胶态氧化硅粘合剂体系 【技术领域】
本发明属于一般的焊剂粘合剂领域，尤其涉及一种非吸湿的焊剂粘合剂。
背景技术
在电弧焊领域，电弧焊的三种(3)主要类型为埋弧焊(SAW)、焊条电弧焊(SMAW)和药芯焊丝电弧焊(FCAW)。在埋弧焊中，用电弧加热而在裸金属焊条和加工金属之间产生晶粒接合。用粒状或可熔物质或焊剂覆盖该焊接。焊接操作是这样开始的：使焊剂下面的电弧起弧产生热量以熔解周围的焊剂，从而形成表面下的、被连续电流控制为液体的导电池。焊条末端和直接位于其下的被加工件变为熔融态，且熔融填充金属由焊条沉积到加工件上。熔融填充金属取代焊剂池并形成焊接。焊条电弧焊中，保护是通过焊剂覆盖代替松散的粒状焊剂覆盖而形成。药芯焊条中，焊剂被装入金属包皮中。
焊接领域中，之前已耗费大量努力研制各类型的具有预定焊剂组分的焊剂组合物，以使其按预定方式操作。已研制了许多用作电弧焊焊剂的组合物，既普遍用作焊接焊剂，也用作金属芯上的涂层或包皮内涂层。将焊剂用在电弧焊中以控制电弧稳定性，改进焊接金属组合物，并提供免受大气污染的保护。通常通过改进焊剂组合物对电弧稳定性进行控制。因此，希望获得在焊剂混合物中具有很好地作为等离子体充电载体功能的物质。通过使金属中的杂质更易熔化，并提供先于金属而与这些杂质结合形成焊渣的某些物质，焊剂还可改进焊接金属组合物。实际上，根据与其反应的化合物，所有形成焊渣的化合物都可被分为酸性或碱性。被认为是最活泼碱的物质是在一般化学反应的水溶液中形成碱性化合物的元素的化合物，如钙、镁和钠。最活泼的“酸”杂质为硅、钛、锆和铝的化合物。采用更高或更低酸性或碱性化合物百分比来制备焊剂，取决于被焊金属类型和金属中的杂质。某些情况下，可加入其它物质以降低焊渣熔点、改进焊渣流动性并充当焊剂颗粒的粘合剂。
焊接工业面临的一个问题就是覆盖在焊条上地焊剂吸收水分。在焊接过程中，热量使水蒸发并分解放出氢气，该氢气可溶解进入金属。在应力作用下，焊接金属中溶解的氢气可产生潜在造成不幸的焊接失败的焊道龟裂。氢气脆裂是由于钢中存在氢气而产生的现象，该现象包括室温下钢的延伸性降低及出现焊道龟裂的可能性增大。在硬钢中，温度高于-100℃和低于150℃情况下，只要存在足够的氢气和应力就会出现一定程度的氢气导致的焊道龟裂。由于焊接中几乎不可能避免产生这种应力，因此控制焊道龟裂的方法通常涉及控制焊接中存在的氢气量、控制固化的焊接金属的微结构，或对二者都进行控制。氢气会通过很多来源引入焊接电弧环境中，包括氧化物、污染物和油。氢气的主要来源是焊剂和焊剂粘合剂中的水分。
将粘合剂用在粒状焊剂和焊条涂层中，以将焊剂体系中的各组分结合在一起和/或在正常处理过程中将金属芯周围的焊条涂层保持为期望的形状。大部分焊接焊剂配方包括氧化物基材(焊剂)和通过硅酸钠和/或硅酸钾(水玻璃)键合在一起的添加剂。这些类型的粘合剂公开在美国专利No.4,103,067；4,131,784；4,208,563；4,355,224；4,741,974和5,300,754中，所有文献在此引为参考。这种粘合剂特别有用，因为其在使用条件下耐分解，且因为在焊剂组合物中加入一定量的粘合剂就可提供足够的强度特性，适于制造焊条时高速挤出。此外，硅酸钾或硅酸钠的特殊性能使其各自适于制造焊接焊条。例如，其具有干燥特性，从而使作为涂敷金属焊条的粘合剂的液体硅酸盐通过失水变成硬膜。焊剂中使用硅酸盐可加强焊接过程中的电弧稳定性。焊剂中的硅酸盐向焊剂提供一种有助于调节焊渣熔解/凝固范围的组分。硅酸盐易于处理和使用，因此希望将其用作焊剂粘合剂。硅酸盐还比较便宜，因此不会给焊剂组合物增加多少成本。硅酸钠和硅酸钾尤其有用，因为其性能提供了适于制造涂敷的焊条的特性。向干燥粉末配方中加入液体硅酸钠，则所得混合物就可捏和至适于随后挤出的坚实度。大量捏制的混合物通常形成“条”，适于在贮存期的处理，并适于混合物进行挤出操作时的压力加载。目前，市场上制造的涂敷焊条主要部分都是通过挤出工艺制造。向焊剂混合物中添加硅酸盐可稍微控制涂敷在焊丝焊条上的焊剂的塑性，但其塑性也可受其它组分影响，如粗粘土或膨润土，可将其加入或与氧化硅或煅烧粘土结合使用。焊条挤出时，只要一离开冲模落在传送带上就适度变硬，并具有耐压平作用。挤出的涂敷在焊丝焊条上的焊剂的干燥，是在相对较低温度(起始温度约100-250°F)和受控的湿度下进行的，以获得焊剂涂层均匀干燥没有焊道龟裂。根据焊剂涂层的性质，该干燥步骤后是一个或多个在较低湿度时更高温度下的干燥步骤。焊条上干燥焊剂涂层的湿含量通常其范围为：从某些低氢焊条中小于0.2％，至纤维素类型焊条(如，E6010、E6011等)中高如3％至6％。
在高强度、低氢焊条中，硅酸钠和/或硅酸钾粘合剂已不能令人满意。硅酸钠和硅酸钾粘合剂吸水性非常强，且需要水分来保持焊条涂层坚固且不出现焊道龟裂。焊接过程中，热量使水蒸发分解产生氢气，该氢气可溶解进入焊接金属中。应力作用下，溶解的氢气会在焊接金属中产生焊道龟裂。硅酸盐和/或硅酸钾粘合剂中保留的水分的量主要受干燥温度控制。一种为了降低焊道龟裂或断裂的可能性的方式是，现用焊接焊条需在370-540℃或更高温度下烘焙，从而将焊剂中的水分降至小于0.2％。在较高强度材料的焊接中，保持该干燥程度非常重要，需要小心处理来保持这种低水含量，避免使用这些焊条时吸收水分。虽然涂敷较低强度的焊接金属时吸收水分并不特别糟糕，但现有低氢涂层的吸水特性导致必须使用加热炉来保持焊剂涂层的干燥性，以限制对水分的吸收。对于需要低氢含量的高强度焊接，焊剂涂层中的硅酸盐的吸水特性特别具有破坏性，因此，例如，在EXX18型焊条中，湿含量必须控制在低于0.2％的水平以下。结果，使焊剂从空气中吸收水分之前，这些焊条只能在有限时间内暴露于外界条件下，然后就必须重新进行烘焙以减少湿含量。本领域一些技术人员认为低氢焊条不能在低温下成功地重新烘焙，以充分减少焊剂涂层中的湿含量。这样，本领域一些熟练技术人员认为避免焊接金属吸收氢气的最适宜方式是在最初干燥后就一直将焊剂涂层中的湿含量保持在最小值。结果，就对低氢焊条的水分水平进行严格控制。只使用水玻璃作为粘合剂的焊剂体系具有若干缺点，例如但不限于：a)当水玻璃未在高温下适当凝固时，焊剂体系会吸收大量水分，和2)水玻璃需要高凝固温度，因而限制了焊剂体系中可使用的组分类型。
