焊接用陶瓷衬料及其生产方法

专利名称：：焊接用陶瓷衬料及其生产方法
技术领域：
：本发明涉及焊接用陶瓷衬料及其生产方法，特别涉及有用的焊接用陶瓷衬料，由于在原料煅烧期间衬料经历了较少的收缩或变形，因而提高了成品的量纲特性，确保了充分的焊接加工性能，从而该衬料能够用于平焊和向上立焊。
背景技术：
：在工业设备如造船或桥梁建设中通常用于单面焊接的焊接用陶瓷衬料主要用于平焊中。因此，已有产品的改进主要集中于平焊的焊接性上。但是，由于造船厂所用钢板等既重又大，运输起来不仅困难，而且花费巨大，增加了生产成本，因而，向上立焊技术的应用在近期呈现一种递增的趋势。通常，对用于向上立焊技术的焊接用陶瓷衬料而言，为增强耐火性，包含增量八1203的产品被大量采用，从而，该产品能够承受高焊接输入热量，例如，第316343号韩国专利公开了一种包含高达75%重量比的A1203的如是产品。如果耐火性增强，向上立焊的加工性能可得到一定程度地提高。然而，在平焊中，熔融物料滚动等现象总会发生，焊接加工性能的下降问题也得不到解决。此外，当焊接操作涉及大间隙时，即使在向上立焊中，焊接加工性能也可能被部分削弱，从而导致经济效益下降。另一方面，关于通常用于平焊的焊接用衬料，采用包含由适量二氧化硅(Si02)、氧化镁(MgO)和三氧化二铝(Al203)组成的陶瓷衬料组合物，以生成具有良好耐热性和抗冲击性的堇青石晶相作为主要组分。例如，授权给本发明发明人的第149272号韩国专利公开了该技术问题的详细内容。尽管如此，该陶乾组合物会产生具有相对低粘度的熔渣，因而不适于向上立焊。此外，由于该陶瓷组合物主要采用高岭土基泥质矿物作为二氧化硅源，在成品成型和烧结过程中会出现诸如产品收缩或变形的问题。因而，由于产品的低量纲特性导致的生产率下降，增加了生产成本。因此，亟需新型焊接用陶瓷衬料，其能无任何问题用于平焊和向上立焊中，且在产品生产中具有较小的煅烧收缩风险。本发明在如此情况下完成，本发明发明人发现，将主要用做焊接用陶瓷衬料中二氧化硅源的部分高岭土替换为瓷石，能够防止在产品烧结过程中由于煅烧产生的收缩而导致的产品变形，还能够得到即能用于平焊、又能用于向上立焊的焊接用陶瓷衬料，从而完成了本发明。发明公开因此，本发明考虑了相关技术中的上述问题而设计。本发明目的是提供焊接用陶瓷衬料，以促进常规平焊和向上立焊技术中焊接性的提高，从而使单一焊接村料能同时用于平焊和向上立焊中，且抑制了煅烧中焊接衬料的收缩或变形，因而，大大提高了产品的均匀性和生产率。本发明的另一目的是提供生产衬料的方法。为实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了通过成型和烧结陶瓷粉末获得的焊接用陶瓷衬料，以重量百分比计，该衬料包含48-52%的二氧化硅、34-37%的三氧化二铝、8-13%的氧化4美、0.5-2%的氧化4丐，剩余部分为不可缺少的杂质，包括K20、Na20和Fe203,其中，基于原料总量，用作二氧化硅源的原料包含30-49%重量比的高岭土和5-15%重量比的资石。根据本发明的另一方面，提供了生产焊接用陶瓷衬料的方法，该方法包括，通过混合各粉末态组分，得到30-49%重量比的高岭土、5-15%重量比的瓷石、30-40%重量比的滑石和10-20%重量比的三氧化二铝的混合物作为原料，并将该混合物顺序成型和烧结。