CN117381229B - 一种高纤维素焊条及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高纤维素型焊条，其包括焊芯和焊药，所述焊药压涂在焊芯表面上，焊药占焊条总质量的38‑43%；按重量计算，所述焊药由如下组分制成：10‑15份微晶纤维素、10‑15份钛铁矿、10‑15份大理石、15‑20份高纯纤维素、3‑5份硼钙CMC、10‑14份锰铁、5‑10份白泥、5‑8份白土子、6‑8份伊利石、3‑5份钛白粉、3‑5份钛铁、1‑2份钼铁、28‑32份水玻璃。本发明通过合理配方使焊条达到酸碱平衡和氧化还原平衡并具有适宜的粘度及渣系组成，工艺稳定性好，焊接牢固可靠性能好，焊缝具有较优抗低温特点，焊缝金属具有良好的力学性能，在管道焊接中可发挥重要作用。

Description

一种高纤维素焊条及其制备方法

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及一种高纤维素焊条及其制备方法。

背景技术

焊条(covered electrode)气焊或电焊时熔化填充在焊接工件的接合处的金属条。焊条由焊芯和外部的焊药所组成，被焊药包覆的金属芯称为焊芯，压涂在焊芯表面上的涂料层称为焊药。焊接过程中焊条焊药熔化分解生成气体和熔渣，在气体和熔渣的共同保护下，有效地扣除周围空气对熔化金属的有害影响。通过高温下熔化金属与熔渣间的治金反应，还原并净化焊缝金属，从而得到优质的焊缝。焊芯的作用：①作为电极产生电弧；②在电弧的作用下熔化后，作为填充金属与熔化了的母材混合形成焊缝。焊药的作用:①稳弧作用：焊条焊药中含有稳弧物质可保证电弧容易引燃和燃烧稳定；②保护作用：焊条焊药熔化后产生大量的气体笼罩着电弧区和熔池，基本上能把熔化金属与空气隔绝开，保护熔融金属。熔渣冷却后，在高温焊缝表面上形成渣壳，或防止焊缝表面金属不被氧化并减缓焊缝的冷却速度，改善煤缝成形；③冶金作用：焊药中加有脱氧剂和合金剂，通过熔渣与熔化金属的化学反应，可减少氧、硫等有害物质对焊缝金属的危害，使焊缝金属获得符合要求的力学性能；④掺合金：由于电弧的高温作用，焊缝金属中所含的某些合金元素被烧损（氧化或氮化) ，通过在焊条焊药中加入铁合金或纯金属元素，使之随焊药的熔化而过渡到焊缝金属中去，以弥补合金元素的烧损，提高焊缝金属的力学性能。⑤改善焊接的工艺性能：通过调整焊药成分可改变焊药的熔点和凝固温度，使焊条末端形成套筒，产生定向气流，有利于熔滴过渡，可适应各种焊接位置的需要。

按焊条焊药熔化后所形成熔渣的酸碱性不同可分为: 碱性焊条 (熔渣碱度>1.5)和酸性焊条(熔渣碱度<1.5) 两大类。酸性焊条焊药中主要含有TiO₂、MnO₂、FeO、SiO₂等氧化物及少量有机物，氧化性较强，施焊时焊药中合金元素烧损较大，焊缝金属的氧氮含量较高故煤缝金属的力学性能 (特别是冲击韧性) 较低；酸性渣难于脱硫脱磷，因而焊条的抗裂性较差；酸性渣较黏，在冷却过程中渣的黏度增加缓慢称为“长渣”。但其工艺性能良好，成形美观，特别是对锈油、水分等的敏感度不大，抗气孔能力强。酸性焊条广泛用于一般结构的焊接。碱性焊条焊药中主要含有CaCO₃、CaF、CaSiO₂、MgCO₃等碱性造渣物，并含有较多的铁合金，如锰铁、钦铁、铂铁、钒铁、硅铁等作为脱氧剂和渗合金剂，使焊条有足够的脱氧能力。碱性渣流动性好，在冷却过程中渣的黏度增加很快，称为“短渣”。碱性焊条的最大特点是焊缝金属中含气量低，所以也叫“低氢焊条”。碱性焊条焊药中的某些成分能有效地脱硫脱磷，故其抗裂性能良好，焊缝金属的力学性能，特别是冲击韧性较高。碱性焊条多用于焊接重要结构，高压锅炉和压力容器、压力管道制造中广泛地使用碱性焊条。碱性焊条的缺点是对锈、油、水分较敏感，容易在焊缝中产生气孔缺陷：电弧稳定性差，一般只能用于直流电施焊。

