專利名稱：陶瓷基體材料以及使用該材料的焊接用支承工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接用的陶瓷基體材料，尤其涉及一種機(jī)械強(qiáng)度以及耐熱沖擊性得到改善的陶瓷基體材料。此外，本發(fā)明還涉及一種在陶瓷基體材料的一個(gè)面上層疊有玻璃纖維體的自動(dòng)焊接用支承工具。本發(fā)明是對(duì)本件申請(qǐng)人在先提出申請(qǐng)并授權(quán)的自動(dòng)焊接用支承工具(第2857116號(hào)日本專利)進(jìn)行改良的，可對(duì)快速發(fā)展的焊接產(chǎn)業(yè)提供更優(yōu)良的陶瓷基體材料以及自動(dòng)焊接用支承工具，由此使高效率、高性能的自動(dòng)焊接成為可能，從而能夠提高生產(chǎn)性。
潛弧焊(SUBMERGED ARC WELDING)是一種在高電流、高電壓下進(jìn)行的普通的自動(dòng)焊接方法，在此自動(dòng)焊接方法中使用的陶瓷基體材料由耐火度、對(duì)急速加熱和急速冷卻的熱沖擊抵抗性、機(jī)械強(qiáng)度、耐酸性、以及耐化學(xué)性較強(qiáng)的陶瓷基體材料構(gòu)成，以便順利進(jìn)行自動(dòng)焊接。
申請(qǐng)人在先申請(qǐng)并獲授權(quán)的第2857116號(hào)日本專利的說(shuō)明書中記載的自動(dòng)焊接用支承工具是一種在自動(dòng)焊接用途中，特別是在潛弧焊接用途中，能夠抑制焊接缺陷的發(fā)生，從而達(dá)到期望目的的優(yōu)良的自動(dòng)焊接支承工具。但是，針對(duì)迅速變化的焊接產(chǎn)業(yè)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所需的高效率生產(chǎn)用焊接方法的變化，新出現(xiàn)了下面所述的課題。
第一，在制造陶瓷基體材料的時(shí)，由于作為主要原料的陶瓷粉末顆粒比較大，因此陶瓷基體材料的機(jī)械強(qiáng)度降低，陶瓷基體材料會(huì)因來(lái)自外部的輕度撞擊而產(chǎn)生破損。
第二，為了將粉末顆粒大的原材料燒結(jié)成陶瓷基體材料，需要添加具有熔劑作用的Na2O或者K2O，但是如果熔劑成分添加得超過(guò)了所需的量，則雖然具有因降低陶瓷基體材料的氣孔率而提高機(jī)械強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，但是陶瓷基體材料的結(jié)晶結(jié)構(gòu)會(huì)被玻璃化，陶瓷基體材料就存在由焊接時(shí)產(chǎn)生的高溫導(dǎo)致的熱沖擊而破損的情況。
陶瓷基體材料的破損不能完全保持由焊接產(chǎn)生的熔化金屬，因此會(huì)成為產(chǎn)生所謂熔化金屬熔漏的重大焊接缺陷的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，本發(fā)明的發(fā)明人提出的第2857116號(hào)日本專利的說(shuō)明書中記載的自動(dòng)焊接用支承工具中使用的陶瓷基體材料，雖然可作為賦予優(yōu)良焊接性能的基體材料起作用，但是在機(jī)械強(qiáng)度、焊接高溫的耐熱沖擊性方面卻有不足。因此，本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱沖擊性優(yōu)良的陶瓷基體材料。
本發(fā)明的另一目的是提供一種使用了該機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱沖擊性優(yōu)良的陶瓷基體材料的自動(dòng)焊接用支承工具。
