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。所述药芯割丝由药芯和外层钢带组成，其中所述药芯按质量百分比由石灰石为10～20％，聚四氟乙烯为4～10％，铝粉为13～23％，氧化镧为0.08～1.5％，余量为生石膏组成，总质量百分比为100％。制备步骤是，分别将各药粉进行烘干，烘干温度为80℃，烘干时间为1小时；按配比称取药粉，先将生石膏、石灰石、氧化镧混合均匀，再加入聚四氟乙烯混合均匀，最后加入铝粉混合均匀；采用成型机将外层钢带制成U型槽状，将药粉填入到U型槽中，合拢槽口，药粉填充率控制在18～25％；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，切割过程无需额外供氧。

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，涉及一种水下电弧切割用药芯割丝，更具体地说，是涉及一种自保护水下湿式电弧切割用药芯割丝及其制备方法。

背景技术

在水下钻井平台的搭建与维修，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。以往使用较多的是氧-电弧切割法和氧-火焰切割法，这些方法主要是利用电弧或火焰营造高温环境来熔化待切割金属，并用外加氧气流将熔化金属氧化为渣并吹走，从而形成割口。但上述方法均需额外供氧，将消耗大量的氧气，而且大量氧气的存储设备的运输携带不方便制约了该切割方法的使用。除此之外，上述方法的自动化程度不高，虽然切割方法灵活，但是面临切割工作量大的场合，其切割效率低的缺点就容易暴露出来。

发明内容

本发明克服了现有技术中氧气存储设备携带不方便、自动化程度低的缺点，提供了一种用于水下湿式电弧切割的药芯割丝，该药芯割丝可根据其药芯化学成分产生气体吹除熔化金属形成割口，并且提高了自动化程度。

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中铝粉与生石膏发生铝热反应产生的高热量来加热和熔化待切割钢板，以及利用聚四氟乙烯发生化学反应对待切割钢板起到氟化腐蚀作用从而实现化学切割。通过在药芯配方中添加适量的石灰石作为造气剂，利用其产生的气体排开电弧周围的水，对待切割区域起保护作用，还可借助气体流的作用力吹落熔渣、腐蚀渣，从而形成割口。并通过添加适量且有效的稳弧剂氧化镧，改善药芯割丝的引弧性能并且提高电弧燃烧的稳定性，使切割能有效持续进行。药芯中各成分来源广泛，化学反应产物简单，切割过程无需额外提供气体。

为达到上述目的，本发明具体技术方案如下：

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：石灰石为10～20％，聚四氟乙烯为4～10％，铝粉为13～23％，氧化镧为0.08％～1.5％，其余为生石膏组成，总质量百分比为100％。

其中所述生石膏与所述铝粉两种药粉的质量之比为2.5～4.5︰1。

其中所述铝粉的粒径为100％过80目筛子，过160目筛小于10％，所述的其余药粉粒径为过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：

(1)分别将各药粉进行烘干，烘干温度为80℃，烘干时间为1小时；

(2)按配比称取药粉，先将生石膏、石灰石、氧化镧在搅拌机中混合1小时，搅拌机转速控制在40～60转/分钟，再加入聚四氟乙烯混合半小时，转速控制在40～60转/分钟，最后加入铝粉混合混合半小时，转速控制在30～40转/分钟；

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

(4)采用拉丝机将药芯割丝分别通过不同直径的拉丝模，逐道拉拔、减径，得到药芯割丝。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)生石膏的主要成分为硫酸钙，无毒无害，来源广泛，在生产与生活中应用广泛。药芯中的生石膏在电弧的高温下将分解释放出氧气，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；此外生石膏将和药芯中的铝粉发生铝热反应，利用反应产生的高热量与电弧共同作用使得待切割钢板熔化，可降低切割电压电流输入，从而有效节约切割电能，降低切割成本，减少安全隐患。值得注意的是，本发明研究得到，药芯中的生石膏与铝粉的质量之比在2.5～4.5︰1范围内时，供氧作用与产热作用能达到较好结合点；当质量之比小于2.5︰1，两者发生反应时铝粉过量，不能充分发挥产热效果；当质量之比大于4.5︰1，尽管供氧作用更显著，但此时生石膏分解所需更多的热量，且铝热反应的产热效果被削弱。因此合理控制药芯中生石膏与铝粉的质量比，是本发明方案的关键点之一。