高纤维素型焊条又称为管道焊接专用焊条，管道焊接专用高纤维素焊条的应用领域包括：石化、石油、天然气、造船、管道工程、化工设备、锅炉、压力容器、风力发电、核电站以及其他需要高质量焊接的行业和领域。纤维素焊条用于立向下焊，纤维素焊条电弧含有熔深大，穿透力强，根部打底焊单面双面成型好，气孔敏感性小，操作难度小，焊缝内外质量高，焊工易掌握，培训周期短等工艺特点，但是纤维素焊条也必须具有良好的工艺性能，包括焊药应具有适宜的熔点和粘度，同时焊药渣系应当合适。在使用纤维素焊条焊接管道时焊接中气孔、夹渣、未焊透、未熔合、咬边、裂纹等时有发生。为了更好地适应国内外市场需求，需不断开发性能优异和改善焊接质量的高纤维素型焊条。

发明内容

（一）要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种高纤维素型焊条及其制备方法，其通过合理配方使焊条达到酸碱平衡和氧化还原平衡并具有适宜的熔点和粘度及渣系组成，保证焊条具有优良的焊接工艺性能，更能满足管线焊接的应用要求。

（二）技术方案

本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种高纤维素型焊条，其包括焊芯和焊药，所述焊药压涂在焊芯表面上，焊药占焊条总质量的38-43%；按重量计算，所述焊药由如下组分制成：10-15份微晶纤维素、10-15份钛铁矿、10-15份大理石、15-20份高纯纤维素、3-5份硼钙CMC、10-14份锰铁、5-10份白泥、5-8份白土子、6-8份伊利石、3-5份钛白粉、3-5份钛铁、1-2份钼铁、28-32份水玻璃。

根据本发明的较佳实施例，所述焊药由如下组分制成：12.8份微晶纤维素、12.6份钛铁矿、12.0份大理石、17.8份高纯纤维素、4份硼钙CMC、12.4份锰铁、7.9份白泥、6.7份白土子、7.3份伊利石、4.5份钛白粉、4份钛铁、1.6份钼铁、30份水玻璃。

根据本发明的较佳实施例，所述微晶纤维素呈颗粒状，尺寸为40-100nm。使用这种纳米级微晶纤维素，制得的焊药性能更佳均匀，工艺性能更稳定。

根据本发明的较佳实施例，所述大理石中碳酸钙含量≥96%，主要可用于提供碱性造渣物。

根据本发明的较佳实施例，钛铁矿的主要成分为FeTiO₃，其中TiO₂含量为52-53%，主要可用于提供酸性造渣物。

根据本发明的较佳实施例，高纯纤维素为纤维素含量＞80%的精制纤维素，分子式为(C₆H₁₀O₅)_m；硼钙CMC中氧化钙含量为30-40wt.%、CMC含量为40-50wt.%、B含量0.35-0.6wt.%、S≤0.05 wt.%、P≤0.05 wt.%。所述高纯纤维素例如灵寿县青岭矿产加工厂制备的商品化金晶纤维。

