专利名称：新渣系不锈钢焊条的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新渣系不锈钢焊条。
背景技术：
现有的国内生产的不锈钢焊条一直存在下列问题(1)药皮发红、开裂，生产中浪费量大；(2)容易产生气孔，影响焊接质量；(3)电弧稳定性、脱渣性还不够好等问题，本发明新渣系不锈钢焊条有效的解决了以上的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种交流稳弧性、脱渣性、抗气孔等性能良好的新渣系不锈钢焊条。
上述的目的通过以下的技术方案实现一种新渣系不锈钢焊条，其组成包括药皮，焊芯，所述的药皮的辅料的重量份数为金红石的重量份数为35～44，长石的重量份数为15～24，大理石的重量份数为6～15，萤石的重量份数为2～6，硅灰石的重量份数为0～9，菱苦土的重量份数为0～9，钛白粉的重量份数为0～16，赤铁矿的重量份数为0～9，氟化铝的重量份数为0～5，云母的重量份数为0～9，碳酸钡的重量份数为0～4，金属铬的重量份数为6～8，镍粉的重量份数为1～2，纯碱的重量份数为0～1，电解锰的重量份数为3～5，钛铁的重量份数为4～7。
上述的新渣系不锈钢焊条，所述的新渣系不锈钢焊条的焊芯H0Cr21Ni10。
这个技术方案有以下有益效果1.本发明焊条药皮辅料含有金红石和钛白粉。金红石和钛白粉为二氧化钛的两种不同的存在形式，加入特定比例的二氧化钛与其他成分协同后，具有稳弧、降低熔渣粘度(主要在高温时)、造成短渣、增加导电性、改善脱渣等特点。
药皮中二氧化钛的通常由钛白粉和金红石两者搭配使用。因为加入特定比例的钛白粉能使药皮具有良好的塑性，改善焊条压涂工艺性能，但用量不能过多，否则不仅成本高而且容易使焊条发红；另一方面，二氧化钛也不可能完全以金红石形式加入，这不仅是因为金红石不像钛白粉那样可以改善焊条的压涂工艺性能，更重要的是由于我国金红石资源较少，在药皮里常以钛白粉代替一部分金红石，这是减少金红石用量的途径之一。由试验可知金红石与钛白粉之比保持本发明的比例时，基本上可以取长补短。
2.本发明中焊条药皮辅料含有特定份额的碳酸盐类物质大理石和菱苦土。并且本发明中还加入了特定份额的碳酸钡，与多种辅料搭配起协同作用。在钛钙型焊条中，这些辅料的搭配和协同作用可以有效改善熔渣流动性，降低气孔和白点的倾向，并对脱硫、脱磷、抗裂纹有利。但用量不能太高，否则会使熔渣冷却过程中表面张力的增长速度减慢。亦即削弱了短渣性能，使得熔渣过于流动，影响焊缝成形，不利于操作。同时还会使药皮熔点升高，以致采用空载电压较低的交流电焊机焊接时容易断弧，本发明的配比有效地考虑了这一因素。
碳酸盐中以大理石、菱苦土、碳酸钡配合使用较好。镁盐对提高焊缝的塑性和韧性比钙盐更有利，同时镁盐还可以改善渣的透气性，使抗气孔能力有所提高。但是，镁盐如果过多，会使焊接工艺性能变差。避免这些问题也是本发明的特点之一。
3.本发明焊条皮辅料中加入特定比例的硅酸盐类物质硅灰石，与云母、长石等辅料搭配，可以有效的改善焊条压涂时的塑性和弹性，调节熔渣的酸碱性。在选定这些造渣剂时，应以三氧化二铝含量低为宜，否则熔渣的熔点和粘度会增高，并可能增多焊缝金属的夹杂物。本发明的配比有效地考虑了这一因素。
长石还有稳弧作用，可以适当多一些，特别是为了配合空载电压低的交流电焊机避免断弧，可以增加长石比例。当长石含量过大时，焊条端部容易出现局部熔蚀现象，并成圆珠状和四处飞溅，焊条发红严重，熔渣粘度显著下降，促使焊缝成形变坏以及脱渣困难等。云母除了能改善焊条压涂性能以外，还有防止焊条烘干时开裂的作用。但是，云母过多则容易造成断弧，并易引起飞溅，因此力求少用。本发明选择的配比有效地考虑了这一因素。
