阅读说明：本技术 无镀铜无缝药芯焊丝用涂料、制备方法、涂覆工艺 (Coating for copper-plating-free seamless flux-cored wire, preparation method and coating process ) 是由 魏梦飞 姚润钢 亢天佑 孔红雨 朱官朋 于 2019-11-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了无镀铜无缝药芯焊丝用涂料、制备方法、涂覆工艺,涂料包括如下组分：低结晶态的聚乙烯醇缩甲醛30~40份,DW水性聚合物活性溶液10~20份,丙酮溶液20~30份,蒸馏水70~80份,分散剂3~4份,阻燃剂2~4份,纳米镍粉1~2份。该涂料的制备方法为先向DW水性聚合物活性溶液中加入蒸馏水和丙酮溶液于55~65℃下搅拌均匀；再将低结晶态的聚乙烯醇缩甲醛加入到丙酮溶液中并充分搅拌,加入阻燃剂于55~60℃下高速搅拌均匀；将两种溶液混合,向混合液中加入分散剂,然后加入蒸馏水调节浓度,之后再加入纳米镍粉,在55~65℃下搅拌均匀,即得到涂料。将上述涂料涂覆于焊丝表面,即得到无镀铜无缝药芯焊丝,涂料与焊丝的结合力强,焊丝具有导电、润滑和防锈的综合功能。(The invention discloses a coating for a copper-plating-free seamless flux-cored wire, a preparation method and a coating process, wherein the coating comprises the following components: 30-40 parts of low-crystalline polyvinyl formal, 10-20 parts of DW water-based polymer active solution, 20-30 parts of acetone solution, 70-80 parts of distilled water, 3-4 parts of dispersing agent, 2-4 parts of flame retardant and 1-2 parts of nano nickel powder. The preparation method of the coating comprises the steps of adding distilled water and an acetone solution into a DW water-based polymer active solution, and uniformly stirring at 55-65 ℃; adding the polyvinyl formal with low crystallinity into the acetone solution, fully stirring, adding the flame retardant, and uniformly stirring at a high speed at 55-60 ℃; and mixing the two solutions, adding a dispersing agent into the mixed solution, adding distilled water to adjust the concentration, then adding the nano nickel powder, and uniformly stirring at 55-65 ℃ to obtain the coating. The coating is coated on the surface of the welding wire to obtain the copper-plating-free seamless flux-cored wire, the binding force of the coating and the welding wire is strong, and the welding wire has comprehensive functions of conductivity, lubrication and rust prevention.)

无镀铜无缝药芯焊丝用涂料、制备方法、涂覆工艺

技术领域

本发明涉及焊丝技术领域，具体的说是一种无镀铜无缝药芯焊丝用涂料、制备方法、涂覆工艺。

背景技术

传统镀铜焊丝和有缝药芯焊丝虽市场需求量巨大，但存在以下问题：传统镀铜焊丝的镀铜层与基体结合力差，易剥落，堵塞导丝管，影响送丝性能，焊接过程中释放铜蒸汽，损害操作人的身体健康，且焊接飞溅大，且镀铜焊丝生产过程中废液的排放也会对环境造成巨大污染。有缝药芯焊丝吸潮严重，抗生锈能力极差，在湿度大的环境中很难保证其焊接质量，使用时存在扭曲应力、送丝距离短、对准性不好的问题，施焊时电弧也不稳定。而无镀铜无缝药芯焊丝兼具两者的优点，且能弥补其缺点，因此获得了广泛的研究和应用，但是无镀铜无缝药芯焊丝也存在着许多问题，最为突出的就是：焊丝涂层过厚且不均匀，使焊接电弧不稳、飞溅大等，影响焊接的工艺性能；导电性差，引起在施焊过程中频繁的灭弧，影响焊接效率；焊丝涂层润滑性不好，使焊接时焊丝磨损导电嘴严重；较差的防锈性能和工艺复杂。

