專利名稱：：焊接用陶瓷襯料及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及焊接用陶瓷襯料及其生產(chǎn)方法，特別涉及有用的焊接用陶瓷襯料，由于在原料煅燒期間襯料經(jīng)歷了較少的收縮或變形，因而提高了成品的量綱特性，確保了充分的焊接加工性能，從而該襯料能夠用于平焊和向上立焊。
背景技術(shù)：
：在工業(yè)設(shè)備如造船或橋梁建設(shè)中通常用于單面焊接的焊接用陶瓷襯料主要用于平焊中。因此，已有產(chǎn)品的改進(jìn)主要集中于平焊的焊接性上。但是，由于造船廠所用鋼板等既重又大，運輸起來不僅困難，而且花費巨大，增加了生產(chǎn)成本，因而，向上立焊技術(shù)的應(yīng)用在近期呈現(xiàn)一種遞增的趨勢。通常，對用于向上立焊技術(shù)的焊接用陶瓷襯料而言，為增強耐火性，包含增量八1203的產(chǎn)品被大量采用，從而，該產(chǎn)品能夠承受高焊接輸入熱量，例如，第316343號韓國專利公開了一種包含高達(dá)75%重量比的A1203的如是產(chǎn)品。如果耐火性增強，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，熔融物料滾動等現(xiàn)象總會發(fā)生，焊接加工性能的下降問題也得不到解決。此外，當(dāng)焊接操作涉及大間隙時，即使在向上立焊中，焊接加工性能也可能被部分削弱，從而導(dǎo)致經(jīng)濟效益下降。另一方面，關(guān)于通常用于平焊的焊接用襯料，采用包含由適量二氧化硅(Si02)、氧化鎂(MgO)和三氧化二鋁(Al203)組成的陶瓷襯料組合物，以生成具有良好耐熱性和抗沖擊性的堇青石晶相作為主要組分。例如，授權(quán)給本發(fā)明發(fā)明人的第149272號韓國專利公開了該技術(shù)問題的詳細(xì)內(nèi)容。盡管如此，該陶乾組合物會產(chǎn)生具有相對低粘度的熔渣，因而不適于向上立焊。此外，由于該陶瓷組合物主要采用高嶺土基泥質(zhì)礦物作為二氧化硅源，在成品成型和燒結(jié)過程中會出現(xiàn)諸如產(chǎn)品收縮或變形的問題。因而，由于產(chǎn)品的低量綱特性導(dǎo)致的生產(chǎn)率下降，增加了生產(chǎn)成本。因此，亟需新型焊接用陶瓷襯料，其能無任何問題用于平焊和向上立焊中，且在產(chǎn)品生產(chǎn)中具有較小的煅燒收縮風(fēng)險。本發(fā)明在如此情況下完成，本發(fā)明發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將主要用做焊接用陶瓷襯料中二氧化硅源的部分高嶺土替換為瓷石，能夠防止在產(chǎn)品燒結(jié)過程中由于煅燒產(chǎn)生的收縮而導(dǎo)致的產(chǎn)品變形，還能夠得到即能用于平焊、又能用于向上立焊的焊接用陶瓷襯料，從而完成了本發(fā)明。發(fā)明公開因此，本發(fā)明考慮了相關(guān)技術(shù)中的上述問題而設(shè)計。本發(fā)明目的是提供焊接用陶瓷襯料，以促進(jìn)常規(guī)平焊和向上立焊技術(shù)中焊接性的提高，從而使單一焊接村料能同時用于平焊和向上立焊中，且抑制了煅燒中焊接襯料的收縮或變形，因而，大大提高了產(chǎn)品的均勻性和生產(chǎn)率。本發(fā)明的另一目的是提供生產(chǎn)襯料的方法。為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了通過成型和燒結(jié)陶瓷粉末獲得的焊接用陶瓷襯料，以重量百分比計，該襯料包含48-52%的二氧化硅、34-37%的三氧化二鋁、8-13%的氧化4美、0.5-2%的氧化4丐，剩余部分為不可缺少的雜質(zhì)，包括K20、Na20和Fe203,其中，基于原料總量，用作二氧化硅源的原料包含30-49%重量比的高嶺土和5-15%重量比的資石。