高纯纤维素（金晶纤维）是一种纤维素含量超过80%的精制纤维素。用高纯纤维素生产的焊条，可以极大减少烟雾和消除异味气体的产生。纤维素的分子式为(C₆H₁₀O₅)_m，在充分燃烧时，不产生任何烟尘，在焊接条件下的不充分燃烧，也只有少量清淡烟雾而无任何气味。常见木粉、竹粉中只含40%左右的纤维素，其余为木质素及杂质；这些木质素及杂质在各种条件下燃烧，都会产生较浓的烟雾及刺激性气味。所述金晶纤维是采用纤维素含量高的天然纤维，经去木质素及杂质的多道生产工艺，使纤维素富集含量达80%以上，全干燥条件下可达90%以上的精制纤维素。使用金晶纤维制作焊条，成功解决了烟尘大、气味浓的技术难题，又保证了焊条压涂性能及再引弧性能，而压涂性能及再引弧性能又与微晶纤维相匹美，价格仅其50%以下。所述金晶纤维的纤维素≥80%、水分≤12%、灰分≤10%，颗粒度为100%过50目，过80目＞80%。此外，使用金晶纤维制备焊条，具有消烟除味，价廉物美的特点。

根据本发明的较佳实施例，所述锰铁为冶炼碳素锰铁，矿石含锰量33%-40%，锰铁比3.8-7.8，磷锰比0.002-0.005，用于提供掺合金，弥补合金元素的烧损，提高焊缝金属的力学性能，还作脱氧剂和脱硫剂。

根据本发明的较佳实施例，所述钛白粉为金红石型钛白粉，提供酸性造渣物。

根据本发明的较佳实施例，钛铁(ferrotitanium)主成分为钛和铁的铁合金；所述钛铁主要成分为FeTi₄O ，其含Ti 35-45%，Al<9.5%，Si<4.0%。钛铁可作为脱硫剂、脱氧剂等，提供酸性造渣物。

根据本发明的较佳实施例，钼铁主要用作脱氧剂和渗合金剂，钼铁中钼含量为50-60wt.%，弥补合金元素的烧损，提高焊缝金属的力学性能。

根据本发明的较佳实施例，所述水玻璃为钾水玻璃，钾水玻璃的模数为3-3.2，波镁度为38-42°Bé。该模数的水玻璃粘度大，稳定性适中，粘结力强。水玻璃主要作物无机强粘合剂，是一种碱性粘合剂，提供酸性造渣物。

根据本发明的较佳实施例，所述大理石、白泥、白土子和伊利石的粒度为100-150目，所述钛铁矿、硼钙CMC、锰铁、钛白粉、钛铁和钼铁的粒度为60-80目。

根据本发明的较佳实施例，所述焊芯为H08钢芯，直径为5-7mm，优选为5.5mm或6.5mm。

第二方面，本发明提供上述高纤维素型焊条的制备方法，其包括如下工艺步骤：S1、将钢丝经拔丝机多道模具拉拔得到所需直径，经校直后截断成预定长度的焊芯；

S2、按照焊药配方称量各原料，将除水玻璃之外的原料在搅拌锅中干法搅拌5-10min，然后加入水玻璃进行湿搅拌5-10min，得到湿焊药；

S3、将焊芯和湿焊药分别利用送丝机和涂粉机，将湿焊药压涂到焊芯上，经磨头磨尾处理后，进入五层链式烘干炉烘干，烘干后分装。

（三）有益效果

本发明通过调整纤维素加入的总量及应用新型纤维素（高纯纤维素,如金晶纤维）取代传统纤维素，具有稳弧、造气同时对湿焊药还有增塑作用，抑制加热时的飞散的发生，使纤维素焊条的整体焊接工艺性能得到大幅提升，更加符合在管线焊接中的应用要求，解决烟尘大、气味浓的技术难题，又保证了焊条压涂性能及再引弧性能，而压涂性能及再引弧性能又与微晶纤维相匹美，具有消烟除味，价廉物美的特点，在施焊条件相同情况下，烟气产生量仅为常见管道纤维素焊药释放量的10%左右，不仅环保而且焊缝成型质量更好。