4.本发明焊条皮中加入了特定比例的氟化铝，与萤石等辅料搭配其协同作用，其主要的协同作用是改善造渣效果。在CaO较多的熔渣里，它门的协同作用能改善熔渣的性能，降低熔点和粘度，增加流动性，使焊缝中气体易于逸出。并与氢结合生成氟化氢而挥发，脱硫和减少白点倾向。但萤石属于高电离元素，使电弧燃烧不稳定、产生有毒气。所以，经筛选实验证明本发明的特定比例内效果比较好。
5.本发明焊条皮中还加入了特定比例的电解锰，用于脱氧和渗合金，同时还对脱硫有利。此外，锰氧化时放出大量热能，提高熔池温度，有利于冶金反应。锰铁的用量范围比较窄。锰铁过多，则由于锰氧化时热量突然迸发，气体迅速膨胀而造成巨大飞溅，并由于脱氧性过强而引起焊缝表面麻点严重和焊缝产生气孔，还可能由于锰铁本身将较多的磷带进焊缝。反之，锰铁过少，则由于熔池热量不够而至流动性差，对焊接操作及冶金反应不利，引起熔池焊缝脱氧不足和焊缝缺陷。经筛选实验证明本发明的特定比例内效果比较好。
6.本发明与通常的药皮配方相比，采用了特定比例的碳酸钡、硅灰石和氟化铝。该三种材料用在焊条药皮中，其本身并与其它辅料一起的协同作用获得了良好的焊接工艺性能。包括交流稳弧性、脱渣性、抗气孔等。这些优良的焊接工艺性能是通过均匀设计的试验方法而获得。
本发明充分考虑选定辅料之后，采用均匀设计的思想方法，使用中国数学会均匀设计分会推荐的计算机软件，大量、系统地安排试验，并通过非线形地逐步回归分析研究而确定本发明的特定配比。此发明给出了焊条6个工艺性能指标(交流电弧稳定性、飞溅、发红、脱渣、成形、气孔)与多种焊条药皮辅料的关系，本发明建立了二者之间的数学模型。并且经方差分析，表明回归方程呈高度显著。此发明也给出了药皮辅料与稳弧性、脱渣性等工艺性能影响规律曲线，用以直观、粗略地观察焊条药皮辅料对不同焊接工艺性能影响趋势。
下表是采用均匀设计方法给出的在高维空间里试验点(药皮配方)的分布。
表1不锈钢焊条配方数据(wt％)
下面分别是6个工艺性能指标对应于多种药皮辅料的数学模型、分析及趋势图。
(1)电弧稳定性v＝10.61995749-0.14083078851X4+0.0013058206390X4*X4+0.0005285414906X10*X10+0.00011944766062X1*X7-0.00029051750079X1*X10-0.00010634844285X2*X5+0.00020012375618X3*X5-0.0005041759023X4*X7+0.00027242430969X4*X8+0.0018232784042X4*X10+0.00020590544244X5*X6-0.0007122079128X5*X8+0.00023888359136X5*X10+0.0003253040098X5*X11+0.00019611695838X6*X7-0.0005429030488X6*X8-0.00015799808268X6*X9-0.0008435062489X7*X11-0.0003347859234X8*X10+0.0019611119435X8*X11+0.00022964367066X10*X11由方程可以看出，药皮辅料之间的组合关系对稳弧性存在着较为复杂的规律性，是多维空间的连续性曲线，本发明是根据使用中国数学会均匀设计分会推荐的计算机软件，在实验和专家分析的基础上进行优选的特定数值范围。由以上方程可知①药皮辅料的单一组分以及它们之间交互作用的影响均不可忽视，但大部分以交互作用的方式起作用；②单一组分中萤石对稳弧性起有较大影响，但是为负相关，说明它的加入会降低稳弧性；③交互作用中硅灰石、碳酸钡和赤铁矿、萤石和云母与别的组分的影响比较大，特别是硅灰石在药皮中起的作用比较复杂，它与大理石、菱苦土、云母、碳酸钡联合起来有利于稳弧性，长石、赤铁矿却不利于稳弧的多重作用。而大理石、云母、钛白粉、赤铁矿之间的交互作用对稳弧性的影响特别小，因此已经在逐步回归处理过程中把它们从方程中删除；④萤石的平方项有利于稳弧性。⑤所以由上述分析得知药皮辅料中加入硅灰石提高焊条的稳弧性。各种药皮辅料对稳弧性的影响趋势如图1所示意。
