[发明专利]一种用于水下湿式电弧切割的高效产热药芯割丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料类的焊接与切割材料技术领域，涉及一种切割用药芯焊丝，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

在水下紧急救援、水下沉船解体打捞，以及水下工程制造等领域中，水下切割均是不可或缺的关键技术。以往使用较多的是利用电弧或火焰产生的高温来熔化去除金属的氧-电弧切割法与氧-火焰切割法等热切割方法，但上述切割方法均需额外供氧，将耗费大量氧气，而瓶装纯氧在某些场合运输携带不便制约了该切割方法的使用。除此之外，上述切割方法尽管操作灵活、简单易行，但由于自动化程度不高，在切割工作量大的场合，就暴露出工作效率较低的缺点。

自保护水下湿式熔化极电弧切割方法使用药芯割丝作为切割材料，可实现自动化连续切割，利用药芯成分自身的化学反应提供氧气助燃及气体保护，故避免了氧-电弧切割法所需的外加氧气供给源及熔化极水喷射电弧切割法所需的高压水泵装置。前苏联专利SU1358254A1(Flux-cored wire forunderwater cutting)提供了一种药芯割丝用于该方法，该药芯主要成分菱铁矿在切割过程中受热分解释放二氧化碳气体排开周围水，对切割处进行保护，利用电弧热将钢板熔化吹落，但由于对钢板氧化效果及效率不够，得到的割口不连续，制约了该药芯割丝的切割效果。

本发明人通过积极持久并且有益的试验，以碳酸氢钠与白云石组合造气为水下待切割钢板提供气体保护，以高效率造氧的高氯酸钾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，利用高氯酸钾与铝粉反应产生的高热量辅助加热待切割钢板，有效地实现了水下电弧切割。同时在药芯成分中添加易电离的稀土氧化物，以改善药芯割丝的引弧性能并提高电弧燃烧的稳定性。药芯各成分在水下切割过程中无毒害作用。本发明到目前为止，尚未见相关报导。

发明内容

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高效产热环保型药芯割丝及其制备方法。

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以及药芯成分化学反应产生的高热量来加热和熔化待切割钢板；通过在药芯配方中添加适量的造气剂，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，化学反应产物简单且切割过程无毒害作用。

本发明实现目的的具体技术方案是：

一种用于水下湿式电弧切割的高效产热药芯割丝，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4～7％，白云石为10～18％，铝粉为10～20％，稀土氧化物为0.05～1.5％，其余为高氯酸钾组成，总质量百分比为100％。

其中所述碳酸氢钠与所述白云石两种药粉的质量之比不超过0.4︰1。

其中所述稀土氧化物为氧化镧或氧化铈。

其中所述的铝粉的粒径为100％过80目筛、过160目筛小于10％，所述的其余药粉的粒径为过100目筛。

其中所述的外层钢带的材质为低碳钢，厚度为0.4～0.6mm。

上述的一种用于水下湿式电弧切割的高效产热药芯割丝的制备方法，包括如下步骤：

(1)按配比称取药粉，先将高氯酸钾与碳酸氢钠、白云石混合均匀，再加入稀土氧化物混合均匀，最后加入铝粉混合均匀；

(2)将混合均匀的药粉进行烘干，烘干温度不超过50℃；

(3)采用成型机将外层钢带制成U型槽状，将药粉填充到U型槽中，合拢槽口，药粉填充率控制在18～25％；

(4)采用拉丝机逐道拉拔，得到药芯割丝。

本发明与现有技术相比，其有益效果主要是：

(1)在水下湿式电弧切割场合，利用水下电弧产生的热量来加热熔化待切割钢板，但切割过程所需的电压以及电流较大，电能消耗严重且极不安全。本发明在药芯中添加高效铝热剂(高热剂)，利用其化学反应产生的高热量与电弧热共同作用使得待切割处钢板熔化，从而有效节约切割电能，降低切割成本，且减少安全隐患，同时药芯配方中过量的高氯酸钾分解供氧，将熔化的钢板氧化并吹离从而形成割口。

表1 几种常用的铝热剂及其反应放热效率