人们针对与硅酸钠和硅酸钾粘合剂有关的问题，研制了若干焊剂粘合剂。其中几种粘合剂在美国专利No.2,720,473；3,501,354；3,783,020；4,045,593；4,103,067；4,131,784；4,208,563；4,355,054；4,571,480；4,741,974；5,300,754；GB 1,038,977；GB 1,571,136；JP 63-101093和JP 1-233,093中进行了公开，所有文献中公开现有焊剂粘合剂和试图减少现有焊剂体系中的水含量的尝试，以及说明可包括在本发明的焊剂体系中的各种元素和化合物的部分均在此引为参考。
美国专利No.2,720,473公开了一种低氢焊条，其使用含钾组合物以减少焊条上涂层的水分吸收。含钾组合物主要包括氧化钾、氧化钛和氧化硅，和至少二价和至少三价的氧化物。
美国专利No.3,501,354公开了用碱金属硅酸盐粘合剂代替所用的作为粘合剂的碱金属铝酸盐。
美国专利No.3,783,020公开了抗吸水性的涂敷焊条，其使用低熔点玻璃粘合剂。该玻璃粘合剂包括氧化硅和一种或多种其它金属氧化物。
美国专利No.4,045,593公开了一种抗湿焊条：在焊剂涂敷的焊条外表面上形成保护膜。将焊剂涂敷的焊条浸渍在胶状无定形固态氧化硅溶液、季铵胶状硅酸溶胶和可溶的硅酸锂和硅酸钾中，然后进行干燥。
美国专利No.4,103,067公开了低氢焊接焊条，其使用水解的有机粘合剂，如硅酸乙酯，该粘合剂基本不增加湿度水平，且可使覆盖物在焊接前具有抗吸水性。在惰性气体保护的空气中干燥至537℃，水解的硅酸乙酯转变为不含水分的氧化硅，从而得到较低湿含量的焊剂。
美国专利No.4,662,952公开了一种焊接焊剂粘合剂，其由原硅酸四烷基酯Si(OR)4，其中R为-CH3、-C2H5或-C3H7，碱金属和碱土金属盐的混合物水解和聚合形成。此粘合剂制得的焊接焊剂包括碱-碱土金属硅酸盐M2O.M’O.SiO2，其中M为锂、钠、钾或元素周期表IA族的其它元素，M’为镁、钙、钡或元素周期表IIA族的其它元素，且还可包括金属化合物。原硅酸四烷基酯是陶瓷粘合剂的有机金属前体。有机部分在焊接焊剂粘合剂的处理过程中被除去，在最终产品中并不存在。不同于硅酸钠和/或硅酸钾粘合剂，该粘合剂含有均匀分配的碱金属和碱土金属离子并且不吸水。这是使用原硅酸四烷基酯和具有反应形成CaO、MgO、BaO或其它碱土金属氧化物的化合物的结果。氧化物，尤其是钙化合物起到稳定剂的作用，并使烧结的粘合剂不吸水。
虽然已提出了这些粘合剂，但硅酸钠和/或硅酸钾粘合剂仍涉及一些吸水问题，其中许多公开的粘合剂也只是在一定程度上减缓焊条水分的吸收。许多其它的粘合剂则需要附加涂层和/或耗时和/或昂贵的工序和/或材料，导致了焊条生产成本增加。对于目前用于低氢焊条的焊剂粘合剂体系，需要一种抗吸水的粘合剂体系，该体系要易于加工、不需要特殊应用工序或附加应用步骤，且使用上不受成本限制。
【发明内容】
本发明涉及焊接焊剂，尤其涉及一种焊接焊剂粘合剂，其具有抗吸水性且可被用于粘结各种焊剂组分和/或金属合金剂。结合使用本发明新型粘合剂的焊剂体系可用于所有类型的焊接中，例如但不限于，埋弧焊、焊条电弧焊和无保护电弧焊。能够使用该焊剂体系的焊接的非限制性类型包括MIG焊接、STT焊接、TIG焊接和SMAW焊接。焊剂体系可涂敷在焊接焊条上，插入金属焊条的芯中，和/或形成粒状焊剂。本发明的新型粘合剂解决了过去焊剂体系的问题：即焊剂粘合剂干燥后，焊剂体系的吸水性问题。本发明的新型粘合剂结合使用硅酸盐和胶态物质。该新型粘合剂成功用于粘结焊剂体系中各种焊剂和/或金属合金剂。值得一提的是，该粘合剂所包括的组分除具有粘合属性还具有熔剂属性。只要该新型粘合剂干燥和固定就具有抗吸水性，进而可使焊剂体系在延长的时间内保持低湿含量。该新型粘合剂特别适用于低氢焊接。该新型粘合剂通常包括占多数重量百分数的硅酸盐与胶态物质结合，且通常至少约60重量百分数的硅酸盐与胶态物质结合，更通常至少约75重量百分数的硅酸盐与胶态物质结合，甚至更通常至少约85重量百分数的硅酸盐与胶态物质结合，及还甚至通常至少约95重量百分数的硅酸盐与胶态物质结合。
本发明的一个方面中，本发明的新型焊接焊剂粘合剂包括硅酸盐，该硅酸盐包括硅酸钾和/或硅酸钠。硅酸钠也称水玻璃，其比硅酸钾吸水性更小。这样，当焊剂粘合剂中只使用一种硅酸盐时，通常选择硅酸钠而非硅酸钾。虽然硅酸钠显示出比硅酸钾更小的吸水性，当AC电流用于该焊接工艺时，硅酸钾用于粘合剂效果优于硅酸钠。本发明的一个实施方案中，新型粘合剂包括至少约30重量百分数的硅酸盐，通常至少约50重量百分数的硅酸盐，更通常至少约60重量百分数的硅酸盐，还更通常至少约75重量百分数的硅酸盐，甚至仍更通常至少约80重量百分数硅酸盐。在本发明另一个和/或替代实施方案中，形成粘合剂的硅酸盐包括90重量百分数以上的硅酸钠，通常至少约95重量百分数的硅酸钠，及甚至更通常至少约98重量百分数的硅酸钠。在本发明的又一个和/或替代的实施方案中，形成粘合剂的硅酸盐包括90重量百分数以上的硅酸钾，通常至少约95重量百分数的硅酸钾，及甚至更通常至少约98重量百分数的硅酸钾。