专利名称：焊接防飞溅剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及化学涂料，特别涉及一种焊接防飞溅剂及其制备方法，用于防止焊接施工中的飞溅物粘附到母材上。
背景技术：
焊接施工是现代工业中应用极为广泛的一种工艺。例如海洋船舶、铁道交通、石油化工、锅炉容器、五金建筑等等，到处都有焊接的场合。
焊接时，焊条与被焊接的金属钢材接触，因大电流产生弧光高温，使焊条、欲连接的两块金属(一般称为母材)三者在局部范围内熔化，这三者的液态金属在范德瓦尔斯力、液体表面张力、分子化学亲合力、分子热运动扩散力等因素的作用下，迅速相混，融为一体(中部当然以焊条金属居多)。待冷却后，欲连接的两块金属也就牢牢地“粘”在一起了，达到了焊接的目的。
“焊花”是焊接时产生的飞溅物。焊接时，局部熔化了的金属(一般是焊条、母材的混合体)常常会有外界气体或混入的非金属夹杂物释放的气体，因急剧升温而爆发，在一片啪啪的响声中将一些液态金属抛向空中，这些液态金属因为高温而发亮，四处飞散，形成所谓的“焊花”。“焊花”一接触母材，即把热量传给母材，使母材在接触点也迅速熔化，飞溅物与母材液态相混，冷却后即牢牢地粘在其上了。
焊接产生的这种飞溅物有时多得惊人，它们密密麻麻分布于焊缝两旁，其直径为0.1～5毫米不等。不言而喻，飞溅物的害处很多，本处只讲一种为了保证焊接质量，防止因焊缝断裂而造成灾难，必须对焊缝内部需要进行超声波检查，以便发现有裂缝、未焊透、未融合、夹渣、气孔等缺陷后，进行铲除、加以修补，以防后患。检查用的超声波一般采用横波，从焊缝两旁的母材表面射入，令人生厌的焊接飞溅物使超声探头无法放置，检查工作无法进行。
目前，工业上去除飞溅物的方法一般是使用砂轮打磨。打磨是一项重体力劳动，特别在打磨仰面部位时，不仅要举起沉重的砂轮机，还要忍受粉尘的侵害。更为严重的是最后打磨的效果也不尽人意，不但磨伤了母材，钢板表面也磨得坑坑洼洼、毛糙不平。在这样的表面上进行超声检测，不仅会损坏价格昂贵的探头，而且粗糙表面也会大量消耗超声能量，使超声检测的灵敏度大大降低，致使危险性缺陷不能被发现，后果也是不可想象的。
除此以外，还有一种采用化学试剂(防飞溅剂)防止飞溅的方法在焊接施工之前将该防飞溅剂喷洒在焊缝两旁的母材表面，于母材表面形成一层保护膜，在焊接时阻隔焊花与母材之间的粘附。这种方法节省劳力、不损母材，使焊接后焊花不会粘在母材上。但在母材表面使用化学试剂后对焊缝质量以及母材有无影响呢？如果是飞溅物清除得很干净，但焊缝和母材却受到了损害，那将是得不偿失的事。
焊接防飞溅剂到底对焊缝和母材有些什么影响？虽然一般的钢材在焊接施工后，经力学试验及无损检测证明，防飞溅剂对焊缝质量不构成有害作用。将使用与不使用防飞溅剂的试样进行对比，其焊缝的机械强度没有什么变化，也无额外生成气孔、夹渣、裂缝、未融合、未焊透等缺陷的可能。这是直接显现出的影响。还有潜在即所谓慢性的影响，要等焊接工件经过较长时间服役之后才可显示出来的影响，这个问题过去并没有人研究。但随着工业发展，对于特别是诸如特种船舶制造、核电工程等等要求高的行业，凡是施加到机件上去的化学试剂、涂料等，其所含有害元素对机件的影响已是个不能忽视的问题了。
研究发现，试剂或涂料中有害元素会造成金属材料——特别是镍铬基不锈钢表面的点针状腐蚀、晶粒边界腐蚀、穿晶裂纹等。在日后的运转中会造成腐蚀、引起泄漏、诱发恶性事故的发生。特别是焊接防飞溅剂，它的影响基本上在高温下进行的，更加要注意。