(2)飞溅y＝13.72340514+0.010663173712X9-0.021900976764X10+0.0006861044286X6*X6-0.00019802028554X1*X9-0.00011580401211X1*X11-0.00021657763010X2*X6+0.00030977921468X2*X10+0.00023908964249X4*X6-0.0003376907389X4*X7-0.0006435321786X4*X8+0.00014140203790X4*X9-0.00013039348594X5*X6+0.00031166324276X6*X7-0.0007679784171X6*X9-0.0007719460783X6*X10-0.0006856196454X6*X11-0.00020466047889X7*X8+0.0005938064540X8*X9+0.0016566389540X9*X11-0.00016690266420X10*X11。
由方程可以看出，药皮辅料之间的组合关系对飞溅存在着较为复杂的规律性①药皮辅料中单一组分中氟化铝、云母的影响比较大，氟化铝显示正相关，而云母为负相关，且作用较大。②菱苦土在飞溅中作用复杂，与萤石、钛白粉的联合作用为正相关，而与硅灰石、氟化铝、云母、碳酸钡的联合作用为负相关，菱苦土的平方项也影响飞溅。③还可以看出每种辅料对飞溅有不同程度的影响，按它们所起的负相关作用的顺序如下氟化铝的平方项作用＞菱苦土与云母交互作用＞菱苦土与氟化铝的交互作用＞碳酸钡与菱苦土交互作用＞萤石与菱苦土的交互作用＞萤石与钛白粉的交互作用＞钛白粉与赤铁矿的交互作用＞金红石与氟化铝的交互作用＞云母与碳酸钡交互作用＞金红石与碳酸钡的交互作用。正相关作用的顺序如下氟化铝与碳酸钡交互作用＞氟化铝＞菱苦土平方项的作用＞赤铁矿与氟化铝的交互作用＞长石和氟化铝的交互作用＞萤石与菱苦土交互作用＞萤石与氟化铝交互作用。各种药皮辅料对飞溅的影响趋势如图2所示意。
(3)发红y＝4.57361175+0.11961271381X4+0.00030328884871X6*X6+0.00012220170127X7*X7-0.00026969035006X8*X8+0.0005139543447X11*X11+0.00016625457740X1*X2+0.00011945733437X1*X6-0.0011315946716X1*X11-0.0008770117954X2*X3+0.0009981492840X3*X6+0.0004450796603X3*X8-0.00012628669670X3*X10+0.004929816208X3*X11-0.0025537219149X4*X6-0.00030970935972X4*X10-0.0004858402851X6*X7-0.00014499327410X6*X8+0.00024229845820X6*X10-0.0014590612378X8*X9+0.0006445452229X8*X10+0.0008389921543X9*X10。
