一种用于水下湿式电弧切割的药芯割丝及其制备方法

摘要

本发明公开了一种用于水下湿式电弧切割的药芯割丝及其制备方法。该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：白云石为8～24％，石英砂为0.5～4％，碳酸铯为0.1～3％，碳酸钾为0.1～3％，二氧化铈为0.6～2.4％，二氧化锰为2.4～4.8％，其余为过氧化钙或过氧化钡组成，总质量百分比为100％。制备步骤是，先将配比好的药粉混合均匀；然后采用成型机将外层钢带制成U型槽状；将混合均匀的药粉填充到U型槽中，合拢槽口；最后采用拉丝机逐道拉拔，得到药芯割丝。该药芯割丝用于切割水下低碳钢和低合金钢，无需加气体保护，无需额外供氧。

权利要求

1.一种用于水下湿式电弧切割的药芯割丝，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：白云石为8～24％，石英砂为0.5～4％，碳酸铯为0.1～3％，碳酸钾为0.1～3％，二氧化铈为0.6～2.4％，二氧化锰为2.4～4.8％，其余为过氧化钙或过氧化钡组成，总质量百分比为100％。

2.根据权利要求1所述的用于水下湿式电弧切割的药芯割丝，其特征是，所述二氧化铈与所述二氧化锰两种药粉的质量之比为0.10～0.50∶1。

3.根据权利要求1所述的用于水下湿式电弧切割的药芯割丝，其特征是，所述的药粉的粒径为过100目筛。

4.根据权利要求1所述的用于水下湿式电弧切割的药芯割丝，其特征是，所述的外层钢带的材质为低碳钢，厚度为0.4～0.6mm。

5.一种根据权利要求1所述的用于水下湿式电弧切割的药芯割丝的制备方法，其特征是，包括如下步骤：(1)按配比称取药粉，并将药粉混合均匀；

(2)采用成型机将外层钢带制成U型槽状；

(3)将混合均匀的药粉填充到U型槽中，合拢槽口；

(4)采用拉丝机逐道拉拔，得到药芯割丝。

说明书

一种用于水下湿式电弧切割的药芯割丝及其制备方法

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环保型药芯割丝及其制备方法。

背景技术

[0002] 水下切割技术中常用的是氧-电弧切割法与氧-火焰切割法，两者属热切割范畴，是利用电弧或火焰产生的高温熔化被切割金属，需额外喷出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，该药芯成分以菱铁矿为主，通过造气对切割处进行保护，但由于该药芯成分侧重于对钢板的造气保护，缺乏氧气供给，导致对钢板的氧化作用不足，制约了该药芯割丝的切割效果，在实际应用中，切割过程出现断弧现象，得到的割口存在搭桥、挂渣等缺陷。

[0004] 本发明人通过积极持久并且有益的试验，以过氧化钙或过氧化钡作为药芯中的氧气供给源，在二氧化铈和二氧化锰的催化作用下提供具有一定压力和流量的氧气，有效氧化待切割金属，并将氧化渣吹落从而形成割口，同时在药芯成分中添加易电离的铯盐和钾盐以改善药芯割丝的引弧性能并提高电弧燃烧的稳定性。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被切割钢板；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剧烈的化学反应放出氧气将钢板氧化，借助氧气流的作用力吹落氧化渣，从而形成割口；并通过添加合适的稳弧剂，改善药芯割丝的引弧性能以及提高电弧燃烧的稳定性，使切割能连续进行。

[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：白云石为8～24％，石英砂为0.5～4％，碳酸铯为0.1～3％，碳酸钾为0.1～3％，二氧化铈为0.6～2.4％，二氧化锰为2.4～4.8％，其余为过氧化钙或过氧化钡组成，总质量百分比为100％。