申請(qǐng)人已經(jīng)意識(shí)到了，在先提出的日本專利第2857116號(hào)的說(shuō)明書中記載的自動(dòng)焊接用支承工具中使用的陶瓷基體材料，之所以機(jī)械強(qiáng)度低以及對(duì)因焊接高溫造成的熱沖擊性的耐受性低的原因是，作為陶瓷基體材料主要成分的SiO2粉末顆粒較大，可達(dá)到60～80篩目，在燒結(jié)這樣大的粉末顆粒時(shí)使用的熔劑(助熔劑)Na2O以及/或者K2O的含量較高，達(dá)到1.2～8重量％，還有，通過(guò)這些相關(guān)關(guān)系產(chǎn)生的陶瓷基體材料的氣孔率較大，達(dá)到25～48％。根據(jù)上述的認(rèn)識(shí)精心探討研究的結(jié)果，完成了下述陶瓷基體材料以及自動(dòng)焊接用支承工具的發(fā)明。其中，作為陶瓷基體材料主要成分的SiO2粉末顆粒的粒度為90～150篩目，Na2O以及/或者K2O的含量控制在0.3～2重量％，而且陶瓷基體材料的氣孔率為12～24％，從而提高了陶瓷基體材料的機(jī)械強(qiáng)度，而且改善了急熱、急冷時(shí)的耐熱沖擊性，由此更廣泛地適用于自動(dòng)焊接中。
也就是說(shuō)，本發(fā)明涉及一種陶瓷基體材料，由陶瓷粉末成形、燒結(jié)而成，陶瓷粉末以具有90～150篩目范圍粒度的SiO2粉末顆粒作為主要成分，當(dāng)陶瓷基體材料的整體作為100重量％時(shí)，其中含有75～95重量％的SiO2；2～15重量％Al2O3；1～5重量％的MgO；0.3～2重量％的Na2O以及/或者K2O；0.01～0.5重量％的水，其余部分是不可避免地混入的雜質(zhì)。
此外，本發(fā)明還涉及一種自動(dòng)焊接用支承工具，包括由陶瓷粉末成形、燒結(jié)而成的陶瓷基體材料和層疊在所述陶瓷基體材料的一個(gè)面上的玻璃纖維體。其中，陶瓷粉末以具有90～150篩目范圍的粒度的SiO2粉末顆粒作為主要成分，當(dāng)陶瓷基體材料的整體作為100重量％時(shí)，其中含有75～95重量％的SiO2、2～15重量％的Al2O3、1～5重量％的MgO、0.3～2重量％的Na2O以及/或者K2O、0.01～0.5重量％的水，其余部分是不可避免混入的雜質(zhì)；玻璃纖維體含有40～70重量％的SiO2、5～20重量％的Al2O3、3～15重量％的B2O3、8～28重量％的CaO、0.5～4重量％的堿金屬氧化物以及0.01～0.5重量％的水，其厚度為0.3～1.5mm。
在本發(fā)明的陶瓷基體材料以及使用該材料的自動(dòng)焊接用支承工具中，用于成形、燒結(jié)的陶瓷粉末顆粒的主要成分的、具有90～150篩目范圍的粒度的SiO2粉末顆粒優(yōu)選是選自石英、鱗石英(tridymite，或リンケイ石)、以及方石英(crystobalite，或クリストバル石)的至少一種粉末顆粒。此外，在陶瓷基體材料中不可避免地混入的雜質(zhì)含量?jī)?yōu)選為0.5～5重量％。而且，陶瓷基體材料優(yōu)選具有12～24％的氣孔率。


圖1為本發(fā)明的自動(dòng)焊接用支承工具的示意圖。
符號(hào)說(shuō)明1 陶瓷基體材料2 鋁膠帶3 玻璃纖維體4 鋼板具體實(shí)施方式
本發(fā)明的陶瓷基體材料，在焊接施工現(xiàn)場(chǎng)是作為在其一個(gè)面層疊有玻璃纖維體的自動(dòng)焊接用支承工具而使用的。也就是說(shuō)，如圖1所示，在陶瓷基體材料1的一個(gè)面上層疊有玻璃纖維體3，玻璃纖維體3與需要焊接的鋼板4接觸后安裝到鋼板4上。此時(shí)，用機(jī)械工具將陶瓷基體材料1和玻璃纖維體3安裝到鋼板4上也是可以的。但是通常由于使用鋁膠帶2將焊接支承工具安裝到鋼板上的方法簡(jiǎn)便而且可靠，因而是優(yōu)選的。鋁膠帶2具有能夠?qū)⒑附訒r(shí)產(chǎn)生的氣體排出的多個(gè)小孔，且其一個(gè)面上涂有粘結(jié)層，在鋁膠帶2的中央部粘貼陶瓷基體材料1的底面，其端部一側(cè)粘貼在鋼板4的內(nèi)側(cè)。
由上述內(nèi)容可知，陶瓷基體材料1起到保護(hù)在焊接時(shí)形成的熔化金屬層的作用，尤其是起到控制內(nèi)側(cè)焊道(背面焊道)寬度和深度等的形狀的作用。此外，玻璃纖維體作為容易使需要焊接的鋼板和焊接支撐工具完全貼緊的緩沖材料，同時(shí)容易使焊接時(shí)產(chǎn)生的氣體排出，既防止了咬邊、重疊、飛濺、針孔等焊接缺陷的發(fā)生，又起到了保證良好的焊接焊道以及良好的內(nèi)側(cè)焊道形狀的作用。