由方程可以看出，药皮辅料之间的组合关系对发红存在着较为复杂的规律性，是多维空间的连续性曲线，由此方程得到①药皮辅料的单一组分以及它们之间交互作用的影响均不可忽视，但大部分以交互作用的方式起作用；②单一组分中萤石、菱苦土、对发红起较大的作用，都为正相关，说明它们的加入会抑制焊条发红；③交互作用中大理石、金红石、菱苦土与其他的组分影响比较大，特别是大理石在药皮中起的作用比较复杂，它与碳酸钡、菱苦土、赤铁矿联合抑制焊条发红，而与云母共同作用则会使焊条发红变的更趋严重。辅料平方项的作用也不可忽视。
对方程做进一步分析，还可以看出每种辅料对发红有不同程度的影响，按它们所起的正相关作用的顺序如下萤石的平方项＞大理石与碳酸钡交互作用＞大理石与菱苦土交互作用＞氟化铝与云母交互作用＞赤铁矿与云母交互作用＞碳酸钡的平方相＞大理石与赤铁矿的的交互作用＞菱苦土平方项＞菱苦土与云母交互作用＞金红石与长石交互作用＞钛白粉的平方项＞金红石与菱苦土的交互作用。负相关的作用顺序如下萤石与菱苦土交互作用＞长石与大理石交互作用＞菱苦土与钛白粉交互作用＞萤石与云母交互作用＞赤铁矿的平方相交互作用＞菱苦土与赤铁矿交互作用＞金红石与碳酸钡交互作用＞大理石与云母的交互作用。各种药皮辅料对发红的影响趋势如图3所示意。
(4)脱渣y＝17.73886343+8.801051426X1+48.64972205X2+2.7917305318X3-0.0004311234447X8*X8+0.0004058635060X1*X10+0.00024760164778X1*X11-0.0004593826361X2*X3+0.0003284227820X3*X6+0.0008141124331X3*X8-0.0008609214333X3*X10-0.00022739257500X4*X7-0.0023889795921X4*X11-0.00027166331915X5*X9+0.0008036883930X5*X11-0.0012255735449X6*X8+0.0005817177950X6*X10-0.0016923410877X6*X11-0.0008003239914X7*X10+0.0011893134132X7*X11-0.0009153255027X8*X10-0.0004688821393X8*X11-0.0018137887738X10*X11。
由方程可以看出，药皮辅料之间的组合关系对脱渣存在着较为复杂的规律性，是多维空间的连续性曲线。由方程可知①药皮辅料的单一组分以及它们之间交互作用的影响均不可忽视，但大部分以交互作用的方式起作用；②单一组分中金红石、长石、大理石对脱渣性起有较大影响，为正相关，有利于脱渣；③药皮辅料中大部分以交互作用的形式存在。大理石和菱苦土、金红石与碳酸钡、菱苦土与云母等交互作用有利于脱渣，而长石与大理石、赤铁矿与碳酸钡、硅灰石与氟化铝等交互作用不利于脱渣。各种药皮辅料对脱渣的影响趋势如图4所示意。
(5)成形Y＝12.07055457-0.03952883709X3-0.05553750099X9-0.016046973053X11-0.00027973996304X8*X8+0.00025049538062X2*X5-0.00016997408880X2*X9+0.0007160776559X3*X4-0.00019521653234X3*X8+0.0009573639812X3*X11-0.0009222877054X4*X5+0.0004441084629X4*X10-0.003576406549X4*X11-0.0007166194603X5*X6-0.00019296611456X5*X7+0.0012225438373X5*X11+0.0004734480028X6*X11-0.0008635345979X7*X11+0.0017609541746X8*X9-0.0004040932915X8*X10+0.0012315410437X8*X11。