申请号为CN201410053171.0的专利公开了一种耐大气腐蚀铁基合金以及无镀铜焊丝，其主要是解决了焊丝防锈性能，但没能全面考虑焊丝防锈、导电和润滑三方面的综合性能。申请号为CN201710547395.0的专利公开了一种用于无镀铜焊丝的涂料以及应用，其虽全面考虑了焊丝防锈、导电和润滑三方面的综合性能，但需要先进行涂料涂布，再进行防锈表面涂层的涂布，两步分开涂布的方式工艺复杂，且降低了生产效率，而且在无镀铜焊丝表面涂覆一层防锈油，由于油膜本身是不导电的，所以还会存在影响焊丝的导电性的风险，最终影响到其焊接精度。

因此，通过制备一种无镀铜无缝药芯焊丝用涂料，利用该涂料配合相应的涂覆工艺能够制备出防锈、导电和润滑三方面的综合性能优良的焊丝，一直是本领域技术人员探索的方向。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明的第一目的是提供无镀铜无缝药芯焊丝用涂料、制备方法，该涂料综合考虑了焊丝的抗锈蚀能力、表面润滑性、送丝性、导电性以及涂层与焊丝的结合力等因素，能够解决传统镀铜实芯焊丝镀铜层与基体结合力差，耐蚀性差，且在焊接过程中释放铜蒸汽，损害操作人身体健康的问题；以及无镀铜实芯焊丝焊接时导电嘴磨损严重、结合力弱和防锈性差等问题。

无镀铜无缝药芯焊丝用涂料，包括如下按质量份数计的组分：低结晶态的聚乙烯醇缩甲醛30～40份；DW水性聚合物活性溶液10～20份；丙酮溶液20～30份；蒸馏水70～80份；分散剂3～4份；阻燃剂2～4份；纳米镍粉1～2份。

所述纳米镍粉为非氧化镍粉，其平均粒度为50～100nm，比表面积为23.2m²/g，粉末电导率为10000s/m。

一种制备无镀铜无缝药芯焊丝用涂料的方法，包括如下步骤：

(1)、向DW水性聚合物活性溶液中加入蒸馏水和丙酮溶液，在55～65℃下搅拌均匀，得到A溶液；

(2)将低结晶态的聚乙烯醇缩甲醛加入到丙酮溶液中并充分搅拌至完全溶解，然后加入阻燃剂，在55～60℃下高速搅拌均匀，得到B溶液；

(3)将步骤(1)得到的A溶液与步骤(2)得到的B溶液混合得到混合液，向混合液中加入分散剂，然后加入蒸馏水调节浓度为混合液浓度的30％～35％，之后向稀释后的混合液中加入纳米镍粉，在55～65℃下搅拌均匀，即得到涂料。涂料在55～65℃时可以完全溶解，制备时更容易得到混合均匀的涂料。

为解决现有技术中的不足，本发明的第二目的是提供了利用上述涂料进行焊丝涂覆的工艺，涂覆该涂料后的焊丝具有导电、润滑和防锈的综合性能。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：利用涂料进行焊丝涂覆的工艺，先对焊丝进行高压水循环清洗；再将清洗后的焊丝通过装有涂料的浸涂装置进行浸涂，然后将浸涂后的焊丝进行加热固化，最后经定径装置进行定径处理，即得到无镀铜无缝药芯焊丝。在对焊丝进行涂料涂覆时，焊丝依次经过高压水循环清洗装置、浸涂装置、加热固化装置、定径装置。

优选地，在焊丝进行浸涂之后，利用气体通过一个气体分流装置对焊丝进行去除多余涂料和均匀化处理，之后再进行加热固化，其中气体的压力为0.5～1MPa。

优选地，在对焊丝进行浸涂时，浸涂装置中涂料的温度为60～70℃。涂料在60～70℃时可以完全溶解，涂料更加均匀，进而在涂覆时涂层也会更易均匀化。

优选地，对焊丝进行加热固化时的温度为120～150℃，线速度为0.09～0.14m/s。

优选地，焊丝中涂料的涂覆厚度为15～30μm。

涂料中低结晶态的聚乙烯醇缩甲醛(PVF)能够溶于丙酮形成溶液，成膜性好，与金属的附着力强，绝缘但电击穿性好，与DW水性聚合物活性溶液及纳米镍粉配合使用，能够有效提高焊丝涂层的击穿概率，同时还起到润滑、防锈的功能。与高结晶态的聚乙烯醇缩甲醛相比，低结晶态的聚乙烯醇缩甲醛在焊丝表面成膜稍厚一些，对焊丝的裹覆效果更好，更有利于防锈，但这会影响到其导电性能，这也是需要与纳米镍粉配合使用的原因，纳米镍粉的加入能够弥补低结晶态的聚乙烯醇缩甲醛对导电性能的影响。