本发明的再一个和/或替代实施方案中，形成粘合剂的硅酸盐包括硅酸钾和硅酸钠的组合。已发现硅酸钾和硅酸钠的某种组合的吸水性小于硅酸钾或硅酸钠的吸水性。包括了使用硅酸钾和硅酸钠两者的粘合剂还更加通用，因为该焊剂粘合剂在AC和DC焊接条件下都可很好地工作。在该实施方案的一个方面中，形成粘合剂的硅酸盐包括至少大部分的硅酸钾和硅酸钠，通常至少约60重量百分数的硅酸钾和硅酸钠，和甚至更通常至少约70重量百分数的硅酸钾和硅酸钠，和还甚至更通常至少约80重量百分数的硅酸钾和硅酸钠，再甚至更通常至少约90重量百分数的硅酸钾和硅酸钠，以及还再甚至更通常至少约95重量百分数的硅酸钾和硅酸钠。在该实施方案的又一个和/或替代方面中，形成粘合剂的硅酸盐包括：硅酸钠与硅酸钾的重量比至少约1.1∶1，和通常至少约1.5∶1，更通常约1.5∶1至约10∶1，及甚至更通常约1.5∶1至约6∶1，及还甚至更通常约1.5∶1至约4∶1，以及还甚至更通常约2∶1至约3∶1。
本发明的另一个和/或替代方面中，本发明的新型焊接焊剂粘合剂包括胶态物质，其可与硅酸盐分子上的一个或多个晶格点结合。一个实施方案中，胶态物质包括金属氧化物。在该实施方案的一个方面中，通常金属氧化物在胶态物质颗粒中约占30重量百分数以上，更通常金属氧化物在胶态物质颗粒中约占大部分重量百分数以上，还更通常金属氧化物在胶态物质颗粒中约占大约60重量百分数以上，还更通常金属氧化物在胶态物质颗粒中约占75重量百分数以上，仍更通常金属氧化物在胶态物质颗粒中约占85重量百分数以上，及甚至更通常金属氧化物在胶态物质颗粒中约占95重量百分数以上。该实施方案的另一个和/或替代方面中，形成胶态物质颗粒的金属氧化物包括氧化硅。该氧化硅可为纯和/或不纯形式。不纯形式的例子包括但不限于，石英、长石、云母、黑云母、橄榄石、角闪石、白云母、辉石和/或氧化硅的其它来源。本发明方面的一个特殊实施例为：胶态物质中至少约5重量百分数的氧化硅为纯氧化硅形式，通常胶态物质中的氧化硅至少约10重量百分数，更通常至少约20重量百分数，还更通常至少约30重量百分数，甚至更通常至少约40重量百分数，还甚至更通常至少约50重量百分数，更通常至少约60重量百分数，且更通常至少约70重量百分数，仍更通常至少约80重量百分数，且仍更通常至少约90重量百分数，甚至更通常约100重量百分数为纯氧化硅。纯氧化硅的一种来源是Kemira Chemicals出售的Indusil 508。该发明方面的另一个和/或替代的特殊实施例中，胶态物质中至少约30重量百分数的金属氧化物为氧化硅，通常至少约50重量百分数，更通常至少约60重量百分数，仍更通常至少约75重量百分数，还更通常至少约85重量百分数，且更通常至少约90重量百分数，更通常至少约95重量百分数。本发明的另一个和/或替代实施方案中，胶态物质中固体颗粒的平均粒度选择为足够小，以获得胶态物质在粘合剂内硅酸盐上的粘合效果。已发现，所用颗粒足够小时，颗粒表面上的化学结合效应使新型粘合剂中的一种或多种硅酸盐化合物粘合在一起。胶态颗粒对硅酸盐化合物的粘合导致水分子粘合晶格的减少。因而，在加热粘合剂的过程中从粘合剂中除去水时，胶态颗粒与曾被水分子占据的晶格点结合，和/或在原来与水分子键合的晶格点周围形成障碍。结果，新型粘合剂具有更少的可与水键合或将与水键合的晶格点，从而降低了新型粘合剂的吸水性。此实施方案的一个方面中，胶态物质中颗粒的平均粒度小于约100nm，通常小于约70nm，更通常小于约60nm，仍更通常小于约50nm，还更通常小于约40nm，且更通常小于约30nm，更通常小于约20nm，还更通常约小于10nm，且仍更通常约0.5-10nm，更通常约1-30nm，仍更通常约2-25nm，还更通常约5-15nm，且还更通常约5-10nm。
本发明的又一个和/或替代方面中，胶态物质在干燥前具有液体组分和固体颗粒组分。通常，液体组分主要包括水；但也可使用附加和/或替代的液体。该液体用于悬浮固体颗粒，从而使固体颗粒在湿润的焊剂体系的干燥过程中粘合焊剂体系中的组分。本发明的一个实施方案中，干燥前，胶态物质液体组分通常包括小于约90重量百分数的液体，通常小于约80重量百分数的液体，更通常小于约70-72重量百分数的液体，仍更通常约60-71重量百分数的液体。本发明的另一个和/或替代实施方案中，液体基本上不含任何烃化合物。烃化合物引入液体体系会在焊接过程中将氢气引入焊接金属中。一些焊剂体系中，需要使焊剂体系中的氢气减少或将氢气除去，以在焊接过程中获得希望的焊接池性质。此实施方案的一个方面中，液体含有小于约10重量百分数的烃化合物，通常小于约5重量百分数的烃化合物，更通常小于约2重量百分数的烃化合物，还更通常小于约0.05重量百分数的烃化合物。
本发明的又一个和/或替代方面中，新型粘合剂干燥后，胶态物质中的固体颗粒通常占新型粘合剂总重的小于约60重量百分数。本发明的一个实施方案中，胶态物质中的固体颗粒占新型粘合剂总重的小于约50％，通常占新型粘合剂总重的小于约40％，更通常占新型粘合剂总重的小于约30％，还更通常占新型粘合剂总重的小于约20％，且更通常占新型粘合剂总重的不大于约10％，仍更通常占新型粘合剂总重的至少约0.01％，还更通常占胶态新型粘合剂总重的至少约1％。