本发明通过优化配方设计，使焊药的配方合理，达到酸碱平衡（使酸性造渣物和碱性造渣物的性能平衡，有效发挥酸性焊条和碱性焊条的综合性性优势）和氧化还原平衡的基本原理，使焊条具备适宜的粘度及渣系组成，工艺稳定性好，焊接牢固可靠性能好，焊缝具有较优抗低温特点，在-30℃下冲击吸收功大于70J。

此外，本发明的焊条电弧吹力大，单面焊双面成型，熔渣少易清除，焊接速度快，焊缝金属具有良好的力学性能，并具有优良的抗气孔和抗裂性能等特点，是管线现场环缝全位置立向下焊接专用焊条，在管道焊接中起到重要作用。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明提供的一种专用于管道焊接的高纤维素型焊条，其包括焊芯和焊药，所述焊药压涂在焊芯表面上，焊药占焊条总质量的38-43%；按重量计算，所述焊药由如下组分制成：10-15份微晶纤维素、10-15份钛铁矿、10-15份大理石、15-20份高纯纤维素、3-5份硼钙CMC、10-14份锰铁、5-10份白泥、5-8份白土子、6-8份伊利石、3-5份钛白粉、3-5份钛铁、1-2份钼铁、28-32份水玻璃。

其中，微晶纤维素呈颗粒状，尺寸为40-100nm。使用这种纳米级微晶纤维素，相比常规的长20μm-50μm的纤维状微晶纤维素，其制得的焊药性能更均匀，焊接工艺性能更优。

大理石中碳酸钙含量≥96%，主要用于提供碱性造渣物；钛铁矿的主要成分为FeTiO₃(可表示为FeO·TiO₂),含有少量MgO、CaO、SiO₂等杂质。其中TiO₂含量为52-53%，主要用于提供酸性造渣物。主要起造气、造渣作用，在焊接过程中碳酸钙分解成氧化钙和二氧化碳气体，二氧化碳可以使熔池始终处于惰性气体保护中。本发明的焊药中大理石的重量份数为10-15份。例如大理石的重量份数可以为10份、13份或15份等。

钛白粉即二氧化钛，能够稳定电弧，降低飞溅，与其他造渣剂搭配可改善脱渣。本发明的焊药中金红石的重量份数为3-5份。例如可以为3份、4份、3.5份、5份等。

硼钙CMC即羧甲基纤维素钠，可增加药粉的流动性，使焊条易于均匀的压涂在焊芯表面，提高焊条焊药的抗裂性，用量过多会增加焊药的吸潮性，易出气孔。本发明的焊药中硼钙CMC的重量份数为3-5份,例如可以为3份、3.5份、4份或5份等。

高纯纤维素的纤维素富集含量达80%以上，全干燥条件下可达90%以上的精制纤维素，优选水分≤8%、灰分≤8%，颗粒度为100%过50目，过80目＞80%。金晶纤维即为一种高纯纤维素纤维，在施焊温度下具有环境洁净，烟气产生量少，飞溅较少，焊缝可观察性较好等优点。

锰铁，冶炼碳素锰铁，矿石含锰量33%-40%，锰铁比3.8-7.8，磷锰比0.002-0.005；主要作脱氧剂，渗合金剂及脱硫剂，其用量不能过多，否则易导致飞溅。

白泥又叫高岭土矿，属于非金属矿产。主要化学成分大概是SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃，其用于提供酸性造渣物，而白土子是一种微细的碳酸钙的沉积物，可提供碱性造渣物。伊利石是常见的一种黏土矿物，常由白云母（KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂）、钾长石(主要成分KAlSi₃O₈)风化而成，并产于泥质岩中或由其他矿物蚀变形成。伊利石具有富钾、高铝、低铁及光滑、明亮、细腻、耐热等优越的化学、物理性能。摩斯硬度1-2，比重2.6-2.9，无膨胀性和可塑性。伊利石可提供酸性造渣物，同时还具有粘合剂和赋形剂的作用。

