一种焊剂和焊条制造技术

本发明专利技术涉及一种焊剂和焊芯为铜－镍合金的焊条，当它们用于仰焊和其它所有焊接位置时都会得到气孔率极低的焊接熔敷。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铜-镍合金，更详细地说，是涉及一种能在仰焊中使用而不会产生有害焊接气孔的铜-镍焊接制品。如熟悉本
的人们所周知，一般来说，铜-镍焊接制品并不陌生。它们已广泛地在许多商业和工业中使用了几十年。一种相当重要的特殊用途是在船舶设备领域里，无论是对海洋大气还是海水，铜-镍焊接制品都具有显著的抗腐蚀能力，因而得到广泛应用。其中，一种最熟知的用于海洋环境的焊接制品，是美国专利3，124，479(′479)中叙述的187焊条(说明书中的187N)。这种焊条是下文叙述问题的焦点。187焊条(本文称WE187)被称为是全方位焊条，也就是一种能在平焊、横焊、立焊、仰焊、全部四个焊接位置上进行满意焊接的焊条。然而，它的特性没经得住考验，最近发现在仰焊位置中焊接有困难。如一家同美国海军有商业来往的著名的造船公司表示了对WE187的不满，因为它不能使焊工在仰焊位置上的焊接获得合格。涉及的问题是焊缝气孔太多，这一问题已经由实际的现场检验所确证。对于上述说明，应该提到过去对187N焊条的验收试验包括一种5G管接头，也就是一种至少焊接操作的某些部分要求在仰焊位置上进行的固定位置焊接件。在这个常常被称作是6点钟的位置，大多数焊缝出现一些气孔。但是，由于检验标准是考虑焊缝的整个长度，其大部分，没有气孔，6点钟位置上的气孔不足以造成焊接接头不合格。因此该问题变成一个在整个焊缝长度上克服有害气孔效应问题;否则就不会获得质量合格认可。为解决该问题寻求了各种途径但都未成功。例如监视整个187焊芯加工过程的质量控制以测定是否可能产生表皮下氧化物、裂纹、缩孔等等。因此，对WE 187焊芯进行清洗，在HNO3中急剧浸洗，水冲洗和干燥。将焊药涂敷到该焊芯和来自相同合金熔炼炉次的未清洗样品焊芯上。进行仰焊得到焊接接头。经X射线检验，表明两种情况下都有气孔存在。气孔总计数看不出改进，因而两种焊芯间没有明显差别。另一种方法是在氢中用900°F(482℃)热处理2小时，此法将减少表面氧化物。结果是气孔并没明显改进。在WE187上使用不同的焊药皮进行试验评价，但也不成功。由于要克服有害的气孔同时还要求保持简易的操作性而使问题进一步复杂化。这要求达到电弧稳定，飞溅最小，电弧平滑以及良好的焊池粘度，容易去除焊渣、良好的焊道外形、满意的焊渣分布等等。电弧稳定性和电弧的平滑是转移焊剂组分穿过电弧时的重要要求。除渣是重要的，其目的是在断开电弧时焊接金属上的渣能松脱下来。而满意的焊池粘度是使焊渣在电弧产生之后而不是在它之前产生的重要条件等等。可能还需要在所有的焊接位置而不单是仰焊位置上保持合适的焊渣分布。可以说，即使一种完好的熔敷结果，但由于使用不同的焊剂组分和百分比，上述任何一种因素都可能成为不希望的困难。目前已发现如下文所述的一种特殊的涂敷焊剂和铜-镍焊芯，它可以在仰焊位置上进行持续焊接操作而不会产生有害气孔，而且不会对简易的操作性带来不利影响。这种新型焊条在满足海军技术规范MIL-E-22200/4c要求方面已经获得合格证明。一般而言，按照本专利技术，这种焊芯是由含有以下成分的铜-镍合金构成约25-35%镍、高达约1%或1.5%铁，高至低于0.12%碳，高达2%或3%锰，高达1%钛，高达约1%硅，高达约0.5%或0.75%铝，高达0.03%硼，高达约1%钴、余量基本为铜。一种最佳合金含有约29～32%镍，约0.3～0.75%铁，高达约0.04%或0.05%碳，约0.5-1%锰，约0.2-0.4%钛，高达约0.25%硅，高达约0.2%铝，高达0.02%硼，余量基本为铜。由于存在铁，因此后者组成特别有利。某些工厂以前生产的WE187电焊条根据焊条直径，即一种3/32和1/8英寸以及另一种3/16和5/32英寸，要求两种不同的配方。按照本专利技术则可省去这种要求。因此带来经济上的利益。最佳实施方案中的焊剂组成如表Ⅰ所示表Ⅰ成分一般%最佳%额定%碳酸钙约5-3520-3026RufluxP约1-51.5-32冰晶石约20-4025-3530二氧化钛约10-3014-2016铝粉约1-51.5-32锰粉约2-83-64霞石正长岩约5-126-108氟化钙约2-82.5-64碳酸锂约0-82-43膨润土约2-73-54藻朊酸盐TX-120约0-20.5-10.075Natrosol约0-0.50.15-0.350.25硅约0.25-20.5-1.51正如熟悉本