下面，對(duì)本發(fā)明的陶瓷基體材料以及玻璃纖維體進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明的陶瓷基體材料1，可以將選自a-石英(a-Quartz)，鱗石英(tridymite、リンケイ石)、以及方石英(crystobalite、クリストバル石)中選擇至少一種礦物作為主結(jié)晶相?；蛘?，也可以將以各自不同含量含有本發(fā)明的陶瓷基體材料各成分的幾種礦物混合來(lái)代替使用這些礦物相，制造本發(fā)明的陶瓷基體材料。
例如，也可以Si2O是從含有它的礦物如硅土、高嶺土、長(zhǎng)石、云石、滑石、模來(lái)石中、Al2O3是從含有它的礦物如礬土、高嶺土、模來(lái)石、鋁土礦中、MgO是從含有它的礦物如菱苦土、堇青石、滑石、菱鎂礦中、Na2O是從含有它的礦物如蘇打長(zhǎng)石、蘇打鈉(ソ一ダナトリウム)、蘇打水玻璃中、K2O是從含有它的礦物如鉀長(zhǎng)石、鈦酸鉀、鉀水玻璃中按照滿足本發(fā)明的陶瓷基體材料的組成范圍適當(dāng)按配比混合各種礦物，制造本發(fā)明的陶瓷基體材料。
通過(guò)調(diào)整該礦物原料粉末顆粒的粒度，按照可獲得本發(fā)明的陶瓷基體材料的組成的方式調(diào)整礦物原料的配合量，并對(duì)其進(jìn)行成形、燒結(jié)，由此，可制造出具有本發(fā)明的組成范圍且具有12～24％的氣孔率的本發(fā)明的陶瓷基體材料。而且，這樣制造的陶瓷基體材料還具有1435℃～1670℃的耐熱性(SK)。
本發(fā)明的陶瓷基體材料的重要成分之一的SiO2，其結(jié)晶相是以a-石英、鱗石英、以及/或者方石英的方式存在。SiO2在本發(fā)明的陶瓷基體材料中含有75～95重量％，優(yōu)選是含有80～95重量％、更優(yōu)選是含有85～95重量％。在SiO2的含量不到75重量％時(shí)，陶瓷基體材料的耐熱性降低，產(chǎn)生過(guò)多的熔渣，此外，由于熔化物較多，所以電弧熱變得不穩(wěn)定，很容易產(chǎn)生所謂的咬邊、飛濺的焊接缺陷。另一方面，如果SiO2含量超過(guò)95重量％，則由于熔渣的流動(dòng)性減小，不能形成均勻的內(nèi)側(cè)焊道，熔渣的剝離性也降低，因此容易發(fā)生熔渣卷入的情況。
Al2O3是一種能夠提高陶瓷基體材料的耐火性，使其能夠承受自動(dòng)焊接(潛弧焊)時(shí)產(chǎn)生的高溫，提高焊接時(shí)產(chǎn)生的熔渣的粘性，取得均勻的內(nèi)側(cè)焊道效果的必要成分。Al2O3含量為2～15重量％，優(yōu)選為2.5～12重量％，更優(yōu)選為3～10重量％。在Al2O3含量不足2重量％時(shí)，容易產(chǎn)生飛濺，此外由于熔渣剝離性降低，所以焊接后必須用研磨機(jī)或者鋼絲刷研磨除去附著在內(nèi)側(cè)焊道上的熔渣。此外、如果Al2O3含量超過(guò)15重量％，則耐火度過(guò)高，熔渣的粘性降低，容易產(chǎn)生熔渣卷入、咬邊等焊接缺陷。
此外，MgO是一種作用與Al2O3類似的成分，即起到提高陶瓷基體材料的耐熱性，使熔渣的剝離性良好的作用。MgO含量為1～5重量％，優(yōu)選為1.5～4.5重量％，更優(yōu)選為2～4重量％。MgO含量不足1重量％時(shí)，熔化金屬的粘性降低，熔渣的剝離性降低，容易產(chǎn)生咬邊、重疊等焊接缺陷。如果MgO含量超過(guò)5重量％，則熔化金屬的粘性過(guò)大，使氣體的排出變得困難，容易產(chǎn)生氣泡、飛濺、壓痕等焊接缺陷。