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了生產(chǎn)焊接用陶瓷襯料的方法，該方法包括，通過混合各粉末態(tài)組分，得到30-49%重量比的高嶺土、5-15%重量比的瓷石、30-40%重量比的滑石和10-20%重量比的三氧化二鋁的混合物作為原料，并將該混合物順序成型和燒結(jié)。通常，焊接用陶瓷村料采用粘土基材如高嶺土，與滑石、三氧化二鋁等一起生產(chǎn)。盡管如此，在決定二氧化硅含量中起重要作用的包括高嶺土在內(nèi)的粘土基材具有10-14%的燒失量，會在煅燒后導(dǎo)致產(chǎn)品收縮或變形。瓷石是一種包含泥質(zhì)組分、硅質(zhì)組分和長石質(zhì)組分于一體的材料，其組分用作陶瓷的主要原料。因此，眾所周知，瓷石是一種煅燒時瓷化并形成陶瓷的粘土。通常，含絹云母作為主要礦物的瓷石具有高K20含量，而含高嶺石作為主要礦物的瓷石具有高A1203含量且?guī)缀醪缓瑝A性組分(K20+A1203)。含葉蠟石作為主要礦物的瓷石具有高Si02含量，而含長石作為主要礦物的瓷石包含不超過5%的堿性組分。瓷石是一種呈白色、灰白色或淡綠色的致密巖石，其硬度隨風(fēng)化和蝕變程度而變。當(dāng)酸性或中性巖，如花岡巖、酸性巖脈和凝灰?guī)r在熱液處理下改變時，生成瓷石，因而當(dāng)經(jīng)歷蝕變時，根據(jù)母巖類型、原始地質(zhì)構(gòu)造及轉(zhuǎn)化程度，生成的瓷石在礦物成分、化學(xué)成分、物理性質(zhì)等方面發(fā)生改變，礦物成分可分類如下(A)由絹云母和石英組成的物質(zhì)(絹云母瓷石)(B)由高嶺石和石英組成的物質(zhì)(高嶺石瓷石)(C)由葉蠟石和石英組成的物質(zhì)(葉蠟石瓷石)(D)由長石和石英組成的物質(zhì)(長石瓷石)乾石通常具有如下化學(xué)成分70-80%的Si02、13-20%的A1203、0.04-1%的Fe203、0.03-0.8%的CaO、不超過0.4。/。的MgO、0.06陽4%的K20、0.1-3%的Na20以及1.5-5%的H20,此外，還具有SK26-29的耐火度，l-3的硬度，2.61-2.74的比重和約4-8%的燒失量。由于該瓷石本質(zhì)上是一種混合物，因而礦物成分不恒定，性質(zhì)隨產(chǎn)地有輕微改變。作為主要二氧化硅源的高嶺土的燒失量大，因而可能造成煅燒后成品收縮或形變。因此，本發(fā)明中，嘗試用具有約4-8%的較小燒失量的瓷石代替部分高嶺土。根據(jù)本發(fā)明，由于絹云母在物料熔融時粘度趨于增大，該趨勢利于向上立焊，因此瓷石優(yōu)選絹云母瓷石，此外，優(yōu)選具有較小雜質(zhì)如堿金屬氧化物含量的瓷石。以下將給出本發(fā)明中如此定義各組分的原因。5首先，二氧化硅作為一種酸性氧化物，用于增加熔渣粘度。如果二氧化硅含量少于48%，渣粘度減小，這會導(dǎo)致向上立焊過程中熔融物料向下流動，使得焊接加工性能下降，封底焊道過度形成，可能產(chǎn)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%，渣粘度過度增大，使得平焊中焊接加工性能下降，焊縫金屬停留時間過長，可能產(chǎn)生焊瘤和焊道凸起等焊接缺陷。通常，在生產(chǎn)焊接用陶瓷襯料中，粘土基材如高嶺土或滑石用作二氧化硅源，但由于粘土基材如高嶺土煅燒后會有10-14%的燒失量，可能使產(chǎn)品發(fā)生收縮或形變?；罅康牧硪环N重要組分氧化鎂，因而襯料或焊接中全部組分的控制不容易實現(xiàn)。這就是本發(fā)明中包含高嶺土作為主要成分，但用瓷石替代部分高呤土的原因所在。即，在本發(fā)明中，嘗試基于原料總量，固定高嶺土含量到30-49%重量比，瓷石含量到5-15%重量比，從而如本發(fā)明預(yù)期，控制二氧化硅的構(gòu)成比率。三氧化二鋁用于增強陶瓷母材的機械強度，提高耐火性，并且作為堿性氧化物降低熔融物料粘度。如果三氧化二鋁含量少于34%，耐火性降低，過度熔化的焊接用陶瓷襯料可能造成燒穿。此外，機械強度下降，在運輸和搬運中可能發(fā)生損壞。另一方面，如果三氧化二鋁含量超過37%,熔融物料粘度下降，向上立焊中焊接加工性能降低，從而導(dǎo)致生產(chǎn)率下降、焊接缺陷發(fā)生。