钛铁(ferrotitanium)主成分为钛和铁的铁合金，还含有铝、硅、碳、硫、磷、锰等杂质；钛铁主要成分为FeTi₄O (含Ti 35-45%，Al<9.5%，Si<4.0%)，其用作脱氧剂、除气剂和碳硫稳定剂，其用于脱氧，改善钢的质量和提高钢锭的成材率。钛与溶解在钢液中的氮可结合成稳定的氮化钛，能消除氮对钢性能的不良影响。钛与钢液中的硫生成硫化钛，可以消除导致热脆的硫化铁生成。钛与碳生成极稳定的碳化钛，碳化钛的微粒可阻止钢晶粒长大，细化钢的组织，使钢的强度提高。在焊条中使用钛铁作为焊药的组分，可发挥类似在钢液中的作用，并提高焊接质量。

钼铁主要用作脱氧剂和渗合金剂，钼铁中钼含量为50-60wt.%，钼能溶入碳化物，使(Fe、Cr)₇C₃的硬度和强度都得到改善，相应改善了材料抗磨性能。焊药中钼铁的重量份数为1-2份的任意取值。将钼铁用于焊条焊药，作为渗合金剂，弥补合金元素的烧损，提高焊缝金属的力学性能。

水玻璃为钾水玻璃，钾水玻璃的模数为3-3.2，波镁度为38-42°Bé。该模数的水玻璃粘度大，稳定性适中，粘结力强。该水玻璃为碱性粘合剂，在焊条使用过程中可提供酸性造渣物。

本发明高纤维素型焊条的制备方法，包括：（1）焊芯的制备：焊芯采用H08A盘条(直径5.5mm或6.5mm)根据不同生产规格的要求，经拔丝机多道模具拉拔到所需的焊芯直径，然后经过校直后切断为所需长度的焊芯即可。（2）焊药的制备：根据焊药配方，经自动配粉线称量好各种所需物料，将配好的混合料加入搅拌锅中进行5-10min干搅拌，然后加入调配好的水玻璃（钾水玻璃的模数为3-3.2，波镁度为38-42°Bé）进行湿搅拌，搅拌时间为5-10min，将水玻璃和焊药搅拌均匀，得到湿焊药。（3）将制备好的焊芯和湿焊药分别利用送丝机和涂粉机，将湿焊药压涂到焊芯上，经过磨头磨尾处理后进入五层链式烘干炉烘干后,印字包装。

下面通过一些具体的实施例对本发明进行详述，实施例中所用材料的规格或参数未特别说明的参照上文；份数未特别说明的，为质量份数。

实施例1

本实施例的高纤维素型焊条包含焊芯和焊药，焊药由如下材料制成：12.8份微晶纤维素、12.6份钛铁矿、12.0份大理石、17.8份金晶纤维、4份硼钙CMC、12.4份锰铁、7.9份白泥、6.7份白土子、7.3份伊利石、4.5份钛白粉、4份钛铁、1.6份钼铁、30份水玻璃。

其中，微晶纤维素为颗粒状，尺寸为40-100nm；大理石中碳酸钙含量为97wt%。钛铁矿的TiO₂含量为52.66%，钛白粉为金红石型钛白粉；钼铁中钼含量为56wt.%。钛铁主要成分为FeTi₄O ，含Ti 42%，Al<9.5%，Si<4.0%。所述金晶纤维中纤维素含量为85%，水分9%，灰分6%，粒度为80%过80目，100%过50目。水玻璃为钾水玻璃，钾水玻璃的模数为3，波镁度为40°Bé。原料中，大理石、白泥、白土子和伊利石的粒度为100目，除水玻璃外的其余材料粒度为60目。

制备时，选用6.5mm的H08焊芯，将除水玻璃外的粉料在搅拌锅干搅拌10min，然后加入调配好的水玻璃湿搅拌10min，得到湿焊药。将制备好的焊芯和湿焊药分别利用送丝机和涂粉机，将湿焊药以8MPa压涂到焊芯上，经过磨头磨尾处理后,进入五层链式烘干炉烘干，成品中焊药占焊条总质量的42%。