在本發(fā)明的陶瓷基體材料中、Na2O以及/或者K2O是一種在燒結(jié)陶瓷粉末顆粒形成陶瓷基體材料時(shí)起到熔劑作用的燒結(jié)助劑。因此，通過(guò)含有Na2O以及/或者K2O，可以擴(kuò)大陶瓷的燒成溫度范圍，但是另一方面，對(duì)焊接缺陷產(chǎn)生影響，如生成的熔渣的粘性以及熔渣的剝離性、熔渣的卷入、咬邊、內(nèi)側(cè)焊道的氣孔等。在本發(fā)明的陶瓷基體材料中，Na2O、K2O可以各自單獨(dú)地含在陶瓷基體材料中，或者也可以兩者成分并用。單獨(dú)使用或者并用的Na2O以及/或者K2O的含量為0.3～2重量％，優(yōu)選為0.5～1.8重量％范圍。如果單獨(dú)使用或者并用的Na2O以及/或者K2O的含量不足0.3重量％，則不能充分起到作為燒結(jié)助劑的作用，而且熔渣的粘性降低，降低熔渣的剝離性，容易使熔渣卷入所生成的內(nèi)側(cè)焊道中，以及容易發(fā)生咬邊。另一方面，如果單獨(dú)使用或者并用的Na2O以及/或者K2O的含量超過(guò)2重量％，則雖然具有陶瓷基體材料的氣孔率降低而機(jī)械強(qiáng)度提高的優(yōu)點(diǎn)，但是使陶瓷基體材料的結(jié)晶結(jié)構(gòu)玻璃化，由此，降低對(duì)于焊接時(shí)產(chǎn)生的高溫?zé)釠_擊的耐受性，由此因焊接時(shí)的高溫而可能導(dǎo)致陶瓷基體材料破損。
在本發(fā)明的陶瓷基體材料中，除了SiO2、Al2O3、MgO、Na2O以及K2O以外，不可避免地混入的Fe2O3、TiO2、LiO2、CaO、ZrO2等雜質(zhì)可以含有0.5～5重量％范圍。這些雜質(zhì)并不是有意含在本發(fā)明的陶瓷基體材料中的，而是在制造陶瓷基體材料時(shí)，從原料粉末中不可避免地混入進(jìn)去。
在本發(fā)明中是通過(guò)成形、燒結(jié)陶瓷粉末顆粒來(lái)制造陶瓷基體材料，成形時(shí)原料粉末的粒度是非常重要的。也就是說(shuō)、如果作為制造陶瓷基體材料時(shí)的主要成分SiO2粉末顆粒的大小比較大，則成形、燒結(jié)而成的陶瓷基體材料的機(jī)械強(qiáng)度就會(huì)變小，來(lái)自外部的輕輕的沖擊也有可能導(dǎo)致陶瓷基體材料產(chǎn)生破損，在本發(fā)明的陶瓷基體材料中，尤其是SiO2粉末顆粒的粒度做成為90～150篩目。如果SiO2粉末顆粒的粒度低于90～150篩目，由于粉末顆粒的粒度變大，所以成形、燒結(jié)而成的陶瓷基體材料的機(jī)械強(qiáng)度變小，必須十分小心地處理陶瓷基體材料，實(shí)際處理不方便。另一方面、如果SiO2粉末顆粒超過(guò)150篩目，則雖然機(jī)械強(qiáng)度良好，但是因作為焊接用支承工具的基本特性的急熱、急冷的耐熱沖擊性降低，焊接時(shí)也有可能產(chǎn)生陶瓷基體材料的破損。此外，含有和作為主要原料的SiO2粉末顆?；旌系腁l2O3、MgO、Na2O以及/或者K2O的粉末顆粒的大小，從與SiO2粉末顆?；旌闲缘慕嵌瘸霭l(fā)，優(yōu)選是與SiO2粉末顆粒相同大小或者比其稍微小的粉末顆粒。
在本發(fā)明中，陶瓷粉末顆粒的粒度通過(guò)將各種原料礦物破碎后，使用標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，將粒度控制在90～150篩目的范圍內(nèi)。
接下來(lái)，從陶瓷基體材料的機(jī)械強(qiáng)度以及對(duì)急熱、急冷的耐熱沖擊性的角度考慮，本發(fā)明的陶瓷基體材料成形、燒結(jié)后的氣孔率為12～24％。如果氣孔率不足12％，則在陶瓷基體材料中生成過(guò)多的玻璃結(jié)晶相，伴隨而來(lái)的是焊接時(shí)產(chǎn)生的氣體不容易吸收，導(dǎo)致因熱沖擊而使陶瓷基體材料破損。另一方面，如果氣孔率超過(guò)24％，則與如上所述的Na2O以及/或者K2O的含量不足0.3重量％的情況一樣，陶瓷基體材料的機(jī)械強(qiáng)度降低，很容易導(dǎo)致使用上的困難和焊接時(shí)破損。
另外，氣孔率用下面的公式來(lái)定義。
氣孔率＝(W3-W1)/(W3-W2)×100(式中W1表示的是干燥重量、W2表示的是水中重量、W3表示的是從水中取出時(shí)的飽和重量。)此外，含在本發(fā)明的陶瓷基體材料中的水為0.01～0.5重量％。規(guī)定這樣的范圍的理由是，陶瓷基體材料的含水量對(duì)焊接時(shí)的氣孔和壓痕等有較大影響，如果超過(guò)0.5重量％的水存在于陶瓷基體材料中，則焊接時(shí)來(lái)自陶瓷基體材料中的水被熔化金屬吸收，會(huì)在內(nèi)側(cè)焊道中產(chǎn)生許多細(xì)微的氣孔。另外，此水分通過(guò)吸收大氣中的水分，還會(huì)存在于陶瓷基體材料的表面和氣孔等中。
