技术领域
[0001] 本
发明属于金属材料类的
焊接与切割材料技术领域,涉及一种切割用
焊丝,更具体地说,涉及一种用于自保护水下湿式电弧切割的低成本环保型药芯割丝及其制备方法。
背景技术
[0002] 在水下切割领域,常利用电弧或火焰产生的高温
熔化金属实现切割,即
氧-电弧切割法与氧-火焰切割法,但均需额外供应氧气燃烧熔融金属并将氧化渣吹落从而形成割口。日本
专利JP02324521、专利名称“Method for arc-cutting steel material in water”提出一种优化后的水下氧—电弧切割技术,使得
钢板更容易被氧化且去除
熔渣更方便,但依然具有该方法普遍存在的不足之处:需额外提供氧气,且氧气消耗量大,并在实际应用中还存在着切割自动化程度不高等缺点。专利
申请号CN200410090671.8、专利名称“一种环保节能型工业用燃气”公开了一种综合耗气成本低于乙炔的燃气,燃烧产生火焰用于实现水下
弹簧钢板的切割,但水下氧—火焰切割法普遍存在火焰在水下容易熄灭等缺点。
[0003] 自保护水下湿式熔化极电弧切割方法,和目前常规水下切割方法相比,自动化程度高,且无需额外提供气体。该切割方法的关键在于其药芯割丝的成分设计,前苏联专利SU1358254A1(Flux-cored wire for underwater cutting)提供了一种药芯割丝用于该方法。在切割过程中,该药芯主要成分菱
铁矿受
热分解释放二氧化
碳气体,对切割处进行保护,但氧化效果及效率不够,制约了该药芯割丝的切割效果。此外,切割过程电弧不稳定,得到的割口不连续。
[0004] 本
发明人通过积极持久并且有益的试验,以
碳酸氢钠与石灰石组合造气为水下待切割钢板提供气体保护,以低成本的过氧碳酸钠作为药芯中的氧气供给源,实现气体保护与氧化作用的协调进行,有效地实现了水下切割。同时在药芯成分中添加易电离元素,以改善药芯割丝的引弧性能并提高电弧燃烧的
稳定性。药芯中各成分均来源广泛,价格低廉且切割过程无毒害作用。本发明到目前为止,尚未见相关报导。
发明内容
[0005] 本发明的目的是为了解决和克服上述
现有技术所存在的技术问题和
缺陷,以实现对低
碳钢以及低
合金钢板的自保护水下湿式电弧切割,而提供一种用于自保护水下湿式电弧切割的低成本环保型药芯割丝及其制备方法。
[0006] 为了达到上述目的,本发明采用低碳
钢带作为外层包裹材料,药芯材料由各种药粉组成。利用其电弧产生的热量用来加热和熔化待切割钢板;通过在药芯配方中添加足量的造气剂,利用其产生的气体排开周围水,对待切割处起保护作用;通过添加足量的
氧化剂,在切割时利用其发生的化学反应释放氧气将钢板氧化,借助气体流的作用
力吹落氧化渣,从而形成割口;并通过添加适量且有效的稳弧剂,改善药芯割丝的引弧性能并提高电弧燃烧的稳定性,使切割能有效持续进行。药芯中各成分均来源广泛,价格低廉且切割过程无毒害作用。
[0007] 本发明实现目的的具体技术方案是:
[0008] 一种用于水下湿式电弧切割的低成本药芯割丝,由药芯和外层钢带组成,其特征是,所述药芯按
质量百分比由药粉:碳酸氢钠为6~20%,石灰石为40~60%,碳酸
钾为0.2~2%,稀土氧化物为0.05~2.5%,其余为过氧碳酸钠组成,总质量百分比为100%。
[0009] 其中所述碳酸氢钠与所述石灰石两种药粉的质量之比为0.1~0.5︰1。
[0010] 其中所述过氧碳酸钠中
活性氧含量不低于13.0%。
[0011] 其中所述稀土氧化物为氧化镧或氧化铈。
[0012] 所述的药粉的粒径为过100目筛。
[0013] 所述的外层钢带的材质为低碳钢,厚度为0.4~0.6mm。
[0014] 上述的一种用于水下湿式电弧切割的低成本药芯割丝的制备方法,包括如下步骤:
[0015] (1)按配比称取药粉,并将药粉混合均匀;
[0016] (2)将混合均匀的药粉进行烘干,烘干
温度不超过50℃;
[0017] (3)采用成型机将外层钢带制成U型槽状,同时将药粉填充到U型槽中,合拢
槽口,药粉填充率控制在18~25%;
[0018] (4)采用
拉丝机逐道
拉拔,得到药芯割丝。
[0019] 本发明与现有技术相比,其有益效果主要是:
[0020] (1)在水下湿式电弧切割场合,由于水压力作用,造气成分的分解温度有所提高,在本发明中,除了以廉价的石灰石作为造气成分外,还添加了分解温度更低的碳酸氢钠。针对水下湿式电弧切割的特点,研究得到碳酸氢钠与石灰石的质量之比为0.1~0.5︰1范围内的复合添加对造气保护效果较好,当质量比小于0.1︰1时,药芯中碳酸氢钠在较低温度分解造气的优势不明显,不足以满足水下切割的造气保护需求;当质量比大于0.5︰1时,尽管能满足水下切割的造气保护需求,但电弧吹力却逐渐下降,直接影响到吹落氧化渣的效果。因此合理控制药芯中碳酸氢钠与石灰石的质量比,是本发明方案的关键点之一。
[0021] (2)过氧碳酸钠,又名过碳酸钠,俗称固体双氧水,是碳酸钠与过氧化氢的加成化合物,在水下切割过程中受热分解得到碳酸钠与过氧化氢,过氧化氢分解释放氧气氧化待切割金属,同时其另一分解产物——水在高温条件下同样对待切割金属具有显著的氧化作用。因此使用过氧碳酸钠作为药芯中的氧化剂具有原材料成本较低、氧化效率高、分解产物简单且无毒害等优点。
[0022] (3)本发明的药芯中金属阳离子以
碱金属阳离子及碱土金属阳离子为主,电离能力较强,有利于电弧稳定性,同时还添加我国储量丰富的稀土材料——稀土氧化物作为稳弧剂进一步改善电弧稳定性。
[0023] (4)本发明的试验表明,在药芯割丝制备过程中,药粉烘干温度不宜超过50℃,否则碳酸氢钠等组分将分解变质。在药粉装填过程中将药粉填充率控制在18~25%,填充率太低则割丝填充不实,在切割时容易受到送丝轮的
挤压变形,导致送丝不畅,并且由于缺乏药芯的作用导致切割效果恶化,填充率太高则会增加
轧制、拉拔的难度,甚至导致钢带包不住药粉影响轧制的顺利进行。具体实施方式:
[0024] 下面通过
实施例对本发明的一种用于水下湿式电弧切割的低成本药芯割丝及其制备方法作进一步的详细说明。
[0025] 实施例1
[0026] 一、药芯成分配比
[0027] 称取6%的碳酸氢钠,60%的石灰石,2%的碳酸钾,0.5%的氧化铈,31.5%的过氧碳酸钠。
[0028] 二、制备方法
[0029] 1、将所取药粉进行混合均匀,过100目的筛子;
[0030] 2、将混合均匀的药粉在50℃进行烘干;
[0031] 3、选取厚度为0.5mm的H08A钢带,将其轧成U形槽状,将混合均匀的药粉填充到U形槽中,合拢U形槽口,药粉填充率控制在20%;
[0032] 4、采用拉丝机将药芯割丝分别通过不同直径的拉丝模,逐道拉拔、减径,最后获得直径为2.2mm的药芯割丝。
[0033] 三、有益效果
[0034] 本实施例制得的药芯割丝在切割
电流为450~500A、切割
电压为45~50V的条件下,对20mm厚度的Q235A钢板进行水下切割,最大切割速度为130mm/min的工况下,未出现搭桥、挂渣现象。
[0035] 实施例2
[0036] 按质量百分比配比药芯成分为:9%的碳酸氢钠,48%的石灰石,0.2%的碳酸钾,2.5%的氧化镧,40.3%的过氧碳酸钠。
[0037] 选用厚度为0.5mm的H08A钢带,按照实施例1的制备方法进行制备得到2.2mm直径的药芯割丝。
[0038] 本实施例制得的药芯割丝在切割电流为450~500A、切割电压为45~50V的条件下,对20mm厚度的Q235A钢板进行水下切割,最大切割速度为150mm/min的工况下,未出现搭桥、挂渣现象。
[0039] 实施例3
[0040] 按质量百分比配比药芯成分为:12%的碳酸氢钠,52%的石灰石,1.5%的碳酸钾,1%的氧化镧,33.5%的过氧碳酸钠。
[0041] 选用厚度为0.5mm的H08A钢带,按照实施例1的制备方法进行制备得到2.2mm直径的药芯割丝。
[0042] 本实施例制得的药芯割丝在切割电流为450~500A、切割电压为45~50V的条件下,对20mm厚度的Q235A钢板进行水下切割,最大切割速度为140mm/min的工况下,未出现搭桥、挂渣现象。
[0043] 实施例4
[0044] 按质量百分比配比药芯成分为:16%的碳酸氢钠,42%的石灰石,1%的碳酸钾,2%的氧化铈,39%的过氧碳酸钠。
[0045] 选用厚度为0.5mm的H08A钢带,按照实施例1的制备方法进行制备得到2.2mm直径的药芯割丝。
[0046] 本实施例制得的药芯割丝在切割电流为450~500A、切割电压为45~50V的条件