目前，主要的一些镍基不锈钢，例如殷钢(36％的镍钢)已成为化工、液货化学品包装、运输工具的主要材料。而这类包装、运输工具，特别是液化天然气运输船、液氯、液溴甲烷、二氧化硫、环氧乙烷等运输船，因为其运载的货物对环境的危害是极大的，对它们的包装、运输工具必须严格监管。按照《国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则》即IGC规则(International Code for the Construction and Equipment of Ships CarryingLiquefied Gases in Bulk)规定，运载工具的材料不能与液货发生腐蚀、低温脆裂、高温蠕变、高压屈服等而造成爆破、燃烧等事故。但是，制造这类运载工具的不锈钢材料焊接时，采用的焊接防飞溅剂中所含的一些有害元素，正是能直接形成或是间接促使形成腐蚀、脆裂、蠕变的基本因素。所以严格控制这类液货运载工具在建造时使用的焊接防飞溅剂中有害元素的含量已不容忽视。
在核工程文件(例如HAF文件)中公布了三种有害元素，它们是氟、氯、硫。对它们的游离态与化合态的含量都要严格控制。例如法国RCC-M-F6423标准规定，渗透探伤剂中氯、硫的含量不得超过200PPm，中国标准Q/UCAB005-1999[B3100(1999) 3031]中规定，氯的含量不超过100PPm，氟、硫的含量不超过50PPm。
核工业中，重要部件的金属材料多数会受高温、高压、高通量辐射。而液化天然气(LNG、CNG)工程中的金属材料是处在高压、极低温、交变应力场下工作的，环境更加恶劣。这时，金属(特别是直接与液化天然气接触的内胆)的低温冷脆比任何时候都要敏感。焊接防飞溅剂中有害元素除与核动力工程中具有相同的不良作用之外，还有引发低温冷脆的危害性。所以严格控制LNG、CNG工程用焊接防飞溅剂中有害元素的含量已成为倍受关注的事。
试验研究及实践考察表明，诱发不锈钢等金属破坏的有害元素除了早先发现的氟、氯、硫之外，还有钠、磷(文献Resch G；Odenthal，HKorrosion15，Weinheim；Verlag Chemie1992，S，33；H.KaescheDie Korrosion derMetalle.Zweite Vollig neubearbeitete und erweiterte Auflage Springer-VerlagBerlin，Heidelberg.New York 1979；Fracture of brittle Solids B.R.LawnT.R.Wilshaw，Cambridge University Press)。特别对于处于载荷状态下的不锈钢材料，常温至低温(-20℃以下)状态时，除了氟、氯、硫的影响，钠和磷对其的破坏作用也较大。钠离子易与卤素无素结合成盐类，例如NaCl，这类物质促使金属表面形成严重的孔蚀。游离态的钠离子也是形成晶粒边界腐蚀的重要因素之一。磷离子在热脆、冷脆中能起极大的促进作用。而液货运载工具(如LNG船)的工作温度可达到-163℃，大大低于-20℃，可见环境更加恶劣，发生脆裂的可能性更大。因此，对于液货运载工具特别是液化天然气(LNG、CNG)工程用焊接防飞溅剂，除要严格控制氟、氯、硫三种有害元素的含量外，也必须严加控制钠、磷元素的含量。但是，到目前为止，还没有这样的焊接防飞溅剂及其控制标准问世。