实施例2

本实施例的高纤维素型焊条包含焊芯和焊药，焊药由如下材料制成：10份微晶纤维素、12.5份钛铁矿、12.5份大理石、17.5份金晶纤维、4份硼钙CMC、12份锰铁、7.5份白泥、6.5份白土子、7份伊利石、4份钛白粉、4份钛铁、1.5份钼铁、30份水玻璃。原料参数和制备过程参见实施例1，成品中焊药占焊条总质量的42%。

实施例3

本实施例的高纤维素型焊条包含焊芯和焊药，焊药由如下材料制成：15份微晶纤维素、12.5份钛铁矿、12.5份大理石、17.5份金晶纤维、4份硼钙CMC、12份锰铁、7.5份白泥、6.5份白土子、7份伊利石、4份钛白粉、4份钛铁、1.5份钼铁、30份水玻璃。原料参数和制备过程参见实施例1，成品中焊药占焊条总质量的41%。

实施例4

本实施例的高纤维素型焊条包含焊芯和焊药，焊药由如下材料制成：12.5份微晶纤维素、12.5份钛铁矿、12.5份大理石、20份金晶纤维、4份硼钙CMC、12份锰铁、7.5份白泥、6.5份白土子、7份伊利石、4份钛白粉、4份钛铁、1.5份钼铁、30份水玻璃。原料参数和制备过程参见实施例1，成品中焊药占焊条总质量的43%。

实施例5

本实施例的高纤维素型焊条包含焊芯和焊药，焊药由如下材料制成：12.5份微晶纤维素、12.5份钛铁矿、12.5份大理石、15份金晶纤维、4份硼钙CMC、12份锰铁、7.5份白泥、6.5份白土子、7份伊利石、4份钛白粉、4份钛铁、1.5份钼铁、30份水玻璃。原料参数和制备过程参见实施例1，成品中焊药占焊条总质量的42%。

实施例6

本实施例的高纤维素型焊条包含焊芯和焊药，焊药由如下材料制成：12.5份微晶纤维素、12.5份钛铁矿、12.5份大理石、17.5份金晶纤维、5份硼钙CMC、12份锰铁、7.5份白泥、6.5份白土子、7份伊利石、4份钛白粉、4份钛铁、1.5份钼铁、30份水玻璃。原料参数和制备过程参见实施例1，成品中焊药占焊条总质量的42%。

实施例7

本实施例的高纤维素型焊条包含焊芯和焊药，焊药由如下材料制成：12.5份微晶纤维素、12.5份钛铁矿、12.5份大理石、17.5份金晶纤维、3份硼钙CMC、12份锰铁、7.5份白泥、6.5份白土子、7份伊利石、4份钛白粉、4份钛铁、1.5份钼铁、30份水玻璃。原料参数和制备过程参见实施例1，成品中焊药占焊条总质量的42%。

实施例8

本实施例的高纤维素型焊条包含焊芯和焊药，焊药由如下材料制成：12.5份微晶纤维素、12.5份钛铁矿、12.5份大理石、17.5份金晶纤维、4份硼钙CMC、12份锰铁、7.5份白泥、6.5份白土子、6份伊利石、4份钛白粉、4份钛铁、1.5份钼铁、30份水玻璃。原料参数和制备过程参见实施例1，成品中焊药占焊条总质量的42%。

实施例9

本实施例的高纤维素型焊条包含焊芯和焊药，焊药由如下材料制成：12.5份微晶纤维素、12.5份钛铁矿、12.5份大理石、17.5份金晶纤维、4份硼钙CMC、12份锰铁、7.5份白泥、6.5份白土子、8份伊利石、4份钛白粉、4份钛铁、1.5份钼铁、30份水玻璃。原料参数和制备过程参见实施例1，成品中焊药占焊条总质量的42%。