通常，焊接用陶瓷村料采用粘土基材如高岭土，与滑石、三氧化二铝等一起生产。尽管如此，在决定二氧化硅含量中起重要作用的包括高岭土在内的粘土基材具有10-14%的烧失量，会在煅烧后导致产品收缩或变形。瓷石是一种包含泥质组分、硅质组分和长石质组分于一体的材料，其组分用作陶瓷的主要原料。因此，众所周知，瓷石是一种煅烧时瓷化并形成陶瓷的粘土。通常，含绢云母作为主要矿物的瓷石具有高K20含量，而含高岭石作为主要矿物的瓷石具有高A1203含量且几乎不含碱性组分(K20+A1203)。含叶蜡石作为主要矿物的瓷石具有高Si02含量，而含长石作为主要矿物的瓷石包含不超过5%的碱性组分。瓷石是一种呈白色、灰白色或淡绿色的致密岩石，其硬度随风化和蚀变程度而变。当酸性或中性岩，如花冈岩、酸性岩脉和凝灰岩在热液处理下改变时，生成瓷石，因而当经历蚀变时，根据母岩类型、原始地质构造及转化程度，生成的瓷石在矿物成分、化学成分、物理性质等方面发生改变，矿物成分可分类如下(A)由绢云母和石英组成的物质(绢云母瓷石)(B)由高岭石和石英组成的物质(高岭石瓷石)(C)由叶蜡石和石英组成的物质(叶蜡石瓷石)(D)由长石和石英组成的物质(长石瓷石)乾石通常具有如下化学成分70-80%的Si02、13-20%的A1203、0.04-1%的Fe203、0.03-0.8%的CaO、不超过0.4。/。的MgO、0.06陽4%的K20、0.1-3%的Na20以及1.5-5%的H20,此外，还具有SK26-29的耐火度，l-3的硬度，2.61-2.74的比重和约4-8%的烧失量。由于该瓷石本质上是一种混合物，因而矿物成分不恒定，性质随产地有轻微改变。作为主要二氧化硅源的高岭土的烧失量大，因而可能造成煅烧后成品收缩或形变。因此，本发明中，尝试用具有约4-8%的较小烧失量的瓷石代替部分高岭土。根据本发明，由于绢云母在物料熔融时粘度趋于增大，该趋势利于向上立焊，因此瓷石优选绢云母瓷石，此外，优选具有较小杂质如碱金属氧化物含量的瓷石。以下将给出本发明中如此定义各组分的原因。5首先，二氧化硅作为一种酸性氧化物，用于增加熔渣粘度。如果二氧化硅含量少于48%，渣粘度减小，这会导致向上立焊过程中熔融物料向下流动，使得焊接加工性能下降，封底焊道过度形成，可能产生焊瘤和焊道凸起等焊接缺陷。此外，如果二氧化硅含量大于52%，渣粘度过度增大，使得平焊中焊接加工性能下降，焊缝金属停留时间过长，可能产生焊瘤和焊道凸起等焊接缺陷。通常，在生产焊接用陶瓷衬料中，粘土基材如高岭土或滑石用作二氧化硅源，但由于粘土基材如高岭土煅烧后会有10-14%的烧失量，可能使产品发生收缩或形变。滑石包含大量的另一种重要组分氧化镁，因而衬料或焊接中全部组分的控制不容易实现。这就是本发明中包含高岭土作为主要成分，但用瓷石替代部分高呤土的原因所在。即，在本发明中，尝试基于原料总量，固定高岭土含量到30-49%重量比，瓷石含量到5-15%重量比，从而如本发明预期，控制二氧化硅的构成比率。三氧化二铝用于增强陶瓷母材的机械强度，提高耐火性，并且作为碱性氧化物降低熔融物料粘度。如果三氧化二铝含量少于34%，耐火性降低，过度熔化的焊接用陶瓷衬料可能造成烧穿。此外，机械强度下降，在运输和搬运中可能发生损坏。另一方面，如果三氧化二铝含量超过37%,熔融物料粘度下降，向上立焊中焊接加工性能降低，从而导致生产率下降、焊接缺陷发生。