此外，作为制造液货运输工具或包装的一种主要材料，镍基不锈钢(例如殷钢(36％的镍钢)与现有的焊接防飞溅剂接触后都会产生严重的螯合作用，其表面被接触区域变色发黑，即其镍基合金表面嵌入了非金属—主要是碳氢化合物及其衍生物，消弱了镍基合金的防锈能力，在螯合层与内层金属之间、螯合区与非螯合区的分界线上都会产生“原电池”现象，造成金属的腐蚀，在低温环境下降低镍基不锈钢的韧性、破坏蠕变性能使其产生脆裂，使得液货运输和储藏的安全性受到威胁。
发明内容
本发明的目的在于提供一种焊接防飞溅剂及其制备方法，以解决现有焊接防飞溅剂中氟、氯、硫、钠、磷等有害元素含量高，而且现有焊接防飞溅剂与镍基不锈钢接触会产生严重的螯合作用的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种焊接防飞溅剂，其原料组成如下 序号 原料 重量百分比(％) ①苄性醇20～72 ②钛干 10～20 ③硝酸钙1～6 ④铁钒铝5～18 ⑤锌氧粉2～8 ⑥锰酸铁2～8 ⑦多基纤维素8～20。
本发明还提供上述焊接防飞溅剂的制备方法，包括下列步骤 ①筛选原料各原料中的氟、氯、硫、钠、磷的含量不超过1200PPm的方可使用； ②称量原料根据上述配方计算并称量各原料； ③常温操作，按上述配方中所列原料顺序依次投入，从第二原料开始，待前一种原料混合均匀后，再投入下一种原料，直至所有原料投入完毕； ④提纯处理通过定性滤、定量滤、偶极膜滤、大孔离子树脂吸附对第③步骤所得溶液进行提纯处理； ⑤检验氯＜95PPm、氟≤45PPm、硫≤45PPm、钠≤100PPm、磷≤100PPm时，为合格，否则再部分或全部重复第④步骤提纯处理。
对提纯溶液检测合格后，进行防飞溅效果检验按照企业标准Q/UCAB007-98《焊接防飞溅剂》进行检验。
采用本发明提供的焊接防飞溅剂防止焊接时的飞溅在焊接施工之前将该焊接防飞溅剂喷洒(或刷)在焊缝两旁的母材表面，很快于母材表面形成一层保护膜，焊接时阻隔焊花与母材之间的粘附。当温度较低的小颗粒焊花溅落时，直接被阻隔，当场滚落；当部分温度较高的大粒焊花溅落时，尽管它将保护膜溶化了，但是由于保护膜的成分与母材的理化性质不相“湿润”，不会形成熔融状态，冷却后仍然各自分离，只要轻轻一扫，就能清除。
本发明的有益效果 1、本发明提供的焊接防飞溅剂因其配方的设计以及其制备方法的应用，降低了所含氟、氯、硫、钠、磷有害元素的含量，确保该焊接防飞溅剂中的单体、游离态、化合态的下列有害元素的含量控制为氯含量不超过95PPm，氟、硫不超过45PPm，钠、磷不超过100PPm。显然，本发明提供的焊接防飞溅剂除将氟、氯、硫三种有害元素的含量控制在核动力工程标准的限量以下之外，还控制了有害元素钠、磷的含量，大大降低了对焊缝、母材金属长期的有害影响，满足当前要求较高的工程—液化天然气(LNG、CNG)工程焊接施工的需要，也适合核动力工程焊接施工用，当然也适合于普通工程使用； 2、本发明提供的焊接防飞溅剂对镍基不锈钢不起螯合作用，适用于镍基不锈钢工程(如LNG、核动力等工程)的焊接防飞溅用，其与现有焊接防飞溅剂的效果比较如下表氟氯硫钠磷 螯合 船牌焊接防飞溅剂(PPm)----- 重 本发明焊接防飞溅剂(PPm)4595454040 未见 注“-”指未作要求说明 3、采用本发明提供的焊接防飞溅剂防止焊接时的飞溅，无需用砂轮打磨清除焊接飞溅物，不仅减轻了劳动强度，避免了粉尘伤害，而且不损伤母材，保证母材表面仍旧平整如初，有利于进行超声波检测，从而保证了无损检测的可靠性。