本发明的再一个和/或替代方面中，将锂化合物加入新型粘合剂中，以降低新型粘合剂的吸水性。锂化合物通常包括但不限于，藻酸锂、铝酸锂、碳酸锂、铬酸锂、氢氧化锂及其混合物。已发现，锂有助于降低含硅酸盐的粘合剂的吸水性。锂被认为与新型粘合剂中的硅酸盐键合和/或干扰水分子与新型粘合剂中的硅酸盐键合。本发明的一个实施方案中，锂化合物构成干燥的新型粘合剂的小于约20重量百分数，通常构成干燥的新型粘合剂的小于约10重量百分数，更通常构成干燥的新型粘合剂的至少约0.01重量百分数，还更通常构成干燥的新型粘合剂的约0.05-5重量百分数，且更通常构成干燥的新型粘合剂的约0.1-3重量百分数。本发明的另一个和/或替代实施方案中，锂化合物在新型粘合剂中的重量百分数不大于胶态组分在新型粘合剂中的重量百分数。该实施方案的一个方面中，新型粘合剂中胶态组分的重量与新型粘合剂中锂化合物的重量的比例至少约1.05∶1，通常约1.1∶1至约50∶1，更通常约1.1∶1至约10∶1。
本发明的进一步和/或替代方面中，新型粘合剂中包括铁合金钝化剂。通常将铁合金加入到焊剂体系中以形成具有预定化学和物理性质的焊道。在包括硅酸盐粘合剂体系中铁合金的掺杂可导致干燥过程中涂层内形成气泡或焊道龟裂。这些气泡和裂缝会导致涂层由焊丝焊条上分离下来。人们认为，铁合金导致焊剂体系的pH减小，进而干燥过程中在涂层内有气泡释放出来并形成焊道龟裂。已发现铬酸盐化合物可减少焊剂涂层中的气泡释放和焊道龟裂。本发明的一个实施方案中，将铬酸盐化合物加入焊剂体系中以钝化焊剂体系中的铁合金。本发明的一个实施方案中，将铬酸锂加入焊剂体系中。值得一提的是，可使用其它和/或附加的铬酸盐化合物。本发明的另一个和/或替代实施方案中，新型粘合剂中铬酸盐化合物含量在干燥的新型粘合剂中小于约10重量百分比，通常小于约5重量百分比，更通常至少约0.005重量百分比。
本发明的更进一步和/或替代方面中，新型粘合剂包括硅酸盐，该硅酸盐具有干燥时形成复杂聚合物结构的摩尔比。硅酸盐包括氧化硅和一种或多种其它金属氧化物(如，氧化钾、氧化钠等)。摩尔比定义为氧化硅的量被碱金属氧化物的量除。硅酸盐溶液的基本结构单元为四面体硅酸盐阴离子。其由硅原子位于中心和氧原子位于角上的四面棱锥组成。为了保持电中性，通常氢原子或碱金属原子(如，钠、钾等)与每个氧原子相连。换句话说，该四面体单体可通过共用氧原子连接在一起，产生二维和三维结构(如，“三聚体”、“环状三聚体”、“环状四聚体”和“正六面体八聚体”)。溶液中的硅酸盐的整个结构特性受摩尔比影响。其基础是用于维持电中性的交联的量。每个SiO4具有-4个电荷。在可溶硅酸盐中，正电荷的碱金属离子与单体相连。增加摩尔比就是增加相对于存在的碱金属离子量的氧化硅的量。如果没有足够的正电荷碱金属离子平衡每个负电荷单体的电荷，则必须由两个相邻分子共用氧原子以维持电中性。这种氧原子的共享以牺牲单体为代价，导致了形成聚合物的较高浓度。因此，高摩尔比(低碱金属)导致形成更复杂的高聚物，从而保留更少的水。这样，摩尔比无疑影响干燥硅酸盐的结构。通常氧化硅与碱金属氧化物的摩尔比至少约1.3，通常约1.5-3.2。值得一提的是，可使用更高的摩尔比。硅酸盐溶液碱性也非常强(高pH)。由于最初氧原子在单体结构中所需要的键合并未得到满足，因此溶解的氧化硅具有负电荷。硅酸盐上的该电荷被溶液中的其它物质接触到。每个物质单体、“三聚体”、“环状三聚体”、“环状四聚体”和“正六面体八聚体”及所有变体会具有净负电荷。由于各种物质都同样带了电荷(负电荷)，因此其互相排斥。分子间的排斥是硅酸盐分散和反团聚效应的基础。加入胶态氧化硅降低溶液pH，并有效增大摩尔比，进而导致形成更复杂的聚合物。当溶液的pH降到低于约10.7时，溶液中的物质不能够再维持足够的电荷来互相排斥。它们不能在溶液中保持为分离的物质，因此形成胶态。关于硅酸盐的“结合能力”，随着摩尔比增大及交联增强，硅酸盐内适合的键也被消耗掉。结果，硅酸盐内的每一种物质都没有足够的净电荷来继续互相排斥，因此导致形成更复杂的硅酸盐聚合物。此外，缺少净电荷降低硅酸盐的结合能力，因为没有电荷来促进对焊剂颗粒的结合。降低固体含量(增加水含量)会使硅酸盐溶液解聚，并会降低结合能力。脱水作用会导致复杂程度较小的聚合结构。尽管液体硅酸盐的结构是重要的，在焊接焊条中考虑使用脱水硅酸盐。为了制造低氢焊条，必须除去硅酸盐粘合剂中最初含有的水分。硅酸盐的脱水过程可被看作“干燥”，但更精确地可称作排斥水的聚合。溶液中的阳离子起交联聚合物质的作用。聚合单元通过聚硅酸盐中带负电荷的氧原子进行配位或连接。聚硅酸盐单元结合时释放出水。随干燥进行，交联量增大至平衡水平，该水平为体系在特定温度下的特性。水在那点被释放而形成平衡结构，但还剩余一定量水。由于硅酸盐具有一定摩尔比，因此硅酸盐在烘焙之前的最初结构还会产生影响。较高的烘焙温度导致较低的烘焙水分，但还会产生较低的吸水量。脱水作用中存在的水至少部分取决于摩尔比。同样的烘焙条件下，具有高摩尔比的硅酸盐倾向于比具有低摩尔比的硅酸盐保持更少的水分。在液体硅酸盐中，摩尔比较高的硅酸盐具有更多聚合单元而非单体单元，因此，干燥过程中颗粒间更可能形成Si-O-Si键。液态中含有更多聚合单元会导致脱水结构中更为密集的结构。该紧密结构使键合水分子的晶格点更少，从而导致吸收的水分更少。
水分可以以游离水或键合水的形式存在于脱水硅酸盐中。水存在的可能位置包括(1)由于物理吸附而存在的表面水；(2)氢键键合的水；(3)硅醇(SiOH)基团；和(4)离子水合水。物理吸附是由吸附的分子(水)与构成吸附剂表面的原子之间的范德华力产生的。这种情况下，吸附剂由其表面性质表征，例如但不限于表面积。大比表面提供大吸附能力。在100℃下加热或在低相对湿度下干燥可除去这种水。水也可通过氢键与表面硅醇基团键合。这是硅酸盐表面上存在的硅醇(SiOH)的一种功能。水在125℃左右被释放出来，该温度比硅醇基团的分解温度低。聚硅酸盐离子上作为硅醇(SiOH)基团存在的水可在高温下分解形成硅氧烷(Si-O-Si)键，并伴有H2O的释放。该反应在约200℃下开始进行。该反应可在同一聚硅酸盐离子的硅醇基团之间进行，也可在相邻聚硅酸盐离子的硅醇基团之间进行。硅氧烷键在很宽的温度范围内逐步形成和分解并释放出水。
