專利名稱：單面二氧化碳氣體保護焊用陶瓷墊板材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及單面二氧化碳氣體保護焊中使用的陶瓷墊板材料，特別是涉及可以適用于提高陶瓷的耐火度(SK)、使用高焊接電流的單面二氧化碳氣體保護焊的陶瓷墊板材料。
因此為了提高焊接金屬的焊接效率，如果將焊接電流提高至例如300～600A進行焊接，則連接焊接金屬的陶瓷墊板材料的溫度容易超過其熔點，這樣由于陶瓷墊板材料被熔損或燒穿，因而不能保持墊板材料的功能。因此，對于堇青石類陶瓷墊板材料，為了使其溫度在熔點以下，就必須將焊接電流控制在180～280A的范圍內(nèi)進行二氧化碳氣體保護焊。
因此，例如焊接厚度為20mm的鋼板時，由于焊接電流必須控制在180～280A的范圍內(nèi)，因而每1焊層的熔覆量變小，必須至少進行6～8層的多層焊接。另外，這樣控制焊接電流的場合，為了使背焊縫維持適當?shù)男螤?，就必須將焊接鋼板的根部縫隙設為5～6mm，這樣就使焊絲的消耗量增大。而且由于進行多層焊接，使焊接鋼板反復進行升溫—冷卻的熱過程，因此也容易引起伴隨焊接的熱變形。這樣，在使用以往的堇青石類陶瓷墊板材料時，就變得無效率、生產(chǎn)率降低，而且焊絲的消耗量也變得過大，這成為生產(chǎn)成本上升的主要原因。
本發(fā)明的目的在于根本解決上述現(xiàn)有堇青石類陶瓷墊板材料的熔點低而引起的各種問題，提供一種陶瓷墊板材料，即使提高焊接電流，將墊板材料暴露于高溫的條件下，也可以進行單面二氧化碳氣體保護焊，從而能夠大幅減少焊接層數(shù)，例如能夠通過2層焊接厚度為22mm的焊接鋼板。另外，本發(fā)明的目的還在于提供一種陶瓷墊板材料，不僅效率高，而且在背焊縫形狀和熔渣的剝離性等焊接品質方面也具有與現(xiàn)有陶瓷墊板材料同等以上的性能。通過實現(xiàn)這種高效率焊接的適用，在焊接時可以不必在焊接鋼板上設置根部縫隙，能夠減少焊絲的消耗量，同時也能夠將焊接變形抑制到最小。
圖2是在焊接鋼板上安裝本發(fā)明陶瓷墊板材料的剖面圖。
其中，1陶瓷墊板材料；2鋁粘接帶；3玻璃纖維；4斷焊絲；5焊絲；6焊接鋼板；7雙面膠帶。
氧化硅(SiO2)是構成單面二氧化碳氣體保護焊用陶瓷墊板材料的主要成分，本發(fā)明的陶瓷墊板材料含有氧化硅的范圍為65～95重量％。如果氧化硅的含量低于65重量％，則墊板材料的耐熱性降低，且焊絲的消耗量過多，同時在300～600A高焊接電流的條件下，焊接時由于墊板燒穿而導致焊接不良，從而不能實現(xiàn)墊板材料的作用。另外，如果氧化硅的含量超過95重量％，焊接時生成的熔渣的流動性降低，且熔渣易于固化，由于這樣難于放出氣體，背焊縫易于形成深凹狀，在焊接質量方面不理想。
氧化鋁(Al2O3)具有提高陶瓷墊板材料的耐熱性，并且使焊接時生成的焊渣剝離性良好的作用，本發(fā)明的陶瓷墊板材料含有氧化鋁的范圍為3～20重量％。如果氧化鋁的含量低于3重量％，則陶瓷的熔點降低，難以適用高焊接電流，同時也難以控制背焊縫的形狀。另外，生成的焊渣的粘性也降低，焊渣的剝離性降低。另一方面，如果氧化鋁的含量超過20重量％，則陶瓷的耐火度過高，因此生成的焊渣的粘性也過高，容易出現(xiàn)飛濺、咬邊、焊瘤等焊接缺陷。
氧化鎂(MgO)與氧化鋁同時具有調(diào)節(jié)陶瓷墊板材料耐火度的作用，本發(fā)明的陶瓷墊板材料含有氧化鎂的范圍為1～10重量％。如果氧化鎂的含量低于1重量％，則熔融金屬的粘性過低，焊渣的剝離性降低，這樣容易出現(xiàn)咬邊、焊瘤等焊接缺陷。另一方面，如果含量超過10重量％，由于熔融金屬的粘性過高，因而焊接時產(chǎn)生的焊接氣體難于放出，伴隨著氣泡的出現(xiàn)或深凹狀背焊縫的產(chǎn)生，容易出現(xiàn)焊接缺陷。