(2)本发明在药芯配方中设计添加了聚四氟乙烯，聚四氟乙烯在高温下产生的氟气，对待切割金属腐蚀性较大，使被切割材料与氟发生氟碳化反应生成低沸点易挥发的氟化物，从而实现化学切割；再有气体流的吹力，使得割口金属被吹落地更彻底，不会形成挂渣；而且氟与水中的氢极易反应产生氟化氢，有利于去除割口中的氢元素，形成质量更高的割口。

(3)本发明在药芯配方中设计添加一定量的石灰石作为药芯的造气成分，该造气成分在电弧及铝热反应营造的高温环境下分解造气对切割区域排水保护，另外产生的气体将熔渣吹落从而形成割口，不再需要额外提供保护气体，简化了设备。除此之外，石灰石还可作为氧化剂的稀释剂，由于氧化剂与铝粉在直接混合过程中有安全隐患，故本发明在药芯混粉时，首先加入石灰石与生石膏，达到降低纯度的效果，铝粉是最后才加入混合均匀，提高了割丝药芯加工成型过程中的安全系数。为进一步改善水下电弧稳定性，在药芯中添加了氧化镧，发挥稀土元素易电离的优势，从而提高水下引弧能力及电弧燃烧的稳定性。

(4)本发明的实验表明，在药粉填装过程中填充率控制在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

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。

实施例1

一、药芯成分配比

按质量百分比配比药芯成分：10％的石灰石，4％的聚四氟乙烯，23％的铝粉，0.08％的氧化镧，62.92％的生石膏。

二、制备方法

(1)分别将符合粒径要求的各药粉进行烘干，烘干温度为80℃；

(2)按配比称取药粉，先将生石膏、石灰石、氧化镧在搅拌机中混合1小时，搅拌机转速控制在40～60转/分钟，再加入聚四氟乙烯混合半小时，转速控制在40～60转/分钟，最后加入铝粉混合混合半小时，转速控制在30～40转/分钟；

(3)选取厚度为0.5mm的H08A钢带，将其轧成形槽状，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％；

(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。

三、有益效果

本实施例制得的药芯割丝在切割电压为35～40V、切割电流为300～400A的条件下，对20mm厚度的Q235A钢板进行水下切割，切割速度为200mm/min的工况下，未出现搭桥挂渣现象。

实施例2

按质量百分比药芯成分为：12％的石灰石，6％的聚四氟乙烯，21％的铝粉，0.3％的氧化镧，60.7％的生石膏。

选用厚度为0.5mm的H08A钢带，按照实施例1的方法进行制备得到2.2mm直径的药芯割丝。

本实施例制得的药芯割丝在切割电压为35～40V、切割电流为300～400A的条件下，对20mm厚度的Q235A钢板进行水下切割，切割速度为210mm/min的工况下，未出现搭桥挂渣现象。

实施例3

按质量百分比药芯成分为：14％的石灰石，8％的聚四氟乙烯，19％的铝粉，0.7％的氧化镧，58.3％的生石膏。

选用厚度为0.5mm的H08A钢带，按照实施例1的方法进行制备得到2.2mm直径的药芯割丝。

本实施例制得的药芯割丝在切割电压为35～40V、切割电流为300～400A的条件下，对20mm厚度的Q235A钢板进行水下切割，切割速度为220mm/min的工况下，未出现搭桥挂渣现象。

实施例4

按质量百分比药芯成分为：17％的石灰石，9％的聚四氟乙烯，16％的铝粉，1％的氧化镧，57％的生石膏。

选用厚度为0.5mm的H08A钢带，按照实施例1的方法进行制备得到2.2mm直径的药芯割丝。

本实施例制得的药芯割丝在切割电压为35～40V、切割电流为300～400A的条件下，对20mm厚度的Q235A钢板进行水下切割，切割速度为230mm/min的工况下，未出现搭桥挂渣现象。

实施例5

按质量百分比药芯成分为：20％的石灰石，10％的聚四氟乙烯，13％的铝粉，1.5％的氧化镧，55.5％的生石膏。

选用厚度为0.5mm的H08A钢带，按照实施例1的方法进行制备得到2.2mm直径的药芯割丝。

本实施例制得的药芯割丝在切割电压为35～40V、切割电流为300～400A的条件下，对20mm厚度的Q235A钢板进行水下切割，切割速度为210mm/min的工况下，未出现搭桥挂渣现象。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的等效改变和变形，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。