本发明的再一个和/或替代方面中，新型粘合剂可包括附加组分。该附加组分包括但不限于，硼酸、硼砂、CMC、可溶碳酸盐、硝酸盐、oxillate或氧氯化物(oxichloride)，各种类型树脂、糖、淀粉、琼脂、粘土和/或等等。
本发明的又一个和/或替代方面中，焊剂体系的新型粘合剂的配制，以使新型焊剂粘合剂可在较低温度下干燥和凝固，进而不会对焊剂体系的一种或多种组分产生负面影响。许多现有粘合剂体系需要在超过650℃(1200°F)的温度和延长的时间内进行凝固。当焊剂体系中包括某些金属和/或碳酸盐时，这样高的温度通常会导致焊剂体系中的几种金属合金发生氧化反应和/或造成焊剂体系中的一种或多种碳酸盐放出二氧化碳。当焊剂体系中包括碳酸盐时，焊剂体系中释放二氧化碳会导致焊剂体系在焊接过程中产生更少的保护气体。焊剂体系中的一种或多种金属合金发生氧化反应会导致某些金属发生氧化，因此这种金属不能熔合在焊接金属中，进而产生比预期更少的焊接金属组成。降低这些现有焊剂体系的干燥温度和/或减少干燥时间会减少这些焊剂体系释放的二氧化碳的量和/或这些现有焊剂体系中金属合金发生氧化反应的量；但是，这种降低温度和/或减少干燥时间也会导致现有焊剂体系的粘合剂在干燥过程中不能完全或适当凝固。现有焊剂体系的这种不适当凝固或干燥导致焊剂体系具有更高的湿含量和/或导致焊剂体系在贮存过程高的吸湿性。粘合剂的不适当凝固还导致焊剂体系组分劣质地粘合在一起。本发明的新型焊剂粘合剂使用一种独特的粘合剂体系，其在低于以往粘合剂体系的温度下干燥和凝固，且不需要包含烃组分以进行较低温度的粘合剂固化，从而解决了现有焊剂体系以往的问题。此外，新型粘合剂经干燥可基本上消除焊剂体系中的湿含量，并可在更长时间内保持焊剂体系的低湿含量。本发明的一个实施方案中，焊剂体系中粘合剂的干燥和固化过程中，焊剂体系被加热至低于约760℃(1400°F)的温度。将焊剂体系加热至高温，用以降低焊剂体系的湿含量和/或使焊剂体系中的粘合剂凝固。由于水是氢气的来源，其在特殊类型的焊接过程中会给焊接金属的性能带来负面影响，因此减少焊剂体系中的湿含量是所希望的。在高强度钢形成焊道的过程中，尤其希望焊剂体系中具有低湿含量。但是，也有一些其它焊接应用，其中形成希望的焊道时焊剂湿含量可非常高。该实施方案的一个方面中，在干燥和/或凝固步骤中焊剂体系所暴露的温度低于约705℃(1300°F)，通常低于约650℃(1200°F)，更通常低于约594℃(1100°F)，还更通常低于约538℃(1000°F)，再更通常低于约482℃(900°F)。值得一提的是，可使用显著降低的在干燥和/或凝固时的温度。还值得一提的是，如果几乎没有或不考虑焊剂体系在更高干燥温度下的金属氧化和/或碳酸盐降解，则可使用更高的干燥温度(如，705℃以上)。另一个和/或替代实施方案中，焊剂体系的新型粘合剂在高于约250℃(480°F)温度下的干燥和/或凝固时间小于约10小时，以获得小于约1％的湿含量。该实施方案的一个方面中，焊剂体系中新型粘合剂在超过约400℃(750°F)温度下的干燥和/或凝固时间小于约8小时，更通常小于约5小时，还更通常小于约4小时。值得一提的是，焊剂体系中的新型粘合剂可使用更短和/或更长的干燥和/或凝固时间。该时间长短通常取决于焊剂体系暴露的温度、焊剂体系的水含量、粘合剂凝固时间和/或焊剂体系干燥后希望达到的湿含量。本发明的另一个和/或替代实施方案中，焊剂体系干燥和/或凝固后的湿含量通常小于约6重量百分比，更通常小于约3重量百分比，且更通常小于约1重量百分比，仍更通常小于约0.5重量百分比，还甚至更通常小于约0.2重量百分比。焊剂体系干燥和/或凝固后，湿含量通常取决于所用电弧焊工艺的类型。对于用于高强度钢焊接工艺中的焊剂体系，希望其氢含量达到非常低的水平，焊剂体系的湿含量通常小于约1％，更通常小于约0.4％，还更通常小于约0.2％，仍更通常小于约0.15％。
根据本发明，其主要目的就是提供一种改进的焊剂体系，该焊剂体系包括硅酸盐化合物和胶态组分，以降低粘合剂的吸水性能。
本发明的另一个和/或替代目的是提供一种需要更低的干燥和/或凝固温度的改进焊剂体系，从而提供一种可用于焊剂体系的适应性更大的组分类型。
本发明的再一个和/或替代目的是提供一种焊剂体系，该焊剂体系干燥和/或凝固后可在更长的时间内抗吸水性。
本发明的又一个和/或替代目的是提供一种焊剂体系，其可用于埋弧焊工艺中，可涂敷在焊条上，和/或可用于焊芯焊条的焊芯中。
本发明的再一个和/或替代目的是提供一种焊剂体系，其包括可将焊剂体系的一种或多种组分化学键合在一起的粘合剂。
本发明的进一步和/或替代目的是提供一种焊剂体系，其可被挤压在金属焊条上，以形成涂敷的金属焊条。
本发明的又一个和/或替代目的是提供一种可与低氢焊条一起使用的焊剂体系。
本发明的更进一步和/或替代目的是提供一种焊剂体系，其包括胶态化合物和锂化合物，以降低焊剂体系的吸水性能。
本发明的再进一步和/或替代目的是提供一种焊剂体系，其包括由大部分硅酸盐化合物和胶态化合物制成的粘合剂。
本发明的另一个和/或替代目的是提供一种焊剂体系，其包括由大部分硅酸盐化合物和胶态化合物及锂化合物制成的粘合剂。
本发明的再一个和/或替代目的是提供一种焊剂体系，其包括一种粘合剂体系，该粘合剂体系抗吸水性、易于加工、不需特殊的应用工艺或附加的应用步骤，且其使用不受成本限制。
本发明的又一个和/或替代目的是提供一种焊剂体系，其包括一种具有硅酸钾和硅酸钠以及胶态氧化硅组合物的粘合剂体系。