氧化鈉(Na2O)和/或氧化鈣(K2O)是具有使陶瓷的物性變化最小、增加機械強度或擴大燒成溫度范圍作用的必須組分。本發(fā)明中，以2～15重量％的范圍含有1種以上選自Na2O和K2O的氧化物。如果這些組分的含量低于2重量％，則焊渣的粘性變低，出現(xiàn)形成的焊縫固化的現(xiàn)象，易于出現(xiàn)咬邊等焊接缺陷。另一方面，如果含量超過15重量％，則陶瓷墊板材料的熔點降低，易于出現(xiàn)龜裂，同時對伴隨焊接后快速冷卻的熱沖擊的抗性降低。而且，生成的焊渣的粘性變得過高，難于放出氣體。因此，易于使背焊縫的形狀變成深凹狀，另外大量產(chǎn)生氣泡，多處出現(xiàn)焊接缺陷。
三氧化二鐵(Fe2O3)、氧化鈦(TiO2)和氧化鈣(CaO)的金屬氧化物具有在高溫下調(diào)節(jié)陶瓷墊板材料構成組分的耐火度的助熔劑(Flux)的作用，與Na2O、K2O相同，能夠增加陶瓷墊板材料的機械強度。本發(fā)明中，含有1種以上選自其中的氧化物0.5～5重量％。如果這些成分低于0.5重量％，則含量過少，不能在陶瓷墊板材料中發(fā)揮助熔劑的作用，另一方面，如果含量超過5重量％，則陶瓷墊板材料的耐火度顯著降低，易于產(chǎn)生龜裂，或者在焊接后快速冷卻時使對熱沖擊的抗性降低。
本發(fā)明的陶瓷墊板材料例如可以通過下述方法進行制備。首先將氧化硅、氧化鋁、氧化鎂粉末、或含有這些氧化物的例如高嶺土、滑石、氧化鋁的粉末作為原料，調(diào)整原料使其在本發(fā)明陶瓷墊板材料的組成范圍內(nèi)進行混合，接著壓制成型，在約1300℃下燒結，形成具有所需形狀的墊板材料。此時可以向陶瓷粉末中添加聚乙烯醇(PVA)或硬脂酸等有機粘接劑。
在這樣形成的陶瓷墊板材料中，孔隙率優(yōu)選20～45％。焊接墊板材料受到伴隨焊接時驟熱、驟冷的熱沖擊循環(huán)，產(chǎn)生非常大的熱應力。如果墊板材料中的孔隙率在這個范圍內(nèi)，則具有緩和所產(chǎn)生的熱應力的作用，能夠提高對龜裂的產(chǎn)生和熱沖擊的抗性，結果能夠防止陶瓷墊板材料對于熱應力的破損，能夠保護熔融金屬。在本發(fā)明中，如果陶瓷墊板材料的孔隙率低于20％，則墊板材料的密度過于致密，由于熱應力墊板材料易于破損。另一方面，如果孔隙率超過45％，則陶瓷墊板材料的機械強度過小，恐怕由于來自外部的沖擊或搬運過程中陶瓷墊板材料會破損，同時在大氣中放置時易于吸收大氣中的水分，因此存在陶瓷墊板材料的熔點不穩(wěn)定的缺點。
在本發(fā)明中，為了提高陶瓷墊板材料和焊接鋼板的粘接性，另一方面發(fā)揮放出焊接時產(chǎn)生的氣體并保護生成的熔融金屬的作用，如

圖1所示，可以在陶瓷墊板材料的上面層合玻璃纖維后使用。玻璃纖維可以使用公知的物質，層合的玻璃纖維優(yōu)選厚度在0.05～1.5mm的范圍內(nèi)。這是由于如果在該范圍內(nèi)，能夠實現(xiàn)陶瓷墊板材料與焊接鋼板的粘接性以及對熔融金屬的保護。此時如圖1所示，在玻璃纖維上面的一部分設置雙面膠帶，從而能夠確實地固定玻璃纖維和焊接鋼板。而且，如圖1所示，為了用焊接鋼板支撐墊板材料，可以在陶瓷墊板材料的下面設置由具有排氣孔的粘接劑層與鋁箔組成的鋁粘接帶。實施例如圖2所示，在焊接鋼板上安裝如上所述制備的單面二氧化碳氣體保護焊用陶瓷墊板材料，進行焊接試驗。試驗中使用的陶瓷墊板材料的組成如表1所示，試驗結果如表2所示。另外，本試驗中，用2電極進行1層焊接后評價各種焊接性能。另外，與使用現(xiàn)有墊板材料的單面二氧化碳氣體保護焊相比，顯著提高了焊接電流，因此可以采用使斷焊絲散布至焊接坡口內(nèi)提高焊接效率的方法，但是也可以增加焊絲直徑代替使用斷焊絲，提高焊接效率。