如下面的一個(gè)例子所示，上述本發(fā)明的陶瓷基體材料是這樣制造出的按照本發(fā)明的陶瓷基體材料的組成范圍，將調(diào)整了粉末顆粒的粒度的主要原料、輔助原料的無(wú)機(jī)化合物進(jìn)行混合，與通常的陶瓷材料一樣，經(jīng)過(guò)成形、燒結(jié)來(lái)制造。作為主要原料使用含有選自a-石英、鱗石英、方石英的至少一種原料粉末的礦物。
1)陶瓷原料的混合將選自a-石英、鱗石英、方石英中的至少一種原料粉末粉碎成90～150篩目，并對(duì)蘇打長(zhǎng)石(含有Na2O的礦物)或者鉀長(zhǎng)石(含有K2O的礦物)、礬土(含有Al2O3的礦物)、菱苦土(含有MgO的礦物)按規(guī)定的配合比例混合后，將其粉碎成90～150篩目，優(yōu)選為150篩目以下，更優(yōu)選為325篩目以下的輔助原料混合粉末和選自a-石英、方石英族群中的至少一種原料混合。
2)有機(jī)粘結(jié)劑的添加接下來(lái)，將聚乙烯醇(PVA205)、硬脂酸、石蠟、萘、鋸屑以及其它的添加劑加入上述混合粉末中，用烤爐以90～110℃的溫度干燥8～24小時(shí)后，用40噸的機(jī)械壓力，以每個(gè)陶瓷基體材料的成形壓力為10～30kgf/cm2按照規(guī)定形狀進(jìn)行壓縮成形，然后再次用烤爐以90～110℃的溫度干燥24小時(shí)，之后用1250～1400℃的溫度進(jìn)行熱處理(燒結(jié))，由此制造陶瓷基體材料。
接下來(lái)，對(duì)在本發(fā)明的自動(dòng)焊接用支承工具中層疊在本發(fā)明的陶瓷基體材料的一個(gè)面上的玻璃纖維體進(jìn)行說(shuō)明。
玻璃纖維體含有SiO2，其含量為40～70重量％。如果玻璃纖維體中的SiO2含量不足40重量％，則耐熱性降低，玻璃纖維體過(guò)度熔化，在產(chǎn)生大量氣體的同時(shí)，生成過(guò)多的熔渣，使熔渣剝離性降低，容易產(chǎn)生氣孔、壓痕等焊接缺陷。此外，如果SiO2含量超過(guò)70重量％，則玻璃纖維的彎曲彈性降低，彎曲強(qiáng)度明顯下降，玻璃纖維很容易破壞，焊接時(shí)陶瓷基體材料不能保護(hù)熔化金屬，此外熔渣的流動(dòng)性降低，產(chǎn)生大量的咬邊和重疊等焊接缺陷。
玻璃纖維體所含有的Al2O3的含量為5～20重量％。如果Al2O3含量不足5重量％，則耐熱性不足，生成大量的熔化金屬和熔渣，另外，氣體的排出變得困難，導(dǎo)致熔渣的剝離性降低以及如氣孔這樣的焊接缺陷。另一方面，如果Al2O3含量超過(guò)20重量％，則玻璃纖維體的耐火度過(guò)高，導(dǎo)致熔渣的流動(dòng)性降低，容易產(chǎn)生如咬邊這樣的焊接缺陷。
此外，玻璃纖維體中的B2O3的含量為3～15重量％。玻璃纖維體中的B2O3在玻璃纖維內(nèi)起到熔劑的作用，由此起到擴(kuò)大玻璃纖維的塑性范圍的作用。當(dāng)B2O3含量不足3重量％時(shí)，熔渣的流動(dòng)性降低，降低熔渣的剝離性，在生成的內(nèi)側(cè)焊道中產(chǎn)生熔渣的卷入。如果B2O3含量超過(guò)15重量％，則玻璃纖維的彎曲強(qiáng)度降低，玻璃纖維容易破碎，使內(nèi)側(cè)焊道的形狀比所需的形成得更寬更深，需要消耗大量的鋼絲，所以使制造成本上升。
本發(fā)明的玻璃纖維體中的CaO的含量為8～28重量％。CaO是一種與B2O3的作用類似的成分，調(diào)節(jié)玻璃纖維體的耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度、塑性范圍等。在此，如果CaO含量不足8重量％，則熔渣的流動(dòng)性降低，降低熔渣的剝離性，產(chǎn)生熔渣卷入內(nèi)側(cè)焊道的情況，此外，還容易產(chǎn)生咬邊。如果CaO含量超過(guò)28重量％，則由于耐火度降低而使玻璃纖維體很容易熔化，由于熔化物過(guò)大從而生成過(guò)多的熔渣，產(chǎn)生大量的氣體。氣體的一部分和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使焊接后焊道內(nèi)產(chǎn)生氣泡，有可能導(dǎo)致致命的焊接缺陷。