由方程可以看出，药皮辅料之间的组合关系对成形存在着较为复杂的规律性，是多维空间的连续性曲线。由此方程可知①药皮辅料的单一组分以及它们之间交互作用的影响均不可忽视，但大部分以交互作用的方式起作用；②单一组分中大理石、硅灰石、碳酸钡对成形起较大的作用，但是都为负相关，说明它们的加入会对成形有负作用；③交互作用中大理石、硅灰石、碳酸钡与其它的组分影响比较大，特别是碳酸钡在药皮中起的作用比较复杂，它与硅灰石、菱苦土、赤铁矿联合作用，会使得成形更好，与钛白粉联合则不利于成形。
对方程做进一步分析，还可以看出每种辅料对成形有不同程度的影响，按它们所起的负相关作用的顺序如下硅灰石与大理石交互作用＞萤石与碳酸钡交互作用＞碳酸钡萤石与硅灰石交互作用＞钛白粉与碳酸钡交互作用＞硅灰石与菱苦土交互作用＞赤铁矿与云母交交互作用＞赤铁矿的平方项作用＞大理石与钛白粉交互作用＞硅灰石与钛白粉交互作用＞长石与氟化铝交互作用。正相关的作用顺序如下赤铁矿与氟化铝交互作用＞赤铁矿与碳酸钡交互作用＞硅灰石与碳酸钡交互作用＞大理石与碳酸钡交互作用＞萤石与云母交互作用＞菱苦土与碳酸钡交互作用＞长石与硅灰石交互作用。各种药皮辅料对成形的影响趋势如图5所示意。
(6)气孔Y＝0.575076225-0.14339427417X7-0.08300940614X10+0.00024912107665X4*X4+0.00026846239019X6*X6-0.00025187400163X10*X10+0.00021488613083X1*X7-0.00030743586117X1*X8+0.0004171515476X1*X10+0.0005372470191X2*X7-0.0005943350192X2*X11-0.00015964392816X4*X6-0.0006581092772X4*X8+0.0006639351690X4*X9-0.00022446381012X5*X6+0.0004747982528X5*X8+0.0010240505992X5*X11-0.0008411368372X6*X9+0.0004181154233X6*X11+0.0007283072552X7*X8-0.0014405867125X7*X9+0.00019219935225X7*X10+0.0025473691432X8*X9-0.0006375656674X8*X10+0.003772388905X8*X11-0.0012928565008X10*X11。
由方程可以看出，药皮辅料之间的组合关系对气孔存在着较为复杂的规律性，是多维空间的连续性曲线。由此方程可知①药皮辅料的单一组分以及它们之间交互作用的影响均不可忽视，但大部分以交互作用的方式起作用；②单一组分中钛白粉、云母对气孔有较大影响，为负相关，说明它的加入可能会生成气孔；但是交互作用中硅灰石、碳酸钡和赤铁矿、萤石和云母与别的组分的影响比较大，特别是硅灰石在药皮中起的作用比较复杂，它与赤铁矿、碳酸钡联合作用可以控制气孔生成，而与菱苦土共同作用则可能产生气孔。③金红石、氟化铝、萤石、云母之间的交互作用对气孔影响特别小，因此已经在逐步回归处理过程中把它们从方程中删除；④萤石的平方项减少气孔生成，云母的平方项与之相反。
上述分析得知，药皮辅料中加入硅灰石可以抑制气孔生成。各种药皮辅料对气孔影响趋势如图6所示意。
根据上述1、2、3点说明，可以制作出工艺性能优良的不锈钢焊条，还可以有侧重地对某几个指标有特殊的考虑。
7.本发明与通常的药皮配方相比，采用了碳酸钡、硅灰石和氟化铝。该三种材料用在焊条药皮中，其本身并与其它辅料一起的综合作用获得了良好的焊接工艺性能。包括交流稳弧性、脱渣性、抗气孔等性能。