[0009] 其中所述二氧化铈与所述二氧化锰两种药粉的质量比为0.10～0.50∶1。

[0010] 所述的药粉的粒径为过100目筛。

[0011] 所述的外层钢带的材质为低碳钢，厚度为0.4～0.6mm。

[0012] 上述的一种用于水下湿式电弧切割的药芯割丝的制备方法，包括如下步骤：

[0013] 1、按配比称取药粉，并将药粉混合均匀；

[0014] 2、采用成型机将外层钢带制成U型槽状；

[0015] 3、将混合均匀的药粉填充到U型槽中，合拢槽口；

[0016] 4、采用拉丝机逐道拉拔，得到药芯割丝。

[0017] 本发明与现有技术相比，其有益效果主要是：

[0018] 本发明的药芯中的白云石在切割过程中受热分解，放出CO2气体对水下待切割处起保护作用，加入石英砂有利于白云石持续分解造气从而达到最佳保护效果；过氧化钙或过氧化钡是切割时的氧气供给源，除自身受热分解产生氧气外，其水解产物过氧化氢还将分解为水与氧气，但由于在水中散热较快，过氧化氢的分解速度尚不能满足水下切割对氧气的需求，故本发明针对该反应的特点，研究得到二氧化铈和二氧化锰在一定比例范围内的复合添加对该反应的催化作用较好，将促使过氧化氢分解反应快速发生且转化率高，保证了切割时的氧气供给，持续提供具有一定压力和流量的氧气将待切割处氧化，并将熔渣有效吹除，从而形成割口；碳酸铯和碳酸钾作为药芯中的稳弧剂，有利于提高水下切割电弧的引燃能力及燃烧的稳定性。

[0019] 本发明与现有技术相比，其特点主要在于：

[0020] 1)本发明研制的药芯割丝，可对低碳钢以及低合金钢进行自保护水下湿式电弧切割，无需额外加气体保护，无需额外供氧，在药芯中选用碳酸盐作为造气剂，选用过氧化物作为氧化气体供给源，反应得到的气体排开周围水，对待切割处起保护作用，并在切割过程中持续提供具有一定压力和流量的氧气将钢板氧化，并将熔渣吹落，形成割口，且切割效果良好。

[0021] 2)过氧化物与水反应生成的过氧化氢，尽管受热将分解为水与氧气，但由于热量在水中散失较快，该反应不能进行完全。本发明通过研究发现在药芯中添加二氧化锰，能对切割过程中的氧气制造起强有力的催化作用。进一步的研究发现，适量的二氧化铈可作为二氧化锰优良的辅助催化剂，当二氧化铈与二氧化锰的质量之比在0.10～0.50∶1之间时，对过氧化氢分解反应的催化效果较二氧化锰单独催化更为显著，使过氧化氢分解完全，且分解速率快、反应剧烈。而当两者比例低于0.10∶1或高于0.50∶1时，二氧化铈将丧失对二氧化锰的辅助催化作用，因此合理控制药芯中二氧化铈和二氧化锰的质量比，是本发明方案的关键点之

[0022] 3)本发明在药芯中添加电离势较低的铯盐和钾盐作为稳弧剂，有利于提高水下切割电弧的引燃能力及燃烧的稳定性。具体实施方式：

[0023] 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药芯割丝及其制备方法作进一步的详细说明。

[0024] 实施例1

[0025] 一、药芯成分配比

[0026] 称取8％的白云石，0.5％的石英砂，0.1％的碳酸铯，3％的碳酸钾，2.4％的二氧化铈，4.8％的二氧化锰，81.2％的过氧化钙。

[0027] 二、制备方法

[0028] 1、将所取药粉进行混合均匀，过100目的筛子；

[0029] 2、选取厚度为0.5mm的H08A钢带，将其轧成U形槽状；

[0030] 3、将混合均匀的药粉填充到U形槽中，合拢U形槽口；

[0031] 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。

[0032] 三、有益效果

[0033] 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200mm/min的工况下，未发生断弧和出现搭桥、挂渣现象。

[0034] 实施例2

[0035] 按质量百分比配比药芯成分为：12％的白云石，1％的石英砂，0.5％的碳酸铯，1.5％的碳酸钾，0.6％的二氧化铈，6％的二氧化锰，78.4％的过氧化钡。

[0036] 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。

[0037] 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220mm/min的工况下，未发生断弧和出现搭桥、挂渣现象。

[0038] 实施例3

[0039] 按质量百分比配比药芯成分为：16％的白云石，2％的石英砂，2.5％的碳酸铯，0.1％的碳酸钾，1.6％的二氧化铈，4％的二氧化锰，73.8％的过氧化钙。

[0040] 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。

[0041] 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240mm/min的工况下，未发生断弧和出现搭桥、挂渣现象。

[0042] 实施例4

[0043] 按质量百分比配比药芯成分为：20％的白云石，3％的石英砂，1％的碳酸铯，2.5％的碳酸钾，0.8％的二氧化铈，4％的二氧化锰，68.7％的过氧化钙。

[0044] 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。