部分三氧化二鋁由高嶺土和絹云母瓷石提供，其余部分由純?nèi)趸X補足。即，本發(fā)明嘗試基于原料總量，固定三氧化二鋁含量到10-20%,乂人而如本發(fā)明預(yù)期控制三氧化二鋁的構(gòu)成比率。氧化鎂是焊接用陶瓷襯料的一種主要組分，如果氧化鎂含量少于8%，作為主要晶相的堇青石相含量減少，因而會破壞陶瓷襯料的耐熱性和抗沖擊性。當(dāng)焊接熱輸入相對較高時，在平焊和向上立焊過程中可能損傷陶瓷，且會產(chǎn)生燒穿危險。另一方面，如果氧化鎂含量超過13%,氧化鎂過量，而相對更需要的三氧化二鋁和二氧化硅含量減少，會降低焊接加工性能和耐火性。作為氧化鎂的重要來源，以滑石為例進(jìn)行說明。即，本發(fā)明嘗試基于原料總量，固定滑石含量到30-40%，從而如本發(fā)明預(yù)期，控制氧6化鎂的構(gòu)成比率。氧化鈣(CaO)是一種用作燒結(jié)助劑的組分，可起到如下作用降低襯料產(chǎn)品的煅燒溫度；通過將S以CaS的形式溶解于焊劑中，除去導(dǎo)致縱向裂縫出現(xiàn)的硫(S);以及汽化以保護(hù)焊接位點。如果氧化鈣含量少于0.5%，電弧穩(wěn)定性下降，并且硫的存在導(dǎo)致焊接缺陷發(fā)生。如果氧化釣含量超過2%，可能會降低熔點，從而導(dǎo)致玻璃化，損傷襯料外觀。和CaO—樣，K20和Na20也用作燒結(jié)助劑，用于擴展煅燒溫度范圍，以及汽化并保護(hù)焊接位點，從而保持電弧穩(wěn)定性。如果堿性氧化物如K20和Na20含量超過2%,它們會和氧化鈣一樣以相同方式玻璃化煅燒產(chǎn)品，從而降低對焊接中產(chǎn)生的高熱輸入的耐熱沖擊性，此外，還會產(chǎn)生過多焊渣。如果堿性氧化物含量少于0.8%,電弧穩(wěn)定性下降，可能導(dǎo)致焊接缺陷，如飛濺發(fā)生。發(fā)明效果如上所述，根據(jù)本發(fā)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襯料，本發(fā)明實現(xiàn)了單一焊接襯料同時用于平焊和向上立焊中，此外，通過在煅燒中抑制焊接用襯料的收縮或變形，提高了產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)率。最佳實施方式下文通過優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行更加具體的描述。首先，描述了本發(fā)明焊接用陶瓷襯料的生產(chǎn)方法。首先，表l中給出了該襯料的各原料組分并以粉末態(tài)加入球磨機中，隨后，將聚醋酸乙烯酯、硬脂酸、石蠟和其它添加劑加入球磨機中，所得混合物攪拌3-8小時，接著，用噴霧干燥機將混合物制成顆粒。隨后，在每件產(chǎn)品10-30kgf/cn^的造型壓力下，使用機械承壓30噸的壓制機對所得顆粒造型，接著，在1250-1350。C下將模制品煅燒5-12小時，爐冷。此后，用鋁帶包裝模制品，最終得到成品。在如下所示的焊接條件下，用所得襯料進(jìn)行平焊和向上立焊，此外，還完成了各種測試。結(jié)果見表2。(焊接條件)1.平焊1)焊絲DS-7100，SF-711.4(|)2)焊接電壓24V3)焊接電流200A4)焊接間隙10mm5)母材厚度12mm6)焊接方法手工焊接2.向上立焊1)焊絲DS畫7畫，SF-711.4小2)焊4矣電壓22V3)焊接電流180A4)焊接間隙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>關(guān)于焊接測試，在平焊中，不出現(xiàn)焊接缺陷如咬邊、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、熔融物料的滾動和焊渣剝離性是最重要的評價指標(biāo)。由表2測試結(jié)果可知，實施例1-3中陶瓷母材的組分屬于本發(fā)明的最優(yōu)選范圍，平焊和向上立焊中，在焊渣剝離性，焊接加工性能等方面均取得了良好的結(jié)果，但比較例焊接結(jié)果均不佳。對這些比較例問題的詳細(xì)分析將在下面給出。