DW水性聚合物活性溶液具有自干性，溶液水分蒸发后，能够生成一种不溶于水的干膜，具有水不可逆性；且其具有光泽性，硬度高，与焊丝结合性强，致密性好。

丙酮溶液不仅是聚乙烯醇缩甲醛配制溶液用有机溶剂，同时在烘干时也有助于提高焊丝涂层的固化速度。

涂料中加入分散剂的目的在于使溶液中各组分均匀分布，同时也有助于焊丝被涂料裹附的更加均匀。但加入量过高对焊丝的焊接性能不利，因此在上述配比情况下质量份数应控制在3-4份为宜。

涂料中加入阻燃剂的目的在于配合聚乙烯醇缩甲醛，因聚乙烯醇缩甲醛易燃，在焊接时焊丝涂层会因温度过高燃烧并向导电嘴内移动，这样涂料的润滑就会发挥不了应有的作用，因此需要加入适量的阻燃剂以防止焊丝涂层在温度过高时燃烧。由于在焊接过程中，露出导电嘴的焊丝很短，直径1.2mm的焊丝露出导电嘴的焊丝长度一般为10mm左右，因此，阻燃剂加入量要适量，太少会起不到应有的阻燃效果，太多可能会引起频繁灭弧，在上述配比情况下质量份数应控制在2-4份为宜。

涂料中加入的纳米镍粉为球形颗粒，其为平均粒度在50-100nm的非氧化镍粉，比表面积23.2m²/g，粉末电导率10000s/m。加入纳米镍粉主要是为了提高焊丝涂料的电击穿概率，起到一个导电桥梁的作用。在上述配比情况下质量份数应控制在1-2份为宜。

有益效果：

1、本发明涂料中的低结晶态的聚乙烯醇缩甲醛与金属的附着力强，电击穿性好；DW水性聚合物活性溶液中的溶液水分蒸发后，能够生成一种不溶于水的干膜，具有水不可逆性；纳米镍粉能够提高焊丝涂料的电击穿概率，使得焊丝表面的涂料能够满足焊接时的导电性要求，三者配合使用，能够有效提高焊丝涂层的击穿概率，同时还起到润滑、防锈的功能。

2、纳米镍粉主要是为了提高无镀铜无缝药芯焊丝在施焊过程中的导电性能，增加涂层被击穿的概率。纳米镍粉粒度选择在50～100nm之间，一方面是由涂料涂覆在焊丝表面的涂层厚度(15～30μm)决定的，另一方面是由于粒度较小的纳米镍粉质量相对较轻，其在溶液中分布更加均匀。

3、本发明中的无镀铜无缝药芯焊丝，利用高压水循环清洗代替传统的酸碱洗，相对于传统的镀铜焊丝，能够减少环境污染问题。在焊丝表面均匀涂覆一层15～30μm厚的涂料后，涂料与焊丝的结合力强，焊丝具有导电、润滑和防锈的综合功能，降低了运输储存方面的锈蚀风险，也降低了使用过程中的导电嘴磨损。

4、在浸涂装置后增加气体分流装置，焊丝通过气体分流装置后会使气体对焊丝表面一周作用更加均匀，从而使涂层更加均匀；加热固化温度的选择与焊丝线速度相配合，使涂层达到应有固化效果的同时降低了消耗，节约了成本。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

需要说明的是，下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都为常规市售产品。

无镀铜无缝药芯焊丝用涂料，包括如下按质量份数计的组分：低结晶态的聚乙烯醇缩甲醛30～40份；DW水性聚合物活性溶液10～20份；丙酮溶液20～30份；蒸馏水70～80份；分散剂3～4份；阻燃剂2～4份；纳米镍粉1～2份。