本发明的又一个和/或替代目的是提供一种焊剂体系，其包括一种具有硅酸钾和硅酸钠以及胶态氧化硅组合物的粘合剂体系，且硅酸钠含量大于硅酸钾含量。
本发明的进一步和/或替代目的是提供一种焊剂体系，其包括一种粘合剂体系，该粘合剂体系具有在干燥时形成复杂的聚合物结构的摩尔比的硅酸盐。
本发明的进一步和/或替代目的是提供一种焊剂体系，其包括粘合剂体系和铁合金及铁合金钝化剂。
通过对本发明与现有技术的区别进行讨论，并考虑附图所示的优选实施方案，可使这些和其它目的以及优点显而易见。
【附图说明】
图1为现有技术中的焊剂体系的说明，其包括大的水玻璃化合物，用以将较小的焊剂组分粘合在一起。
图2为包括硅酸钾和硅酸钠的水玻璃化合物的说明。
图3为包括与锂结合的硅酸钾和硅酸钠的水玻璃化合物的说明。
图4为水玻璃化合物的说明，其包括根据本发明的与胶态氧化硅结合的硅酸钾和硅酸钠。
图5为水玻璃化合物的说明，其包括根据本发明的与胶态氧化硅和锂结合的硅酸钾和硅酸钠，以及
图6为包含于或不含本发明新型焊剂粘合剂的不同焊剂体系的吸水量图示。
【具体实施方式】
现在更详细地参考附图，该附图只用于说明本发明地优选实施方案，并非用于限制本发明。图1说明了现有技术的焊剂体系10，其包括水玻璃(WG)化合物20和焊剂组分22形成的焊剂粘合剂。水玻璃组分通常由硅酸钾或硅酸钠制成。水玻璃通常在焊剂体系中占2-15重量百分比；但是，根据焊剂体系的特殊组成，该百分数可在宽范围内变化。焊剂组分22通常包括，但不限于，金属氧化物(如，氧化铝、氧化硼、氧化钙、氧化铬、氧化铁、氧化锂、氧化镁、氧化锰、氧化镍、氧化铌、氧化钾、稀土金属氧化物、氧化硅、氧化钠、氧化锡、氧化钛、氧化钒、氧化锆等)，金属碳酸盐(如，碳酸钡、碳酸钙、白云石、碳酸锂、碳酸镁、稀土碳酸盐等)，金属氟化物(如，氟化钡、氟化铋、氟化钙、冰晶石、氟石、氟化锂、氟化镁、氟化钾、氟化钠、聚四氟乙烯等)，非水玻璃的硅酸盐(如，硅酸铝、长石、硅酸镁等)，纤维素材料(如，CMC等)，和/或金属合金剂(如，铝、硼、钙、碳、铬、钴、铝铁、铬铁、锰铁、铌铁、硅铁、钛铁、钒铁、锆铁、铁、锰、钼、镍、稀土金属、硅、钛、钨、锆等)。焊剂体系中所用的特定组分和每个组分的量通常取决于所用焊接工艺(SAW、SMAW、FCAW)类型，焊接工艺环境类型(如，手动、自动等)，焊接位置和/或被焊接的加工件类型。
如图1所示，焊剂组分的许多粒子比水玻璃粒子小。水玻璃粒子捕获许多位于水玻璃多个粒子之间的焊剂组分。水玻璃特别适于作为粘合剂，因为其在使用条件下通常不分解，且其加入焊剂组合物的量通常可提供足够的强度特性，以提供制造这种焊条所用的高速挤出速率。此外，水玻璃的特定性质使该化合物对于制造焊接焊条特别具有吸引力。水玻璃的干燥特性在于液态硅酸盐失水而变成硬膜。
水玻璃粘合剂特别有用，因为其性质可提供制造覆盖焊条所需的特性。通常，实际上使用水玻璃粘合剂的方法中必须确定最适合进行制造操作的等级，并通过保持粘合剂的性质来控制覆盖焊条的质量。通常将液态水玻璃粘合剂加入焊剂组分的干燥粉末中。通常将所得混合物捏制到适于进行随后挤出的坚实度。捏制的混合物通常形成“条”，其有助于贮存过程中进行处理，并有助于对金属焊丝(如，固体芯、包皮等)施加压力进行挤出操作。
焊剂的塑性可至少部分受所用水玻璃的类型和/或加入到粘合剂和/或焊剂中的其它成分控制。例如，可加入粗粘土或膨润土以增加粘合剂和/或焊剂的塑性。当捏制的混合物被挤出到金属焊丝周围时，挤出的焊剂体系适度变硬，且在焊条一离开冲模并送至运输机械时就具有抗压平作用。然后对焊剂体系进行干燥以减少水分量。焊剂体系中水玻璃保留的水分量主要受其暴露的温度控制。已知室温空气干燥水玻璃对于焊接中要使用的膜或键来说是不够的。水玻璃的干燥通常在约100-150℃(200-300°F)的低温和控制的湿度下开始，以使涂层获得均匀干燥，并减少涂层发生焊道龟裂。根据焊剂体系涂层的性质，干燥步骤之后通常在更低的湿度下进行一个或多个更高温度的干燥步骤。干燥的焊剂体系涂层的湿含量通常为：从对于一些低氢类型焊条小于约0.1％，至对于纤维素类型焊条高为3至6％。高纤维素型焊条(如，E6010和E6011)用于制造最小抗拉强度为60,000磅/平方英寸的弹性焊接金属，其中使用水硅酸盐粘合剂特别适宜，因为产品中可含有3％至4％的水分。但是，在更高强度的低氢型焊条中，这样高的湿含量是不能令人满意的。低氢焊条的干燥需要高温处理，以尽可能多除去水分，从而满足特殊类型焊条的应用技术条件。此外，在更高强度材料的焊接中维持该低干燥程度是很重要的，维持这种干燥程度需要小心处理以避免这些焊条在车间使用过程中吸收水分。低氢涂层的吸水特性使其需要用加热烘箱来保持焊剂体系涂层的干燥性，并需要控制焊剂体系涂层的吸水。例如，EXX18型焊条需要将其湿含量水平控制在低于0.2％至0.6％。此外，E7015和E7016焊条的低氢覆盖层的湿含量水平需要保持在低于0.4％，而E7028焊条的低氢覆盖层的湿含量应保持在低于约0.6％。如果湿含量显著高于这些类型焊条的最大水分值，就会出现焊道下龟裂，还会导致其它不希望的结果。制造这种焊接焊条的生产设备有能力将湿含量降低至小于0.1％的水平，某些情况下还可降至小于0.05％。但是，一旦焊条从加热和低水分环境中移走就难于保持此低水分水平。由于硅酸钠不像硅酸钾那样吸水，且硅酸钠可干燥至比硅酸钾更低的湿含量，因此通常将主要包括硅酸钠的水玻璃用于低氢焊条中。由于保持低氢焊条湿含量的临界状态，因此许多焊条制造者建议重新使用焊条前应将暴露了两小时或每班作业后的低氢焊条在250-350°F的烘箱中重新干燥至少8小时。此外，一些焊条制造者密封干燥的焊条以保持焊条的低湿含量。