首先，比較例1是未使用瓷石而僅使用了高嶺土制得的產(chǎn)品。該產(chǎn)品在平焊中給出了良好的焊接結(jié)果，但由于熔渣的高粘度，在向上立焊中焊接加工性能被破壞。比較例2也僅使用了高嶺土，此例中，高嶺土的量增加以增加二氧化硅的加入量，但高嶺土的高燒失量導(dǎo)致了產(chǎn)品過分收縮和變形。此外，在平焊中，產(chǎn)品變形使得焊接后得到的封底焊道的形狀不佳，且焊接加工性能有一定程度上被破壞的趨勢。比較例3是使用具有高耐火性的高價原料耐火泥制得的產(chǎn)品，是采用現(xiàn)有技術(shù)、通過增強耐火性提高焊接性而制得的樣品。由于該產(chǎn)品具有高耐火性，在平焊中陶瓷材料熔融不充分，導(dǎo)致了焊接缺陷如咬邊的出現(xiàn)。比較例4是使用普通陶瓷廠生產(chǎn)過程中使用的原料制得的樣品。該產(chǎn)品在向上立焊中展現(xiàn)出優(yōu)異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產(chǎn)中的物料，當(dāng)在期望溫度下煅燒時，產(chǎn)品瓷化和過度收縮發(fā)生，使得產(chǎn)品形狀不佳。此外，如此高的二氧化硅含量導(dǎo)致了焊接加工性能被破壞。比較例5是使用所含原料組分與瓷石相似的長石制得的樣品。由于長石包含大量雜質(zhì)如堿性氧化物，且耐火性很低，當(dāng)在堇青石相形成的溫度下煅燒時，產(chǎn)品玻璃化而過度收縮，形成了不規(guī)則的形狀。焊接性方面，在焊接熱輸入作用下，過度熔融發(fā)生，導(dǎo)致了焊接缺陷如焊瘤的出現(xiàn)。比較例6和7是使用本發(fā)明中選擇的瓷石制得的樣品。該產(chǎn)品具有優(yōu)美的形狀和外觀，但由于比較例6中瓷石含量過高，使得二氧化12硅含量很高，在平焊中焊接性被破壞。比較例7中瓷石含量低于標(biāo)準(zhǔn)量，在向上立焊中焊接加工性能被破壞。因此，本發(fā)明通過有限的實施例進(jìn)行描述，但不限于這些實施例。本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中的普通技術(shù)人員會理解各種變更與修改在與本發(fā)明技術(shù)理念相同的范圍內(nèi)都是有可能的。權(quán)利要求1.通過成型和燒結(jié)陶瓷粉末制得的焊接用陶瓷襯料，以重量百分比計，所述襯料包含48-52％的二氧化硅、34-37％的三氧化二鋁、8-13％的氧化鎂、0.5-2％的氧化鈣，剩余部分為不可避免的雜質(zhì)，包括K2O、Na2O和Fe2O3，其中，基于原料總量，用作所述二氧化硅源的原料包含30-49％重量比的高嶺土和5-15％重量比的瓷石。2.如權(quán)利要求1所述的焊接用陶瓷襯料，其中瓷石是絹云母瓷石。3.生產(chǎn)焊接用陶瓷襯料的方法，所述方法包括通過混合各粉末態(tài)組分，得到30-49%重量比的高嶺土、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^匕二鋁的混合物，并將所述混合物順序成型和燒結(jié)。4.如權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)焊接用陶瓷襯料的方法，其中瓷石是絹云母瓷石。全文摘要本發(fā)明提供了焊接用陶瓷襯料，以重量百分比計，包含48-52％的二氧化硅、34-37％的三氧化二鋁、8-13％的氧化鎂、0.5-2％的氧化鈣，剩余部分為不可避免的雜質(zhì)，包括K₂O、Na₂O和Fe₂O₃，其中，基于原料總量，用作二氧化硅源的原料包含30-49％重量比的高嶺土和5-15％重量比的瓷石。該陶瓷襯料是有用的，由于在原料煅燒期間襯料經(jīng)歷了較少的收縮或變形，因而提高了成品的量綱特性，確保了充分的焊接加工性能，從而該襯料可用于平焊和向上立焊。文檔編號C04B35/14GK101502921SQ200910008490公開日2009年8月12日申請日期2009年2月4日優(yōu)先權(quán)日2008年2月4日發(fā)明者劉石鎮(zhèn),鄭夏文,鄭武秀申請人:鄭武秀