本发明涉及碱性焊条技术领域，尤其涉及一种低尘环保碱性碳钢焊条。
背景技术：
碱性焊条具有优良的力学性能和抗裂性能，交直流两用，可进行全位置焊接，适用于中碳钢或低合金钢的焊接。目前大部分的碱性焊条采用氟化物如萤石等，作为造气剂，有效的降低了焊缝金属中的氢含量。但氟化物在焊接使用过程中存在有害气体氟化氢，产生烟雾，不仅污染环境，而且危害使用者的健康。因此，研制一种不含氟的碱性碳钢焊条对于焊丝的行业整体的稳定健康发展具有重要的意义。
云母氧化铁为正六边形的片状单晶体，主要化学成分为α-Fe2O3，由于其片状结构类似云母，故称云母氧化铁。因其具有化学性质稳定，无毒无味，耐高温，抗紫外线，良好的抗粉化性、防锈性、耐碱性、耐盐雾性、耐候性等优良性能，在车辆、桥梁等高档防锈漆得到广泛的应用。目前还未见将云母氧化铁应用于焊条的报道。
技术实现要素：
本发明提出了一种低尘环保碱性碳钢焊条，利用片状结构的云母氧化铁取代了氟化物，有效控制焊缝金属中的扩散氢含量，增加了焊缝低温冲击韧性，是焊条具有良好的焊接性能，焊接过程不产生烟雾，减少了焊接对环境的污染。
本发明提出的一种低尘环保碱性碳钢焊条，包括焊芯和涂敷在焊芯表面的药皮，所述药皮原料按重量百分比包括：大理石15～35％、碳酸钡3～10％、菱镁石2～7％、长石5～8％、云母氧化铁10～20％、硅灰石3～15％、金红石2～12％、锰砂3～10％，海藻酸钠1～2％、白土子1～2％、余量为铁粉。
优选地，大理石在药皮原料中的重量百分比为15％、15.5％、16％、16.5％、17％、17.5％、18％、18.5％、19％、19.5％、20％、20.5％、21％、21.5％、22％、22.5％、23％、23.5％、24％、24.5％、25％、25.5％、26％、26.5％、27％、27.5％、28％、28.5％、29％、29.5％、30％、30.5％、31％、31.5％、32％、32.5％、33％、33.5％、34％、34.5％、35％，碳酸钡在药皮原料中的重量百分比为3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％，菱镁石在药皮原料中的重量百分比为2％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3％、3.2％、3.4％、3.6％、3.8％、4％、4.2％、4.4％、4.6％、4.8％、5％、5.2％、5.4％、5.6％、5.8％、6％、6.2％、6.4％、6.6％、6.8％、7％，长石在药皮原料中的重量百分比为5％、5.2％、5.4％、5.6％、5.8％、6％、6.2％、6.4％、6.6％、6.8％、7％、7.2％、7.4％、7.6％、7.8％、8％，云母氧化铁在药皮原料中的重量百分比为10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％、15％、15.5％、16％、16.5％、17％、17.5％、18％、18.5％、19％、19.5％、20％，硅灰石在药皮原料中的重量百分比为3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％、15％，金红石在药皮原料中的重量百分比为2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％、11％、11.5％、12％，锰砂在药皮原料中的重量百分比为3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％，海藻酸钠在药皮原料中的重量百分比为1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％，白土子在药皮原料中的重量百分比为1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％。
优选地，所述云母氧化铁中Fe2O3的含量不小于90wt％。
优选地，所述云母氧化铁中SiO2的含量不大于4wt％。
优选地，云母氧化铁和硅灰石的重量比为3～5：1。
优选地，大理石、碳酸钡和镁菱石的重量比为24～26：4～7：3～5。
优选地，大理石、碳酸钡和镁菱石的重量比为25：5：4。
优选地，所述低尘环保碱性碳钢焊条采用钾钠水玻璃作为粘结剂，钾钠比为3：1，水玻璃模数为2.45～2.55，波美浓度37-39。