图2说明了水玻璃粘合剂的吸水性。表示了三个水玻璃组分30、32、34。每个水玻璃化合物包括若干个氧键和一个或多个钠和/或钾键。还将水玻璃化合物表示为水分子键合于钠和/或钾。水为偶极分子，因此可键合到正电和负电的晶格点。钠和钾被表示为正电荷的晶格点。氧键为负电荷晶格点。为简单起见，没有将水分子描述为键合到氧晶格点上；但是，这种键合可存在且确实存在。图2仅说明了水玻璃化合物具有若干晶格点，水分子可键合到这些晶格点上。结果，当焊条暴露于空气中时，焊条上的水玻璃粘合剂会吸收空气的环境湿度，导致焊条的湿含量增大。
图3代表了三个水玻璃组分40、42、44，其包括键合于一个或多个水玻璃化合物晶格点上的锂化合物，例如但不限于氢氧化锂。过去将锂加入水玻璃粘合剂中以降低水玻璃粘合剂的吸水性。如图3所示，氢氧化锂与钾或钠键合从而除去水玻璃中可与水分子键合的晶格点。氢氧化锂键合的结果就是导致存在更少的水键合晶格点，从而使粘合剂吸水性更小。如图3所示，锂化合物不能占据水玻璃化合物上所有潜在的水键合晶格点。例如，如果有的话也是很少的水玻璃化合物的氧键晶格点被锂化合物占据。此外，并非所有的钾和钠键晶格点被锂占据。这可能是由于水玻璃晶体结构和/或加入到焊剂体系的锂化合物的浓度所致。
现在参考图4，将胶态化合物，例如但不限于氧化硅加入水玻璃粘合剂中。该氧化硅可来源于纯或不纯物质。通常，大部分氧化硅来源于纯物质。通常氧化硅颗粒平均粒度约225纳米，更通常平均粒度约8纳米。焊剂组分的平均粒度通常约400目(37微米)或更大。同样，氧化硅粒度通常基本上比焊剂体系其它组分的粒度小。例如，平均粒度约400目的焊剂组分比平均粒度约8纳米的氧化硅颗粒大4625倍。通常，水玻璃颗粒比氧化硅颗粒至少大100倍。水玻璃键合机理是处于多个水玻璃颗粒之间的焊剂组分被捕获。水玻璃化合物和胶态氧化硅构成至少粘合剂的约70重量百分比，通常为焊剂体系粘合剂的至少约90重量百分比。此外，水玻璃化合物的重量百分数通常大于胶态氧化硅的重量百分数。
氧化硅颗粒带负电，被吸引到水玻璃化合物的正电表面，即钾和钠上。图4对此键合进行了说明。氧化硅与钾和钠的键合除去了水玻璃上可能的水分子键合晶格点。氧化硅键合的结果就是导致存在更少的水分键合晶格点，从而使粘合剂吸水性更小。此外，氧化硅上的硅会与氧断开，反过来与水玻璃化合物上的氧键合。图4对此也进行了说明。值得一提的是，硅键合还会导致占据潜在的可能的水分子键合晶格点。硅占据两个氧晶格点之间的位置会导致硅将水分子与钾或钠键合的潜在晶格覆盖上，和/或导致没有空间让水分子与另一个氧晶格点和/或钾或钠晶格点键合。结果，胶态氧化硅可键合于更多潜在的水分子键合晶格点，从而显著降低焊剂体系粘合剂中水玻璃化合物的吸水性。还认为向水玻璃中加入胶态氧化硅会导致在粘合剂干燥时形成更复杂的硅酸盐晶体结构。这些复杂晶体结构导致水玻璃分子中的氧与其它水玻璃分子键合。由于这些复杂晶体结构中的氧紧密联系在一起，导致可能的水分子键合晶格点数量减少。已发现，加入足够量的胶态氧化硅以使水玻璃体系中氧化硅与碱金属氧化物的摩尔比增大至至少2或更大时，出现复杂硅酸盐晶体结构的发生率也增大。粘合剂吸水性更低导致焊剂体系吸水量更少，从而使涂敷的焊条在重新干燥前能够在空气中暴露更长时间。
现在参考图5，将胶态氧化硅和锂化合物，例如但不限于氢氧化锂，加入水玻璃粘合剂中。如上所述，氧化硅颗粒带负电，被吸引到水玻璃化合物的正电表面，即钾和钠上。氧化硅与钾和钠的键合除去了水玻璃上存在的水分子键合晶格点。结果导致存在更少的水分键合晶格点，从而使粘合剂吸水性更小。此外，氧化硅上的硅可与水玻璃化合物上的氧键合。硅与氧的键合导致可能存在的水分子键合晶格点被占据和/或除去可能存在的水玻璃上的水分子键合晶格点。粘合剂中含有锂化合物还可导致锂化合物(如，氢氧化锂等)键合到存在的钾和钠晶格点上。水玻璃粘合剂中含有胶态氧化硅和锂化合物导致这两种化合物紧密联系在一起和/或占据水玻璃化合物的许多水分子键合晶格点。结果，胶态氧化硅和锂化合物显著降低焊剂体系粘合剂中水玻璃化合物的吸水性。
根据本发明的几个粘合剂的一般配方如下面实施例所述：
实施例A
硅酸钾 50-99.5％
胶态氧化硅 0.1-40％
锂化合物 0-20％
混杂粘合试剂 0-25％
实施例B
硅酸钠 50-99.5％
胶态氧化硅 0.1-40％
锂化合物 0-20％
混杂粘合试剂 0-25％
实施例C
硅酸钾 10-40％
硅酸钠 20-80％
胶态氧化硅 0.1-40％
锂化合物 0.1-20％
混杂粘合试剂 0-25％
上述的一般实施例中，铬酸盐化合物(如果使用)包括在混杂粘合试剂中。此外，硼酸、硼砂、CMC、可溶碳酸盐、硝酸盐、oxillate或氧氯化物(oxichloride)、各种树脂、糖、淀粉、琼脂和/或粘土(如果使用)包括在混杂粘合试剂中。
几种特定粘合剂配方如下所述：
实施例1
硅酸钾 75-99％
胶态氧化硅 1-20％
(至少75％硅酸盐)
锂化合物 0-5％
铬酸盐化合物 0-5％
混杂粘合试剂 0-5％
实施例2
硅酸钠 75-99％
胶态氧化硅 1-20％
(至少75％硅酸盐)
锂化合物 0-5％
铬酸盐化合物 0-5％
混杂粘合试剂 0-5％
实施例3
硅酸钾 10-40％
硅酸钠 55-80％
胶态氧化硅 1-15％
(至少80％硅酸盐)
锂化合物 0-5％
铬酸盐化合物 0-4％
混杂粘合试剂 0-4％
硅酸钠/硅酸钾重量比 1.5-4∶1
实施例4
硅酸钾 10-30％
硅酸钠 60-85％
胶态氧化硅 1-15％
(至少90％硅酸盐)
锂化合物 0.2-3％
铬酸盐化合物 0.1-2％
混杂粘合试剂 0-3％
硅酸钠/硅酸钾重量比 2-3∶1