实施例10

本实施例的高纤维素型焊条包含焊芯和焊药，焊药由如下材料制成：13份微晶纤维素、15份钛铁矿、10份大理石、18份金晶纤维、4.5份硼钙CMC、14份锰铁、10份白泥、8份白土子、7.5份伊利石、5份钛白粉、5份钛铁、2份钼铁、32份水玻璃。原料参数和制备过程参见实施例1，成品中焊药占焊条总质量的44%。

实施例11

本实施例的高纤维素型焊条包含焊芯和焊药，焊药由如下材料制成：10份微晶纤维素、10份钛铁矿、14份大理石、16份金晶纤维、3份硼钙CMC、10份锰铁、5份白泥、8份白土子、6份伊利石、3份钛白粉、3份钛铁、1份钼铁、28份水玻璃。原料参数和制备过程参见实施例1，成品中焊药占焊条总质量的41%。

对比例1

本对比例与实施例1不同的是，将其中微晶纤维素替换成等量的微米级微晶纤维素，其长度为20-50μm的纤维状微晶纤维素。其余原料参数和制备过程参见实施例1，成品中焊药占焊条总质量的42%。

对比例2

本对比例与实施例1不同的是，将其中微晶纤维素替换成等量的纳米级微晶纤维素，其长度为2.5-10nm的颗粒状微晶纤维素。其余原料参数和制备过程参见实施例1，成品中焊药占焊条总质量的42%。

对比例3

本对比例与实施例1不同的是，将其中钾水玻璃替换成模数为2.4的钾水玻璃，波美度为40°Bé。其余原料参数和制备过程参见实施例1，成品中焊药占焊条总质量的42%。

对比例4

本对比例与实施例1不同的是，本对比例中将伊利石换成等量的萤石（氟化钙含量≥95wt%）。其余原料参数和制备过程参见实施例1，成品中焊药占焊条总质量的42%。

对比例5

本对比例与实施例1不同的是，本对比例中金晶纤维的用量为0，并使用常规市售木质纤维素取代所述的金晶纤维。其余原料参数和制备过程参见实施例1，成品中焊药占焊条总质量的42%。

将实施例1-11和对比例1-5进行熔覆金属化学成分检测，熔覆金属化学成分如表1所示。

表1：

由上表可知，本发明制备的纤维素焊条的熔覆金属化学成分均符合：C≤0.20、Mn≤1.20、Si≤1.00、S≤0.035、P≤0.040、Ni≤0.30、Cr≤0.20、Mo≤0.30、V≤0.08等限制性要求。

以上各焊条焊接电流设置为130A，熔覆金属性能测试结果如下表：

表2:

注：Rm，抗拉强度；ReL为屈服极限下屈服强度；Rp0.2为屈服强度，规定非比例延伸率为0.2%时的延伸强度。A%为延伸率。KV₂（J），-30℃表示在零下30℃时材料的冲击吸收功。前述各参数越高表示焊条熔覆金属性能越好，即焊接质量越优。

由上表可知，各实施例的焊条熔覆金属性能为：Rm(N/mm²)≥470，ReL/R_p0.2≥370，A(%)≥23.5，-30℃下KV₂（J）≥70，可见其焊缝质量远优于对比例1-5。此外，与对比例焊条的工艺性相比，本发明实施例中的纤维素焊条焊接过程中渣系流动性很好，焊接后通过渗透着色探伤均未发现裂纹，焊接飞溅小，焊缝成型良好且美观，熔覆金属HRC硬度达60-70，抗裂性好，抗气孔性优，兼具酸性焊药和碱性焊药的综合优势。对比例5虽然纤维素总量与实施例1相同，但其将金晶纤维替换成普通市售纤维素后，施焊过程中刺激性气味很大，同时烟尘较重，飞溅明显，严重影响了施焊的质量，导致焊缝成型差。

本发明的焊条的焊药中所加的伊利石，白泥，白土子，大理石等成分，在电弧温度下起造渣造气功能，可以提高焊条的抗气孔性能。其中的钛铁矿、锰铁、钼铁成分可以提高焊缝硬度，韧性和屈服强度。本发明使用的新型纤维素（金晶纤维），所制备的焊条成品表面焊药光滑平整，压涂性好，发挥良好的稳弧和造气作用，抑制加热时的飞散的发生，满足管线焊接中的应用要求。