表1

表2

焊接條件如下。供試鋼板板厚22mm坡口形狀V坡口，角度50～60°，坡口寬度0～5mm焊接機2電極單面二氧化碳氣體保護焊接機焊絲L極，1.6mmΦ，YM-55H(新日本制鐵株式會社制)T極，1.6mmΦ，SF-71(現(xiàn)代綜合金屬株式會社制)斷焊絲1.0mmΦ×2mm，YK-CM(新日本制鐵株式會社制)焊接電流320～580(A)焊接電壓33～47(V)焊接速度22～53cpm密封氣體CO2，L極25升/分鐘，T極30升/分鐘焊接位置向下焊接層數(shù)2層焊接性的評價通過用肉眼檢查咬邊、焊渣的剝離性、焊瘤、飛濺、陶瓷的破損狀況以及背焊縫的形狀，采用RT檢查(放射線透過檢查)和UT檢查(超聲波檢查)檢查氣孔和氣泡。
由表1和表2可以看出，具有本發(fā)明范圍內(nèi)的陶瓷墊板材料組成和孔隙率的實施例1～5背焊縫的形狀良好，另外完全沒有出現(xiàn)咬邊、焊瘤、氣孔等焊接缺陷。
另一方面，具有堇青石類陶瓷墊板材料組成的比較例1由于熔點低，因此在本焊接試驗的電流值為320～580(A)的高電流焊接中，墊板材料溶損、燒穿，不能作為墊板材料使用。另外，增加Al2O3的含量并減少Na2O和K2O總量的為本發(fā)明范圍外的陶瓷材料組合物—比較例2和3均由于耐火度過高，產(chǎn)生了許多焊接缺陷。
這就意味著增加Al2O3的含量等使陶瓷墊板材料的耐火度過高，產(chǎn)生的焊渣就不能在陶瓷墊板材料的表面(墊板材料與熔融金屬的界面)穩(wěn)定地生成，不能保護熔融金屬，因此焊渣剝離性降低，易于出現(xiàn)咬邊、飛濺、焊瘤等多種焊接缺陷。
按照本發(fā)明可以在高焊接電流條件下進行單面二氧化碳氣體保護焊，例如能夠通過2層焊接厚度為22mm的焊接鋼板。這樣可高效率地進行焊接作業(yè)，降低制造成本的效果也顯著。另外，在背焊縫形狀和焊渣剝離性等焊接品質方面，本發(fā)明也具有與現(xiàn)有陶瓷墊板材料同等以上的性能。而且，焊接時不必在焊接鋼板上設置根部縫隙，能夠減少焊絲的消耗量，同時也能夠將焊接熱變形抑制到最小。
權利要求
1.一種單面二氧化碳氣體保護焊用陶瓷墊板材料，其特征在于，含有SiO265～95重量％、Al2O33～20重量％、MgO 1～10重量％、1種以上選自Na2O和K2O的氧化物2～15重量％以及1種以上選自Fe2O3、TiO2與CaO的氧化物0.5～5重量％。
2.如權利要求1所述的單面二氧化碳氣體保護焊用陶瓷墊板材料，混合上述各種組分，壓制成型，燒制而成的陶瓷墊板材料具有20～45％的孔隙率。
3.如權利要求1或2所述的單面二氧化碳氣體保護焊用陶瓷墊板材料，上述陶瓷墊板材料在其上面層合厚度為0.05～1.5mm的玻璃纖維。
4.如權利要求1至3中任意一項所述的單面二氧化碳氣體保護焊用陶瓷墊板材料，上述陶瓷墊板材料再在其下面設置由具有排氣孔的粘接劑層與鋁箔組成的鋁粘接帶。
全文摘要
一種單面二氧化碳氣體保護焊用陶瓷墊板材料特征在于,含有SiO
文檔編號B23K37/06GK1346815SQ0114149
公開日2002年5月1日 申請日期2001年9月27日 優(yōu)先權日2000年9月27日
發(fā)明者鄭武秀 申請人:鄭武秀