部分三氧化二铝由高岭土和绢云母瓷石提供，其余部分由纯三氧化二铝补足。即，本发明尝试基于原料总量，固定三氧化二铝含量到10-20%,乂人而如本发明预期控制三氧化二铝的构成比率。氧化镁是焊接用陶瓷衬料的一种主要组分，如果氧化镁含量少于8%，作为主要晶相的堇青石相含量减少，因而会破坏陶瓷衬料的耐热性和抗沖击性。当焊接热输入相对较高时，在平焊和向上立焊过程中可能损伤陶瓷，且会产生烧穿危险。另一方面，如果氧化镁含量超过13%,氧化镁过量，而相对更需要的三氧化二铝和二氧化硅含量减少，会降低焊接加工性能和耐火性。作为氧化镁的重要来源，以滑石为例进行说明。即，本发明尝试基于原料总量，固定滑石含量到30-40%，从而如本发明预期，控制氧6化镁的构成比率。氧化钙(CaO)是一种用作烧结助剂的组分，可起到如下作用降低衬料产品的煅烧温度；通过将S以CaS的形式溶解于焊剂中，除去导致纵向裂缝出现的硫(S);以及汽化以保护焊接位点。如果氧化钙含量少于0.5%，电弧稳定性下降，并且硫的存在导致焊接缺陷发生。如果氧化钓含量超过2%，可能会降低熔点，从而导致玻璃化，损伤衬料外观。和CaO—样，K20和Na20也用作烧结助剂，用于扩展煅烧温度范围，以及汽化并保护焊接位点，从而保持电弧稳定性。如果碱性氧化物如K20和Na20含量超过2%,它们会和氧化钙一样以相同方式玻璃化煅烧产品，从而降低对焊接中产生的高热输入的耐热沖击性，此外，还会产生过多焊渣。如果碱性氧化物含量少于0.8%,电弧稳定性下降，可能导致焊接缺陷，如飞溅发生。发明效果如上所述，根据本发明，可以提供在平焊和向上立焊中均能提高焊接性的焊接用陶瓷衬料，本发明实现了单一焊接衬料同时用于平焊和向上立焊中，此外，通过在煅烧中抑制焊接用衬料的收缩或变形，提高了产品质量或生产率。最佳实施方式下文通过优选实施例对本发明进行更加具体的描述。首先，描述了本发明焊接用陶瓷衬料的生产方法。首先，表l中给出了该衬料的各原料组分并以粉末态加入球磨机中，随后，将聚醋酸乙烯酯、硬脂酸、石蜡和其它添加剂加入球磨机中，所得混合物搅拌3-8小时，接着，用喷雾干燥机将混合物制成颗粒。随后，在每件产品10-30kgf/cn^的造型压力下，使用机械承压30吨的压制机对所得颗粒造型，接着，在1250-1350。C下将模制品煅烧5-12小时，炉冷。此后，用铝带包装模制品，最终得到成品。在如下所示的焊接条件下，用所得衬料进行平焊和向上立焊，此外，还完成了各种测试。结果见表2。(焊接条件)1.平焊1)焊丝DS-7100，SF-711.4(|)2)焊接电压24V3)焊接电流200A4)焊接间隙10mm5)母材厚度12mm6)焊接方法手工焊接2.向上立焊1)焊丝DS画7画，SF-711.4小2)焊4矣电压22V3)焊接电流180A4)焊接间隙10mm5)母材厚度12mm6)焊接方法手工焊接8[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>关于焊接测试，在平焊中，不出现焊接缺陷如咬边、焊瘤和焊接加工性能是最重要的因素。在向上立焊中，焊接加工性能、熔融物料的滚动和焊渣剥离性是最重要的评价指标。由表2测试结果可知，实施例1-3中陶瓷母材的组分属于本发明的最优选范围，平焊和向上立焊中，在焊渣剥离性，焊接加工性能等方面均取得了良好的结果，但比较例焊接结果均不佳。