其中，本发明选择的分散剂为水性BYK190分散剂，阻燃剂为水溶性SW-603A阻燃剂。

所述纳米镍粉为非氧化镍粉，其平均粒度为50～100nm，比表面积为23.2m²/g，粉末电导率为10000s/m。

一种制备无镀铜无缝药芯焊丝用涂料的方法，包括如下步骤：

(1)、向DW水性聚合物活性溶液中加入蒸馏水和丙酮溶液，在55～65℃下搅拌均匀，得到A溶液；

(2)、将低结晶态的聚乙烯醇缩甲醛加入到丙酮溶液中并充分搅拌至完全溶解，然后加入阻燃剂，在55～60℃下高速搅拌均匀，得到B溶液；

(3)、将步骤(1)得到的A溶液与步骤(2)得到的B溶液混合得到混合液，向混合液中加入分散剂，然后加入蒸馏水调节浓度为混合液浓度的30％～35％，之后向稀释后的混合液中加入纳米镍粉，在55～65℃下搅拌均匀，即得到涂料。

利用上述涂料进行焊丝涂覆的工艺是先对焊丝进行高压水循环清洗；再将清洗后的焊丝通过装有上述涂料的浸涂装置进行浸涂(在浸涂过程中，涂料温度控制在60～70℃)，在浸涂装置的出丝口安装有一个利用气体除去多余涂料的除涂料装置，目的是吹掉多余的涂料并使涂料在焊丝表面均匀化，气体压力控制在0.5～1MPa范围内，然后将浸涂后的焊丝进行加热固化，加热固化的温度为120～150℃，线速度为0.09～0.14m/s，最后经定径装置进行定径处理，使涂料与焊丝结合更加牢固，即得到无镀铜无缝药芯焊丝。

最终得到的无镀铜无缝药芯焊丝中涂料的涂覆厚度为15～30μm。

最终得到的无镀铜无缝药芯焊丝的直径为1.0mm、1.2mm、1.4mm。

实施例1

无镀铜无缝药芯焊丝用涂料包括如下按质量份数计的组分：低结晶态的聚乙烯醇缩甲醛30份；DW水性聚合物活性溶液10份；丙酮溶液20份；蒸馏水70份；分散剂3份；阻燃剂2份；纳米镍粉1份。

其中，纳米镍粉呈球状，平均直径50nm，比表面积为23.2m²/g，粉末电导率为10000s/m。

无镀铜无缝药芯焊丝用涂料的制备方法包括如下步骤：

(1)、向DW水性聚合物活性溶液中加入蒸馏水和丙酮溶液，在55℃下搅拌30min，得到A溶液；

(2)将低结晶态的聚乙烯醇缩甲醛加入到丙酮溶液中并充分搅拌至完全溶解，然后加入阻燃剂，在60℃条件下搅拌1h并保温，得到B溶液；

(3)将步骤(1)得到的A溶液与步骤(2)得到的B溶液混合得到混合液，向混合液中加入分散剂，然后加入蒸馏水调节浓度为混合液浓度的30％，之后向溶液中加入纳米镍粉，在55℃下利用高速搅拌机以12000r/min的转速搅拌30min，即得到涂料。

利用上述涂料进行焊丝涂覆的工艺是先对焊丝进行高压水循环清洗；再将清洗后的焊丝通过装有涂料的浸涂装置进行浸涂(在浸涂过程中，涂料温度控制在60℃)，在浸涂装置的出丝口安装有一个利用气体除去多余涂料的除涂料装置，目的是吹掉多余的涂料并使涂料在焊丝表面均匀化，气体压力控制在0.5～1MPa范围内，然后将浸涂后的焊丝进行加热固化，加热固化的温度为120℃，线速度为0.09m/s，最后经定径装置进行定径处理，使涂料与焊丝结合更加牢固，即得到无镀铜无缝药芯焊丝。