此外，本發(fā)明的玻璃纖維體也可以含有Na2O、K2O、Li2O等堿金屬氧化物，其含量為0.5～4重量％。堿金屬氧化物是與玻璃纖維的抗拉強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等機(jī)械性能以及成形性有關(guān)的重要成分。
本發(fā)明的玻璃纖維體的含水量為0.01～0.5重量％。規(guī)定此范圍的理由是，含水量和陶瓷基體材料一樣對(duì)焊接缺陷會(huì)產(chǎn)生影響，超過(guò)0.5重量％的情況下，焊接時(shí)過(guò)多的水分滲入內(nèi)側(cè)焊道內(nèi)，在焊接后，焊道內(nèi)產(chǎn)生大量的細(xì)微氣孔。另外，由于吸收大氣中的水分，該水分也存在于玻璃纖維體的表面和氣孔(包含在纖維組織之間)中。
此外，本發(fā)明中的玻璃纖維體的厚度最好為0.3～1.5mm。玻璃纖維體容易排出由電弧熱產(chǎn)生的氣體，起到防止焊接缺陷的作用。此時(shí)，作用效果會(huì)因玻璃纖維厚度的不同而不同。厚度不足0.3mm的情況下，在被焊接的鋼板和陶瓷基體材料之間不能起到緩沖作用，此外，在焊接的早期階段由于玻璃纖維體熔化，導(dǎo)致陶瓷基體材料露出，而且氣體排出變得困難，并在內(nèi)側(cè)焊道內(nèi)露出壓痕，使熔渣的剝離性降低。厚度超過(guò)1.5mm的情況下，雖然氣體排出變得容易，但是由于玻璃纖維體太厚，焊接后玻璃纖維殘留在陶瓷基體材料上，控制內(nèi)側(cè)焊道的寬度和深度變得困難。
在使用本發(fā)明的玻璃纖維體時(shí)，玻璃纖維體可以采用一層或者多層玻璃纖維。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的玻璃纖維體的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。具有上述組成的玻璃纖維體可以使用在陶瓷基體材料中所列舉的主要原料、輔助原料的陶瓷。而且，作為B2O3來(lái)源可以使用硼砂和硼酸等，作為CaO來(lái)源可以使用石灰石、白云石、消石灰、螢石、硅石灰等。通過(guò)適當(dāng)?shù)嘏浜线@些主要原料、輔助原料的礦物來(lái)制造具有本發(fā)明的玻璃纖維體的組成的混合粉末。接下來(lái)，將此混合粉末置于白金坩堝中熔化，穿過(guò)設(shè)置在坩堝底面的細(xì)孔纏繞成筒管的同時(shí)紡絲成玻璃纖維。將由此制造的玻璃纖維編織成搓絞線，制造玻璃纖維薄片，將此玻璃纖維薄片疊置，形成一層～十層的薄片，形成0.3～1.5mm的厚度，從而制造出含水量為0.01～0.5％的玻璃纖維體。
如圖1所示，將本發(fā)明的陶瓷基體材料1的一個(gè)面緊貼在鋁膠帶2上并固定，接下來(lái)，將上述玻璃纖維體3緊貼在陶瓷基體材料1的另一面上，由此制造本發(fā)明的自動(dòng)焊接支承工具。
實(shí)施例使用改變陶瓷基體材料的組成來(lái)制造的例1～例9的自動(dòng)焊接用工具進(jìn)行自動(dòng)焊接(潛弧焊)，并對(duì)其焊接性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。表1表示基體材料的組成以及氣孔率，表2表示焊接試驗(yàn)結(jié)果。另外，在制造出例1～例9的陶瓷基體材料時(shí)，選擇石英、鱗石英、方石英、堇青石、滑石等中的至少一種作為主要原料，將這些主要原料粉碎成90～150篩目。此外，通過(guò)將作為輔助原料的蘇打長(zhǎng)石(含有Na2O的礦物)或者鉀長(zhǎng)石(含有K2O的礦物)、礬土(含有Al2O3的礦物)、菱苦土(含有MgO的礦物)等按規(guī)定的配合比例混合后粉碎成325篩目以下，將其與主要原料混合。在此，例4～例8是本發(fā)明例，例1～例3、例9是比較例。