胶态氧化硅/锂化合物重量比 1.2-30∶1
图6说明了图3-5所述的粘合剂体系的相对吸水性。图6说明了硅酸钾的吸水性比硅酸钠更强。而且，图6还说明了结合使用硅酸钾和硅酸钠的水玻璃可导致比单独使用硅酸钾或硅酸钠的水玻璃形式更低的吸水性。硅酸钠与硅酸钾的重量比约2-3∶1导致水玻璃吸水性有利地降低。图6说明了加入锂化合物降低水玻璃的吸水性。粘合剂中含有胶态氧化硅可使水玻璃的吸水性降至低于只加入锂化合物的情况。最后，图6还说明了粘合剂中含有胶态氧化硅和锂化合物使水玻璃的吸水性降至低于只加入锂化合物或只加入胶态氧化硅的情况。向水玻璃粘合剂中加入胶态氧化硅显著降低焊接焊条上粘合剂的吸水性，从而导致涂敷焊条，特别是低氢焊条具有改进的粘合体系。
含水玻璃和胶态氧化硅的新型粘合剂可用于形成涂敷焊条、埋弧焊和药芯焊条上使用的焊剂体系。下面简述用于埋弧焊或用于填充药芯焊条药芯的新型焊剂体系的形成工艺。制备或获得焊剂组分和/或金属合金剂的干燥混合物。按希望的粒度调节焊剂组分和/或金属合金剂的粒度。通常，焊剂组分和/或金属合金剂的平均粒度约100至400目。然后将焊剂组分和/或金属合金剂与包括水玻璃和胶态氧化硅的湿润粘合剂混和形成湿润的混合物。该粘合剂可包括锂化合物和/或一种或多种其它粘合剂组分(如，粘土、铁合金金属钝化剂等)。可首先将焊剂组分与粘合剂混和，然后再与金属合金剂混和，或者可首先将金属合金剂与粘合剂混和，然后再与焊剂组分混和，或者可采用任意其它的混和顺序。胶态氧化硅小颗粒的平均粒度通常约2-25纳米，更通常约8纳米。焊剂粘合剂中使用水玻璃可带来很多优点，包括但不限于：
·该水玻璃组分(Na2O和/或K2O)可提高电弧稳定性。
·水玻璃向焊剂体系提供低熔化组分，其有助于在焊接过程中调节焊渣熔化/凝固范围。
·水玻璃易于处理和使用。
·水玻璃为低成本材料。
将粘合剂和焊剂组分和/或合金剂适当混和在一起后就在干燥步骤干燥该湿润混合物。该湿润混合物可采用任何传统设备(如，烘箱等)干燥。干燥温度通常约800-1200°F(426-649℃)；但也可使用更高或更低的温度。当焊剂体系包括碳酸盐、铝金属、镁金属和/或钛金属时，干燥温度通常不超过约1200°F(649℃)，以降低由碳酸盐生成二氧化碳的量和/或降低铝金属、镁金属和/或钛金属发生氧化反应的量。粘合剂干燥温度可低至200-600°F，以去除湿润混合物中的水分，而仍能获得希望的焊剂体系粘合量。对焊剂体系进行干燥直到获得希望或可接受的湿含量。对于高强度焊接中使用的焊剂体系，焊剂体系中的湿含量通常要降至并保持在低于约0.2-0.6重量百分比。
一旦焊剂体系干燥后，就对焊剂体系进行研磨，之后经筛滤获得约32-200目平均粒度的焊剂体系；但也可使用其它的平均粒度。研磨和筛滤工艺按标准技术进行。可研磨含有胶态粘合剂的焊剂体系，使其粒度比现有技术中使用的焊剂体系更细更小，例如但不限于，水玻璃、糖浆等。形成的焊剂体系可用作埋弧焊焊剂或包括在焊芯焊条的焊芯中。粘合剂中包括胶态氧化硅和水玻璃结合的焊剂体系显示出非常小的水分吸收性。
新型焊剂粘合剂还可用于涂敷金属焊条。制备或获得焊剂组分和/或金属合金剂的干燥混合物。焊剂组分和/或金属合金剂的粒度可按希望粒度进行调节。通常，焊剂组分和/或金属合金剂的平均粒度约100-400目。然后将焊剂组分和/或金属合金剂与含水玻璃和胶态氧化硅的湿润粘合剂混和形成湿润混合物。值得一提的是，可首先将焊剂组分与粘合剂混和，然后再与金属合金剂混和，或者可首先将金属合金剂与粘合剂混和，然后再与焊剂组分混和，或者可采用任意其它的混和顺序。一旦将粘合剂和焊剂组分和/或合金剂适当混合在一起，就在坯形成步骤中将湿润混合物形成坯或条。坯通常成型为大圆柱形状，直径约3-30英寸，高度约10-40英寸，通常直径约12英寸，高约14英寸。形成坯的工艺是已知的，因此此处不必进行更多描述。然后将坯放入挤压机，在焊条表面周围挤出控制量的焊剂体系。挤压机和挤压焊条焊剂体系的工艺为已知的，因此此处不必进行更多描述。之后逐渐干燥涂敷的焊丝。干燥通常始于较低温度(如，65°F)，并在涂敷的焊丝缓慢通过干燥室或烘箱时逐渐将温度升高至最高温度(如649°F)。值得一提的是，可使用更高或更低温度。更值得一提的是，焊剂体系干燥过程中干燥温度不必持续增高，但可保持在相同温度或周期性降温。干燥时间通常为几个小时，且通常取决于焊剂体系在干燥前的湿含量和干燥结束时所希望的湿含量。干燥装置为已知的，因此此处不必进一步描述。
总之，由水玻璃和胶态氧化硅形成的粘合剂体系比以前的粘合剂显示出若干优点，例如但不限于：
·新型粘合剂干燥后具有优异的抗吸水性。
·新型粘合剂可在更低温度下干燥/凝固，因此可在焊剂体系中使用更多焊剂组分。
·新型粘合剂以化学方法至少部分粘合一种或多种焊剂组分。
·新型粘合剂可在低或高温下干燥/凝固。
·新型粘合剂涂敷在焊丝焊条表面上时可与焊丝焊条形成强键合。
·形成的含新型粘合剂的焊剂体系抗焊道龟裂。
·新型粘合剂可用标准技术干燥和挤压。
·新型粘合剂可与其它粘合剂结合使用，或作为单独的粘合剂用于焊剂体系中。
·新型粘合剂消除了使用有机粘合剂的必要，在需要更低干燥/凝固温度时通常要使用该有机粘合剂。
·新型粘合剂可用于形成焊剂体系，用在埋弧焊焊剂、涂敷在焊条上的焊剂和/或用在焊芯焊条上的焊剂中。
·新型粘合剂可减少焊剂体系中氧化物的水解作用。
·新型粘合剂可减少六价铬的形成，从而使焊剂体系对环境更有利。
由于本申请的公开，本发明的上述实施方案，以及其它实施方案的这些和其它变型对本领域熟练技术人员来说是显而易见的且具有启示作用，因此，应清楚地理解，前面的描述性内容只是作为本发明的说明，并非对其进行限制。