对这些比较例问题的详细分析将在下面给出。首先，比较例1是未使用瓷石而仅使用了高岭土制得的产品。该产品在平焊中给出了良好的焊接结果，但由于熔渣的高粘度，在向上立焊中焊接加工性能被破坏。比较例2也仅使用了高岭土，此例中，高岭土的量增加以增加二氧化硅的加入量，但高岭土的高烧失量导致了产品过分收缩和变形。此外，在平焊中，产品变形使得焊接后得到的封底焊道的形状不佳，且焊接加工性能有一定程度上被破坏的趋势。比较例3是使用具有高耐火性的高价原料耐火泥制得的产品，是采用现有技术、通过增强耐火性提高焊接性而制得的样品。由于该产品具有高耐火性，在平焊中陶瓷材料熔融不充分，导致了焊接缺陷如咬边的出现。比较例4是使用普通陶瓷厂生产过程中使用的原料制得的样品。该产品在向上立焊中展现出优异的焊接加工性能和良好的焊接性，但由于原料是用于陶瓷生产中的物料，当在期望温度下煅烧时，产品瓷化和过度收缩发生，使得产品形状不佳。此外，如此高的二氧化硅含量导致了焊接加工性能被破坏。比较例5是使用所含原料组分与瓷石相似的长石制得的样品。由于长石包含大量杂质如碱性氧化物，且耐火性很低，当在堇青石相形成的温度下煅烧时，产品玻璃化而过度收缩，形成了不规则的形状。焊接性方面，在焊接热输入作用下，过度熔融发生，导致了焊接缺陷如焊瘤的出现。比较例6和7是使用本发明中选择的瓷石制得的样品。该产品具有优美的形状和外观，但由于比较例6中瓷石含量过高，使得二氧化12硅含量很高，在平焊中焊接性被破坏。比较例7中瓷石含量低于标准量，在向上立焊中焊接加工性能被破坏。因此，本发明通过有限的实施例进行描述，但不限于这些实施例。本发明所属
技术领域：
中的普通技术人员会理解各种变更与修改在与本发明技术理念相同的范围内都是有可能的。权利要求1.通过成型和烧结陶瓷粉末制得的焊接用陶瓷衬料，以重量百分比计，所述衬料包含48-52％的二氧化硅、34-37％的三氧化二铝、8-13％的氧化镁、0.5-2％的氧化钙，剩余部分为不可避免的杂质，包括K2O、Na2O和Fe2O3，其中，基于原料总量，用作所述二氧化硅源的原料包含30-49％重量比的高岭土和5-15％重量比的瓷石。2.如权利要求1所述的焊接用陶瓷衬料，其中瓷石是绢云母瓷石。3.生产焊接用陶瓷衬料的方法，所述方法包括通过混合各粉末态组分，得到30-49%重量比的高岭土、5-15%重量比的瓷石、30-40%重量比的滑石和10-20%重量比的三氧^匕二铝的混合物，并将所述混合物顺序成型和烧结。4.如权利要求3所述的生产焊接用陶瓷衬料的方法，其中瓷石是绢云母瓷石。全文摘要本发明提供了焊接用陶瓷衬料，以重量百分比计，包含48-52％的二氧化硅、34-37％的三氧化二铝、8-13％的氧化镁、0.5-2％的氧化钙，剩余部分为不可避免的杂质，包括K₂O、Na₂O和Fe₂O₃，其中，基于原料总量，用作二氧化硅源的原料包含30-49％重量比的高岭土和5-15％重量比的瓷石。该陶瓷衬料是有用的，由于在原料煅烧期间衬料经历了较少的收缩或变形，因而提高了成品的量纲特性，确保了充分的焊接加工性能，从而该衬料可用于平焊和向上立焊。文档编号C04B35/14GK101502921SQ200910008490公开日2009年8月12日申请日期2009年2月4日优先权日2008年2月4日发明者刘石镇,郑夏文,郑武秀申请人:郑武秀