的人所周知，同焊剂一起通常使用一种粘结剂，以便在干燥和烘焙时得到一种理想的硬质药皮。一种合适的粘结剂如下约20-40%硅酸钠，约4-10%硅酸钾，少量的约0.5-2%多硅酸锂-钠和1-3%水。焊剂中碳酸钙、冰晶石、二氧化钛和膨润土的一般作用对本领域的技术人员来说是已知的，并且在′479中叙述过。但是，关于碳酸钙，最好是由粗细两种颗粒组成，粗颗粒与细颗粒之比约为1～3，最好是1.5～2.5。这样做的原因是较细颗粒有助于使药皮结构平滑，而较粗颗粒有助于控制焊剂结构。关于锰粉，最好使用与铁锰截然不同的电解锰粉。由于优选的焊芯含有铁，使用铁锰会在焊接溶敷中导致不必要的高铁含量。如下文所述，焊接熔敷中铁含量不应超过约1%或1.25%。关于其它的焊剂组分Ruflux P，(主要为71-73%TiO2，19-21%K2O和约1%ZrO2)，有利于排除对碳酸钡的需要。使用碳酸钡有助于电弧平滑。但是钡的存在是有害的，因为它被认为是一种对环境有害的物质，即它产生焊接烟尘，如果吸入太多则是有毒的。总之Ruflux P并不降低操作性，而且尽管是在较小程度上，但仍然是有助于减少气孔量。当含量为6%时，Ruflux P会降低操作性，特别是因为使焊渣在定位焊接位置外的流动性太大。鉴于某些原因，铝粉是最重要的焊剂成分。仰焊时的气孔被认为主要是由于被夹带在溶敷中的气体发展所致。铝和气体反应，特别是与氧反应，形成氧化铝，从而大大地减少了气孔数量。已经知道完全去除气孔的例子。此外，氧化物还可能不被焊缝吸收而导致生成劣质焊接熔敷。从理论上讲，要求一种焊剂成分，这种焊剂成分可以通过与夹带气体结合而使气孔率降至允许水平，但是却不会形成可以穿过电弧从而破坏焊接溶敷的化合物。霞石正长岩(基本上为59-61%SiO2，23-25%Al2O3，9-11%Na2O，5.5-6.5%K2O，再加上约1%CaO，1%Fe2O3和0.5%MgO)可改善操作性。它还有助于焊接熔敷中硅含量，但它受到的注意却远远不及以下讨论的硅。氟化钙是有益的，因为放出的氟可用于清洁电弧周围的区域，从而有助于形成完美的焊缝。硅能改善焊接熔敷的某些机械性能，尤其是机械强度。它还能提高其操作简易性。它可以称为NISILOY的商业产品的形式添加，该产品含有大致64.5%镍、32.5%硅、2%钙和各为0.5%的铜和铁。由于焊接熔敷含有大量的镍，还由于只需添加少量NISILOY，因此操作性并未受到不利影响。当允许较低屈服强度的焊接熔敷时，则可省去硅。通常硅不应超过0.5%，最好不超过0.3%，因为高于上述含量将降低延伸率。碳酸锂，并非是绝对不可少的，它是二氧化碳的构成物，它有助于防止焊接操作污染大气。最后，现用商业产品藻朊酸盐(Alginate)TX-120和Natros本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊剂，该焊剂形成的焊条有焊接操作性并在仰焊位置时产生的气孔率为最小，所述焊剂基本上由约５－约３５％碳酸钙，约１－约５％ＲｕｆｌｕｘＰ，约２０－约４０％冰晶石，约１０－约３０％二氧化钛，约１－约５％铝粉，约２－约８％锰粉，约５－约１２％霞石正长岩，约２－约８％氟化钙，高达约８％碳酸锂和约２－７％膨润土所组成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯奥特兰贝茨，
申请(专利权)人：英科合金国际有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]