另外，層疊在陶瓷基體材料上的玻璃纖維體是使用以下所示的成分組成的。SiO254.2重量％、Al2O312.3重量％、MgO2.1重量％、B2O310.8重量％、CaO19.8重量％、其它的堿金屬氧化物(Na2O、K2O等)0.68重量％、含水量0.12重量％、厚度1mm(0.5mm疊置兩層)。
此外，評(píng)價(jià)焊接特性所用的焊接方法是單電極式潛弧焊接方法，其它條件以及評(píng)價(jià)方法如下所述。
1)電焊導(dǎo)線以及焊劑L-8×S-7072)焊接電壓(V)353)焊接電流(A)9004)鋼板厚度16mm5)焊接速度29cm/min6)坡口角507)焊縫根部間隙2mm8)焊接姿勢(shì)向下的姿勢(shì)另外，雖然電焊導(dǎo)線以及焊劑使用的是上述的L-8×S-707，但是使用US-40×MF-100N也可以獲得同樣的結(jié)果，此結(jié)果已得到了確認(rèn)。
在評(píng)價(jià)焊接性能中，有沒(méi)有發(fā)生咬邊、飛濺、重疊的情況，以及熔渣剝離性是否良好、內(nèi)側(cè)焊道的形狀是否良好、對(duì)陶瓷基體材料破損的評(píng)價(jià)、因熱沖擊發(fā)生的陶瓷基體材料破損情況均是通過(guò)目測(cè)的方式進(jìn)行的。
表1

表2 試驗(yàn)結(jié)果

從表2中的焊接試驗(yàn)結(jié)果中可知，在陶瓷基體材料的組成在本發(fā)明的組成范圍內(nèi)的例4～例8中，均可獲得不產(chǎn)生陶瓷基體材料的破損、并且沒(méi)有焊接焊道的外觀、熔渣剝離性、及其它焊接缺陷的非常優(yōu)良的焊接焊道。
另一方面，在陶瓷基體材料的組成位于本發(fā)明的組成范圍之外的例1、例2、例3以及例9中，由于氣孔率處于本發(fā)明優(yōu)選的范圍之外，產(chǎn)生陶瓷基體材料的破損，由此發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了大量的焊接缺陷。這些例子中出現(xiàn)的問(wèn)題的詳細(xì)情況如下例1、例2的陶瓷基體材料不是石英族(選自a-石英、鱗石英、方石英的至少一種粉末顆粒)，而是使用堇青石(MgO-SiO2-Al2O3)族的原料粉末。相對(duì)于本發(fā)明的陶瓷基體材料的組成范圍，SiO2含量低、Al2O3含量過(guò)大、Na2O含量或者Na2O+K2O的含量過(guò)大的同時(shí)，氣孔率超過(guò)了本發(fā)明的陶瓷基體材料。因此，產(chǎn)生了陶瓷基體材料的破損和因熱沖擊引起的破損，除此之外，還發(fā)生了各種焊接缺陷。
發(fā)明人認(rèn)為，之所以發(fā)生這些缺陷，陶瓷基體材料的原料粉末耐熱性不足也是其中一個(gè)原因。也就是說(shuō)，本發(fā)明的陶瓷基體材料以及使用該材料的自動(dòng)焊接支承工具是為了能夠抵抗由高電壓、高電流產(chǎn)生的高熱，陶瓷基體材料的耐火度必須充分高，而使用堇青石族粉末原料制造的陶瓷基體材料是在焊接時(shí)不能安全地保持熔化金屬，容易熔化，產(chǎn)生焊接金屬熔漏。
例3的陶瓷基體材料Na2O含量以及Na2O+K2O的含量超過(guò)本發(fā)明的范圍2重量％，存在過(guò)量，此外，陶瓷基體材料的氣孔率也超過(guò)本發(fā)明的范圍。雖然內(nèi)側(cè)焊道形狀、熔渣剝離性獲得了與現(xiàn)有材料相同程度的結(jié)果，但是產(chǎn)生了咬邊、飛濺、重疊的焊接缺陷。此外，陶瓷基體材料的結(jié)晶相在玻璃化后的致密性超過(guò)了所需要的程度。結(jié)果，急熱急冷時(shí)的耐熱沖擊性能降低，由于焊接時(shí)產(chǎn)生的高溫的熱沖擊，陶瓷基體材料發(fā)生了破損。
例9的陶瓷基體材料除了Na2O+K2O的含量低于本發(fā)明的0.3重量％的范圍以外，其它成分在本發(fā)明的組成范圍內(nèi)。因此，內(nèi)側(cè)焊道形狀是與現(xiàn)有材料一樣處于同等水平，熔渣剝離性良好，但是由于作為燒結(jié)助劑的Na2O+K2O的含量不足，陶瓷基體材料的氣孔率超出了本發(fā)明的范圍，從而機(jī)械強(qiáng)度降低，陶瓷基體材料發(fā)生了破損。此外，還產(chǎn)生了重疊和咬邊。