优选地，所述药皮原料按重量百分比包括：大理石20～30％、碳酸钡4～8％、菱镁石3～6％、长石6～7％、云母氧化铁12～18％、硅灰石6～12％、金红石3～10％、锰砂4～8％，余量为铁粉。
优选地，所述药皮原料按重量百分比包括：大理石25％、碳酸钡5％、菱镁石4％、长石6.5％、云母氧化铁15％、硅灰石9％、金红石7.5％、锰砂6％，余量为铁粉。
本发明中各组分的作用：
大理石：主要成分为碳酸钙，受热分解为氧化锆和二氧化碳气体，在熔敷金属表面形成保护气氛，有效降低了氢溶解，生成的氧化钙为碱性氧化物，提高熔渣的碱度，一定程度上改善煌缝金属的韧性。
碳酸钡、菱镁石：作为脱氧剂，包含碱土金属Ba与Mg，与氧有很强的亲和力，与大理石协同作用，Ca、Mg、Ba在高温下互溶，Ba能降低Ca、Mg的蒸气压，明显减少Ca、Mg的氧化和蒸发，提高Ca、Mg、Ba的利用率，延长含Ca、Mg、Ba合金反应的时间，提高合金的脱氧、脱硫能力。
长石：主要成分为SiO2，为白色粉末状，Si02的含量一般在70％左右，同时含有Al2O3，Na2O和K2O等氧化物，可以使焊接电弧变得柔软，起到稳弧作用。
云母氧化铁：又称为片状氧化铁为正六边形的片状单晶体，主要化学成分为α-Fe2O3，由于其片状结构类似云母，故称云母氧化铁，具有独特的鳞片结构，耐碱性好，受热分解并产生气体，降低了焊缝金属周围氢分压，抑制了氢气溶解，生成的FeO可以H反应，增加熔渣溶氢量，减少焊缝金属中的氢含量，大幅减少了焊缝金属中的氢含量，提高了焊缝金属的韧性；母体内少量的氧化硅与Fe2O3形成FeO-SiO2型铁橄榄石，增强了熔渣的碱度，进一步增大溶氢量和氧化性，提高焊缝的力学性能。
硅灰石：硅可以与碱金属和碱土金属形成玻璃状进入渣中，在药皮中加入硅酸盐不但可以降低烟尘，同时还可以降低烟尘的毒性。
金红石：呈暗红色或深棕色，其TiO2含量在85％左右,且含有Fe203、Si02等。作为造渣剂，能够稳定电弧，能够调节熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性，改善焊缝成形、减小飞溅。
锰砂：主要成分为MnO2，其属于高氧化物，提高了焊接熔池的氧化性，降低了液体金属氢的溶解度，同时高温条件下分解产生氧，与H生成OH，起到去氢的作用，增强了焊缝的力学性能；但是锰含量过高时，将导致脱氧过足，使焊缝易产生气孔，影响焊接物的性能。
海藻酸钠：调节熔渣的粘度，与造渣剂配合，控制熔渣粘度适合，使熔滴形成速度与焊缝金属相配，更好地保护焊缝金属。
白土子和长石：氧化产物SiO2用以造渣，可以调整渣的粘度，两者属于复合型硅酸盐，除去SiO2的作用，同时含Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O等氧化物，这些氧化物在焊条熔渣中同样可以发挥积极作用。
铁粉：其作用是提高药芯焊丝熔敷速度，调节堆焊金属的成分，形成焊缝金属。
本发明中，云母氧化铁高温分解产生FeO，FeO与H相互作用，一方面增强了熔池溶氢率，减少了焊缝金属中扩散氢含量，其次FeO与H生成的水蒸汽降低了氢气分压，抑制了氢溶解，再次FeO与云母氧化铁中的少量的SiO2结合形成晶体结构的铁橄榄石，提高了熔渣的碱度，同时由于铁橄榄石的晶体结构，使O与H形成的OH-的扩散比在无组织形态的FeO的扩散更加缓慢，多方面协同作用使焊条在不添加氟化物的情况下有效控制焊缝金属中保持较低的扩散氢含量，提高了焊缝金属的韧性，避免了冷裂纹的出现；云母氧化铁和锰砂，作为高价氧化物，两者协同作用，提高了提高了焊接熔池的氧化性，降低了液体金属氢的溶解度，两者形成MnO基复合造渣剂，FeO能显著降低炉渣的熔点，不仅避免了焊接前期熔渣中FeO的富集，并且熔池温度较快提高，使碳氧反应在焊接前期就均衡正常进行，避免发生爆发性的碳氧反应，不会有突发性强大的气体冲出，引起飞溅，同时离子半径较小的Mn2+(半径为0.80A)阳离子，会破坏庞大的复合阴离子团，使炉渣粘度下降，同时加入海藻酸钠，对熔渣粘度进一步精调，控制熔渣粘度在合理范围内，改善熔滴过度，有效地保护了焊缝金属，提高了焊缝金属的力学性能；大理石、碳酸钡和菱镁石三者协同作用作为造渣剂，三者含有的碱土金属元素与氧有很强的亲和力，Ca、Mg、Ba在高温下互溶，Ba能降低Ca、Mg的蒸气压，明显减少Ca、Mg的氧化和蒸发，提高Ca、Mg、Ba的利用率，增强了熔渣的脱氧、脱硫能力，提高了焊缝金属的力学性能，长石和白土子配合使用，在造渣的同时，还可以使焊接电弧变得柔软，起到稳弧作用。