图1各种药皮辅料对稳弧性的影响趋势。
图2各种药皮辅料对飞溅的影响趋势。
图3各种药皮辅料对发红的影响趋势。
图4各种药皮辅料对脱渣影响趋势。
图5各种药皮辅料对成形的影响趋势。
图6各种药皮辅料对气孔影响趋势。
本发明的
具体实施例方式实施例1一种新渣系不锈钢焊条，其组成包括药皮，焊芯，所述的药皮的辅料的重量份数为金红石的重量份数为35克，长石的重量份数为15克，大理石的重量份数为6克，萤石的重量份数为2克，硅灰石的重量份数为1克，菱苦土的重量份数为1克，钛白粉的重量份数为1克，赤铁矿的重量份数为1克，氟化铝的重量份数为1克，云母的重量份数为1克，碳酸钡的重量份数为1克，金属铬的重量份数为6克，镍粉的重量份数为1克，纯碱的重量份数为0.5克，电解锰的重量份数为3克，钛铁的重量份数为4克。
实施例2实施例1所述的新渣系不锈钢焊条，其组成包括药皮，焊芯，所述的药皮的辅料的重量份数为金红石的重量份数为44克，长石的重量份数为24克，大理石的重量份数为15克，萤石的重量份数为6克，硅灰石的重量份数为9克，菱苦土的重量份数为9克，钛白粉的重量份数为16克，赤铁矿的重量份数为9克，氟化铝的重量份数为5克，云母的重量份数为9克，碳酸钡的重量份数为4克，金属铬的重量份数为8克，镍粉的重量份数为2克，纯碱的重量份数为1克，电解锰的重量份数为5克，钛铁的重量份数为7克。
实施例3实施例2或3所述的新渣系不锈钢焊条，其组成包括药皮，焊芯，所述的药皮辅料的重量份数为金红石的重量份数为40克，长石的重量份数为20克，大理石的重量份数为10克，萤石的重量份数为4克，硅灰石的重量份数为5克，菱苦土的重量份数为5克，钛白粉的重量份数为5克，赤铁矿的重量份数为5克，氟化铝的重量份数为3克，云母的重量份数为5克，碳酸钡的重量份数为3克，金属铬的重量份数为7克，镍粉的重量份数为1.5克，纯碱的重量份数为1克，电解锰的重量份数为4克，钛铁的重量份数为6克。
实施例4实施例1或2或3所述的新渣系不锈钢焊条，所述的新渣系不锈钢焊条的焊芯为H0Cr21Ni10。
权利要求
1.一种新渣系不锈钢焊条，其组成包括药皮，焊芯，其特征是所述的药皮的辅料的重量份数为金红石的重量份数为35～44，长石的重量份数为15～24，大理石的重量份数为6～15，萤石的重量份数为2～6，硅灰石的重量份数为0～9，菱苦土的重量份数为0～9，钛白粉的重量份数为0～16，赤铁矿的重量份数为0～9，氟化铝的重量份数为0～5，云母的重量份数为0～9，碳酸钡的重量份数为0～4，金属铬的重量份数为6～8，镍粉的重量份数为1～2，纯碱的重量份数为0～1，电解锰的重量份数为3～5，钛铁的重量份数为4～7。
2.根据权利要求1所述的新渣系不锈钢焊条，其特征是所述的新渣系不锈钢焊条的焊芯为H0Cr21Ni10。
全文摘要
新渣系不锈钢焊条，多年来国内生产的不锈钢焊条一直存在下列问题(1)药皮发红、开裂，生产中浪费量大；(2)容易产生气孔，影响焊接质量；(3)电弧稳定性、脱渣性还不够好等问题，本发明可以有效地解决以上的问题，本发明新渣系不锈钢焊条，其组成包括药皮，焊芯，所述的药皮的辅料的重量份数为金红石35～44，长石15～24，大理石6～15，萤石2～6，硅灰石0～9，菱苦土0～9，钛白粉0～16，赤铁矿0～9，氟化铝0～5，云母0～9，碳酸钡0～4，金属铬6～8，镍粉1～2，纯碱0～1，电解锰3～5，钛铁4～7。本发明适合在石油、化工、压力容器、建筑和原子能工业等领域进行广泛应用。
文档编号B23K35/362GK1958213SQ200610067518
公开日2007年5月9日 申请日期2006年2月27日 优先权日2005年11月1日
发明者孟工戈, 杨德云, 杨拓宇, 金龙浩 申请人:哈尔滨理工大学