如上所述，本發(fā)明為了適應(yīng)焊接產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及焊接條件的變化在焊接施工現(xiàn)場(chǎng)中進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)焊接，可提供對(duì)申請(qǐng)人在先提出申請(qǐng)并被授權(quán)的第2857116號(hào)日本專利說(shuō)明書中記載的自動(dòng)焊接支承工具進(jìn)行改良的、具有較高機(jī)械強(qiáng)度和應(yīng)對(duì)急熱急冷的耐熱沖擊性的陶瓷基體材料，以及使用該材料的自動(dòng)焊接用支承工具。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷基體材料，由陶瓷粉末成形、燒結(jié)而成，其特征在于所述陶瓷粉末是以具有90～150篩目范圍粒度的SiO2粉末顆粒作為主要成分，當(dāng)將所述陶瓷基體材料的整體作為100重量％時(shí)，其中含有75～95重量％的SiO2、2～15重量％的Al2O3、1～5重量％的MgO、0.3～2重量％的Na2O和/或K2O、0.01～0.5重量％的水，其它部分是不可避免混入的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷基體材料，其特征在于所述具有90～150篩目范圍粒度的SiO2粉末顆粒是選自石英、鱗石英、方石英的至少一種粉末顆粒。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的陶瓷基體材料，其特征在于所述不可避免混入的雜質(zhì)的含量為0.5～5重量％。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的陶瓷基體材料，其特征在于所述陶瓷基體材料具有12～24％的氣孔率。
5.一種自動(dòng)焊接用支承工具，包括由陶瓷粉末成形、燒結(jié)而成的陶瓷基體材料和層疊在所述陶瓷基體材料的一個(gè)面上的玻璃纖維體，其特征在于所述陶瓷粉末是以具有90～150篩目范圍粒度的SiO2粉末顆粒作為主要成分，當(dāng)將所述陶瓷基體材料的整體作為100重量％時(shí)，其中含有75～95重量％的SiO2、2～15重量％的Al2O3、1～5重量％的MgO、0.3～2重量％的Na2O和/或K2O、0.01～0.5重量％的水，其它部分是不可避免混入的雜質(zhì)，所述玻璃纖維體含有40～70重量％的SiO2、5～20重量％的Al2O3、3～15％的B2O3、8～28重量％的CaO、0.5～4重量％的堿金屬氧化物以及0.01～0.5重量％的水，其厚度為0.3～1.5mm。
6.如權(quán)利要求5所述的自動(dòng)焊接用支承工具，其特征在于所述具有90～150篩目范圍粒度的SiO2粉末顆粒是選自石英、鱗石英以及方石英的至少一種粉末顆粒。
7.如權(quán)利要求5或者6所述的自動(dòng)焊接用支承工具，其特征在于所述不可避免混入的雜質(zhì)的含量為0.5～5重量％。
8.如權(quán)利要求5～7中任一項(xiàng)所述的陶瓷基體材料，其特征在于所述陶瓷基體材料具有12～24％的氣孔率。
9.如權(quán)利要求5～8中任一項(xiàng)所述的自動(dòng)焊接用支承工具，其特征在于所述自動(dòng)焊接用支承工具在與安裝有玻璃纖維體的面相反一側(cè)的陶瓷基體材料的表面上還安裝有鋁膠帶。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱沖擊性良好的陶瓷基體材料。該材料是一種由陶瓷粉末成形、燒結(jié)而成的陶瓷基體材料，上述的陶瓷粉末以具有90～150篩目范圍粒度的SiO
文檔編號(hào)B23K37/06GK1683272SQ20051006472
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2005年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月16日
發(fā)明者鄭武秀 申請(qǐng)人:鄭武秀