具体实施例方式 以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1 本焊接防飞溅剂的组成配方如下 序号原料 重量百分比(％) ① 苄性醇 20 ② 钛干 20 ③ 硝酸钙 6 ④ 铁钒铝 18 ⑤ 锌氧粉 8 ⑥ 锰酸铁 8 ⑦ 多基纤维素 20。
其制备方法包括下列步骤 ①筛选原料各原料中的氟、氯、硫、钠、磷的含量不超过1200PPm的方可使用； ②称量原料根据上述配方计算并称量各原料； ③常温操作，按上述配方中所列原料顺序依次投入，从第二原料开始，待前一种原料混合均匀后，再投入下一种原料，直至所有原料投入完毕； ④提纯处理通过定性滤、定量滤、偶极膜滤、大孔离子树脂吸附方法对第③步骤所得溶液进行提纯处理； ⑤检验氯＜95PPm、氟≤45PPm、硫≤45PPm、钠≤100PPm、磷≤100PPm时，为合格，否则再部分或全部重复第④步骤提纯处理； ⑥对提纯溶液检测合格后，进行防飞溅效果检验按照企业标准Q/UCAB007-98《焊接防飞溅剂》进行检验。
实施例2 本焊接防飞溅剂的组成配方如下 序号 原料重量百分比(％) ①苄性醇72 ②钛干 10 ③硝酸钙1 ④铁钒铝5 ⑤锌氧粉2 ⑥锰酸铁2 ⑦多基纤维素8。
其制备方法同实施例1。
实施例3 本焊接防飞溅剂的组成配方如下 序号 原料重量百分比(％) ①苄性醇 40 ②钛干16 ③硝酸钙 4 ④铁钒铝 14 ⑤锌氧粉 6 ⑥锰酸铁 5 ⑦多基纤维素 15。
其制备方法同实施例1。
权利要求
1、一种焊接防飞溅剂，其特征在于其原料组成如下
序号 原料 重量百分比(％)
①苄性醇 20～72
②钛干 10～20
③硝酸钙 1～6
④铁钒铝 5～18
⑤锌氧粉 2～8
⑥锰酸铁 2～8
⑦多基纤维素 8～20。
2、权利要求1所述的焊接防飞溅剂的制备方法，其特征在于包括下列步骤
①筛选原料各原料中的氟、氯、硫、钠、磷的含量不超过1200PPm的方可使用；
②称量原料根据权利要求1所述配方计算并称量各原料；
③常温操作，按权利要求1中所列原料顺序依次投入，从第二原料开始，待前一种原料混合均匀后，再投入下一种原料，直至所有原料投入完毕；
④提纯处理通过定性滤、定量滤、偶极膜滤、大孔离子树脂吸附对第③步骤所得溶液进行提纯处理；
⑤检验氯＜95PPm、氟≤45PPm、硫≤45PPm、钠≤100PPm、磷≤100PPm时，为合格，否则再部分或全部重复第④步骤提纯处理。
3、根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于对提纯溶液检测合格后，进行防飞溅效果检验按照企业标准Q/UCAB007-98《焊接防飞溅剂》进行检验。
全文摘要
本发明涉及一种焊接防飞溅剂及其制备方法，其特征在于该防飞溅剂由下列原料组成苄性醇、钛干、硝酸钙、铁钒铝、锌氧粉、锰酸铁、多基纤维素。本发明焊接防飞溅剂的制备方法，包括筛选原料、配料、溶解原料、提纯、检验等步骤。本发明提供的焊接防飞溅剂所含有害元素氟、氯、硫、钠、磷的含量很低，大大降低了对焊缝、母材金属长期的有害影响，特别适合于液化天然气工程和核动力工程的焊接施工使用，且对镍基不锈钢不起螯合作用。采用本发明提供的焊接防飞溅剂防止焊接时的飞溅，不仅减轻了劳动强度，避免了粉尘伤害，而且不损伤母材，保证其表面平整，有利于超声波检测，从而保证了无损检测的可靠性。
文档编号B23K35/38GK1644302SQ200410093210
公开日2005年7月27日 申请日期2004年12月17日 优先权日2004年12月17日
发明者王建喜, 陈时宗 申请人:沪东中华造船(集团)有限公司