本发明达到的有益效果有：
1、云母氧化铁取代了氟化物，焊接过程不产生烟雾，起尘少，飞溅率低，对环境压力小；
2、云母氧化铁和锰砂有效控制了焊缝金属中的扩散氢含量，增加了焊缝低温冲击韧性，有效控制了冷裂纹的出现；
3、通过复合脱氧剂，细化熔渣，增强了熔渣的脱氧、脱硫能力，提高了焊缝金属的力学性能。
4、采用复合造渣剂，控制熔渣粘度，改善熔滴过度方式，改善焊接性能。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种低尘环保碱性碳钢焊条，包括焊芯和涂敷在焊芯表面的药皮，所述药皮原料按重量百分比包括：大理石35％、碳酸钡3％、菱镁石7％、长石5％、云母氧化铁20％、硅灰石3％、金红石12％、锰砂3％、海藻酸钠2％、白土子1％，余量为铁粉。
实施例2
一种低尘环保碱性碳钢焊条，包括焊芯和涂敷在焊芯表面的药皮，所述药皮原料按重量百分比包括：大理石20％、碳酸钡8％、菱镁石3％、长石7％、云母氧化铁12％、硅灰石12％、金红石3％、锰砂8％、海藻酸钠1.2％、白土子1.8％，余量为铁粉；云母氧化铁中Fe2O3的含量为90wt％。
实施例3
一种低尘环保碱性碳钢焊条，包括焊芯和涂敷在焊芯表面的药皮，所述药皮原料按重量百分比包括：大理石15％、碳酸钡4％、菱镁石6％、长石6％、云母氧化铁18％、硅灰石6％、金红石10％、锰砂4％、海藻酸钠1.8％、白土子1.2％，余量为铁粉；在云母氧化铁中，Fe2O3的含量为92wt％，SiO2的含量为4wt％。
实施例4
一种低尘环保碱性碳钢焊条，包括焊芯和涂敷在焊芯表面的药皮，所述药皮原料按重量百分比包括：大理石30％、碳酸钡10％、菱镁石2％、长石8％、云母氧化铁10％、硅灰石15％、金红石12％、锰砂3％、海藻酸钠2％、白土子1％，余量为铁粉；在云母氧化铁中，Fe2O3的含量为96wt％，SiO2的含量为1wt％。
实施例5
一种低尘环保碱性碳钢焊条，包括焊芯和涂敷在焊芯表面的药皮，所述药皮原料按重量百分比包括：大理石25％、碳酸钡5％、菱镁石4％、长石6.5％、云母氧化铁15％、硅灰石9％、金红石2％、锰砂10％、海藻酸钠1％、白土子2％，余量为铁粉；在云母氧化铁中，Fe2O3的含量为93wt％，SiO2的含量为3wt％；
焊条制备方法为：将上述药皮组分在混料机中混合15min得到药皮混合物，采用钾钠水玻璃作为粘结剂，水玻璃的模数为2.5，钾钠比为3：1，浓度为37波美度，用螺旋机上将药皮混合物压涂在焊芯上，焊芯直径为3.5mm，在200℃下进行烘干30min，做成焊条。
实施例6
一种低尘环保碱性碳钢焊条，包括焊芯和涂敷在焊芯表面的药皮，所述药皮原料按重量百分比包括：大理石24％、碳酸钡7％、菱镁石3％、长石6％、云母氧化铁18％、硅灰石6％、金红石7.5％、锰砂6％、海藻酸钠1.5％、白土子1.5％，余量为铁粉；在云母氧化铁中，Fe2O3的含量为90wt％，SiO2的含量为4wt％
焊条制备方法为：将上述药皮组分在混料机中混合15min得到药皮混合物，采用钾钠水玻璃作为粘结剂，水玻璃的模数为2.55，钾钠比为3：1，浓度为37波美度，用螺旋机上将药皮混合物压涂在焊芯上，焊芯直径为3.5mm，在220℃下进行烘干25min，做成焊条。
实施例7
一种低尘环保碱性碳钢焊条，包括焊芯和涂敷在焊芯表面的药皮，所述药皮原料按重量百分比包括：大理石26％、碳酸钡4％、菱镁石5％、长石7％、云母氧化铁20％、硅灰石4％、金红石8％、锰砂5％、海藻酸钠1.5％、白土子1.2％，余量为铁粉；在云母氧化铁中，Fe2O3的含量为90wt％，SiO2的含量为4wt％；
焊条制备方法为：将上述药皮组分在混料机中混合15min得到药皮混合物，采用钾钠水玻璃作为粘结剂，水玻璃的模数为2.45，钾钠比为3：1，浓度为37波美度，用螺旋机上将药皮混合物压涂在焊芯上，焊芯直径为3.5mm，在230℃下进行烘干20min，做成焊条。
实施例6-7焊条性能测试数据如下表所示：
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。