1)的外侧由内至外依次套接有药皮Ⅰ(4)、金属网罩(3)和药皮Ⅱ(5)，导电桥接环(2)设置在药皮Ⅰ(4)靠近焊钳夹持段(1-2)一端的侧壁上，导电桥接环(2)与药皮I(4)均被套接在金属网罩(3)内，导电桥接环(2)的厚度与药皮I(4)的长度之和与金属网罩(3)的长度相同，所述药皮Ⅱ(5)包覆在金属网罩(3)外周围并通过金属网罩(3)上的网孔与药皮Ⅰ(4)连接；
所述金属网罩(3)的网孔尺寸为10目-100目，金属网罩(3)的厚度为0.1mm-1.0mm。
2.根据权利要求1所述的野外焊接用双层药皮涂药焊条，其特征在于：所述金属网罩(3)与金属焊芯(1)的材质成分中含量最高的元素相同，且该元素在金属网罩(3)与金属焊芯(1)中的质量百分比相等。
3.根据权利要求1所述的野外焊接用双层药皮涂药焊条，其特征在于：所述药皮Ⅰ(4)与药皮Ⅱ(5)的成分相同。
4.根据权利要求1所述的野外焊接用双层药皮涂药焊条，其特征在于：所述药皮Ⅰ(4)与药皮Ⅱ(5)的成分不同。
5.根据权利要求1所述的野外焊接用双层药皮涂药焊条，其特征在于：所述金属焊芯(1)的材质为铜或铜合金时，导电桥接环(2)采用铜合金制造。
6.根据权利要求1所述的野外焊接用双层药皮涂药焊条，其特征在于：所述金属焊芯(1)的材质为铝、铝合金、镁、镁合金、锡、锡合金、锌、锌合金、银、银合金的任意一种时，导电桥接环(2)采用铝合金制造。
7.根据权利要求1所述的野外焊接用双层药皮涂药焊条，其特征在于：所述金属焊芯(1)的材质为合金钢、钛、钛合金、镍、镍合金、钼、钼合金、锆、锆合金、钽、钽合金、铌、铌合金、钴、钴合金、锰、锰合金、铬、铬合金的任意一种时，导电桥接环(2)采用低碳钢制造。
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