在实际应用中，本发明提供的焊条可发挥良好的稳弧作用，保护电弧及熔池，防止产生气孔，起到脱氧、脱硫、脱磷等有害气体及杂质的作用，保证了焊接工艺性能和焊缝机械性能，改善焊缝质量，有利于提高焊接作业效率，降低管道焊接成本，使管道尤其使难以二次施工的地埋管道或水下管道具有更长的服役寿命，大幅减少维护成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种高纤维素型焊条，其特征在于，其包括焊芯和焊药，所述焊药压涂在焊芯表面上，焊药占焊条总质量的38-43%；按重量计算，所述焊药由如下组分制成：10-15份微晶纤维素、10-15份钛铁矿、10-15份大理石、15-20份高纯纤维素、3-5份硼钙CMC、10-14份锰铁、5-10份白泥、5-8份白土子、6-8份伊利石、3-5份钛白粉、3-5份钛铁、1-2份钼铁、28-32份水玻璃；

所述高纯纤维素是采用纤维素含量高的天然纤维，经去木质素及杂质的多道生产工艺制备的精制纤维素，其中纤维素含量＞80%、水分≤12%、灰分≤10%，颗粒度为100%过50目，过80目＞80%；

所述微晶纤维素呈颗粒状，尺寸为40-100nm。

2.根据权利要求1所述的高纤维素型焊条，其特征在于，所述焊药由如下组分制成：12.8份微晶纤维素、12.6份钛铁矿、12.0份大理石、17.8份高纯纤维素、4份硼钙CMC、12.4份锰铁、7.9份白泥、6.7份白土子、7.3份伊利石、4.5份钛白粉、4份钛铁、1.6份钼铁、30份水玻璃。

3.根据权利要求1所述的高纤维素型焊条，其特征在于，所述大理石中碳酸钙含量≥96%；所述钛铁矿的主要成分为FeTiO₃，其TiO₂含量为52-53%；所述锰铁为冶炼碳素锰铁，矿石含锰量33%-40%，锰铁比3.8-7.8，磷锰比0.002-0.005；所述钛白粉为金红石型钛白粉；所述钼铁中钼含量为50-60wt.%。

4.根据权利要求1所述的高纤维素型焊条，其特征在于，所述钛铁主要成分为FeTi₄O ，其含Ti 35-45%，Al<9.5%，Si<4.0%。

5.根据权利要求1所述的高纤维素型焊条，其特征在于，硼钙CMC中氧化钙含量为30-40wt.%、CMC含量为40-50wt.%、B含量0.35-0.6wt.%、S≤0.05 wt.%、P≤0.05 wt.%。

6.根据权利要求1所述的高纤维素型焊条，其特征在于，所述水玻璃为钾水玻璃，钾水玻璃的模数为3-3.2，波镁度为38-42°Bé。

7.根据权利要求1所述的高纤维素型焊条，其特征在于，所述大理石、白泥、白土子和伊利石的粒度为100-150目，所述钛铁矿、硼钙CMC、锰铁、钛白粉、钛铁和钼铁的粒度为60-80目。

8.根据权利要求1所述的高纤维素型焊条，其特征在于，所述焊芯为H08钢芯，直径为5-7mm。

9.一种权利要求1-8任一项所述的高纤维素型焊条的制备方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：

S1、将钢丝经拔丝机多道模具拉拔得到所需直径，经校直后截断成预定长度的焊芯；

S2、按照焊药配方称量各原料，将除水玻璃之外的原料在搅拌锅中干法搅拌5-10min，然后加入水玻璃进行湿搅拌5-10min，得到湿焊药；

S3、将焊芯和湿焊药分别利用送丝机和涂粉机，将湿焊药压涂到焊芯上，经磨头磨尾处理后，进入五层链式烘干炉烘干，烘干后分装。