最终得到的无镀铜无缝药芯焊丝的直径为1.0mm。

实施例2

无镀铜无缝药芯焊丝用涂料包括如下按质量份数计的组分：低结晶态的聚乙烯醇缩甲醛40份；DW水性聚合物活性溶液18份；丙酮溶液32份；蒸馏水85份；分散剂4份；阻燃剂3份；纳米镍粉2份。

其中，纳米镍粉呈球状，平均直径70nm。

实施例2中的无镀铜无缝药芯焊丝用涂料的制备方法与实施例1相比，其区别点在于：步骤(1)中，在65℃下搅拌30min；步骤(2)中，在53℃条件下搅拌1h并保温；步骤(3)中，在50℃下利用高速搅拌机以13000r/min的转速搅拌40min。

实施例2中的利用涂料上述进行焊丝涂覆的工艺与实施例1相比，其区别点在于：在浸涂过程中，涂料温度控制在65℃；加热固化的温度为130℃，线速度为0.1m/s。

最终得到的无镀铜无缝药芯焊丝的直径为1.2mm。

实施例3

无镀铜无缝药芯焊丝用涂料包括如下按质量份数计的组分：低结晶态的聚乙烯醇缩甲醛36份；DW水性聚合物活性溶液13份；丙酮溶液30份；蒸馏水80份；分散剂4份；阻燃剂2份；纳米镍粉1份。

其中，纳米镍粉呈球状，平均直径90nm。

实施例3中的无镀铜无缝药芯焊丝用涂料的制备方法与实施例1相比，其区别点在于：步骤(1)中，在70℃下搅拌30min；步骤(3)中，然后加入蒸馏水调节浓度为混合液浓度的35％，之后向溶液中加入纳米镍粉，在65℃下利用高速搅拌机以11000r/min的转速搅拌30min。

实施例3中的利用上述涂料进行焊丝涂覆的工艺与实施例1相比，其区别点在于：在浸涂过程中，涂料温度控制在70℃；加热固化的温度为140℃，线速度为0.14m/s。

最终得到的无镀铜无缝药芯焊丝的直径为1.4mm。

效果实施例

(1)、抗锈性能

将实施例1-3制备的焊丝与传统镀铜焊丝在温度40℃、相对湿度80％的条件下进行24h的抗锈性能测试试验，其抗锈性能试验结果如表1所示。

表1实施例1-3制备的无镀铜无缝药芯焊丝与传统镀铜焊丝的抗锈性能实验结果

由表1可知，本发明中实施例1-3制备的无镀铜无缝药芯焊丝经24h的测试后，其表面没有锈蚀，因此，该无镀铜无缝药芯焊丝具备良好的抗锈性能。

(2)、导电嘴磨损试验结果

实施例1-3制备的无镀铜无缝药芯焊丝与传统镀铜焊丝在相同环境下进行施焊，导电嘴磨损试验结果如表2所示。

表2实施例1-3制备的无镀铜无缝药芯焊丝与传统镀铜焊丝的导电嘴磨损试验结果

由表2可知，在施焊30min时，与同直径的传统镀铜焊丝相比，实施例1-3制备的无镀铜无缝药芯焊丝的磨损率较低；在施焊60min时，实施例1-3制备的无镀铜无缝药芯焊丝与传统镀铜焊丝的磨损率相差不大。因此，实施例1-3制备的无镀铜无缝药芯焊丝的导电嘴磨损满足使用要求。

(3)、导电性能

实施例1-3制备的无镀铜无缝药芯焊丝与传统镀铜焊丝的导电性能结果如表3所示。

表3实施例1-3制备的无镀铜无缝药芯焊丝与传统镀铜焊丝的导电性能实验结果

由表3可知，实施例1-3制备的无镀铜无缝药芯焊丝的导电性能与相同直径的传统镀铜焊丝相差不大，满足焊丝的使用要求。

由以上效果实施例的数据分析可知，本发明的制备的无镀铜无缝药芯焊丝的防锈性能、导电性能、润滑性能以及对导电嘴的磨损等都达到了镀铜焊丝的效果，可以取代传统镀铜焊丝。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非随本发明作任何形式上的限制。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。