CN101554690B - 用于不锈钢a-tig焊的熔透剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于不锈钢A-TIG焊的熔透剂及其使用方法。该熔透剂包括粉末部分和液态载体，粉末部分的成分(wt％)：Al2O3 5～8％、FeO 5～8％、Si 30～43％、Cr2O3 12～20％、NaF 7～8％、MnO2 8～11％、V2O5 20～30％。在使用时将粉末部分加入液态载体，使其成为糊状，将糊状熔透剂涂覆待焊工件表面，涂层宽度为15～30mm，液态载体挥发后进行焊接。在相同的焊接规范条件下，使用本发明的熔透剂可以使焊接熔深增加3倍。该熔透剂使用简单，可以有效减少焊接变形，并降低焊缝熔深对母材微量元素波动的敏感性，对焊缝组织及焊缝的机械性能均无影响。
Description
技术领域
本发明属于焊接领域，特别涉及一种用于不锈钢A-TIG焊的熔透剂及其使用方法。
背景技术
钨极氩弧焊(Tungsten Inert Gas-TIG焊)几乎可用于所有金属的连接，但它也存在焊接熔深浅、生产效率低的缺点。单道焊接不锈钢，熔深仅为3mm左右，对于3mm以上的厚板对接，需要开坡口、填丝、多道焊才能完成，焊接变形也大。对10mm厚的钢板，通常要焊5～6道才能完成。用TIG焊接不锈钢存在的另一个问题是，焊接熔深不易控制，熔深随着母材中的微量元素(O、S)的波动而波动。在相同的焊接规范条件下，往往得不到相同的焊接熔深，给实际施工带来很多的困难。巴顿焊接研究所为了解决钛合金焊接中存在的上述问题，首次使用了用于钛合金的熔透剂。1997年他们又对不锈钢进行了研究，并发明了一种用于不锈钢的熔透剂。针对不锈钢熔透剂存在的缺点，美国爱迪生焊接研究所对其进行了改良，并发明了SS-7熔透剂。这种熔透剂仅能用于6mm左右的板厚，也未考虑焊缝的背面成型及对焊接变形的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于不锈钢A-TIG焊的熔透剂及其使用方法，使用上述的熔透剂可以使焊接熔深显著地增加，对厚度为3～12mm的钢板对接，无需开坡口，可单面焊双面成型，使焊接效率大幅度提高。
为了达到上述目的，本发明是这样实现的：
一种用于不锈钢A-TIG焊的熔透剂，包括粉末部分和液态载体，粉末部分的成分按照重量百分比为：Al2O3 5～8％、FeO 5～8％、Si 30～43％、Cr2O3 12～20％、NaF 7～8％、MnO2 8～11％、V2O5 20～30％。
液态载体为选自丙酮、甲乙醇、丁酮和无水乙醇的一种有机溶剂。
粉末部分的成分按重量百分比为：Al2O3 5～6％、FeO 5～7％、Si 30～40％、Cr2O3 12～17％、NaF 7～8％、MnO2 8～11％、V2O5 21～22％。
一种用于不锈钢A-TIG焊的熔透剂的使用方法，包括如下步骤：
1)将粉末部分加入液态载体，成为糊状；
2)将该糊状熔透剂涂覆于待焊工件表面，待液态载体挥发后进行焊接；
所述粉末部分的成分按照重量百分比为：Al2O3 5～8％、FeO 5～8％、Si 30～43％、Cr2O3 12～20％、NaF 7～8％、MnO2 8～11％、V2O5 20～30％。
液态载体为选自丙酮、甲乙醇、丁酮和无水乙醇的一种有机溶剂。
待焊工件的厚度为7mm～15mm时，适用如下焊接工艺参数：
电流：160～200A，电压12～13V，焊速80～160mm/min，气流量12L/min。
涂覆于待焊工件表面的涂层宽度为15～30mm。
每米焊道熔透剂消耗量为0.2～0.5g。
本发明人在研究活性焊接的基础上发明了一种用于A-TIG焊中的熔透剂，其成分的组成体系完全不同于SS-7熔透剂。可用于12mm厚板的对接，无需开坡口，可直接对接，并且单面焊双面成型，焊接变形也小。
本发明的不锈钢A-TIG焊熔透剂的成分包括Al2O3、FeO、Si、Cr2O3、NaF、MnO2、V2O5，呈粉末状，化学成分按重量百分比配比如下：Al2O35～8％、FeO 5～8％、Si 30～43％、Cr2O3 12～20％、NaF 7～8％、MnO2 8～11％、V2O5 20～30％。使用时将一定量的熔透剂加入适量丙酮，使其成为糊状。将糊状熔透剂涂覆，涂层宽度为20mm左右，待丙酮挥发后进行焊接。
本发明的有益效果在于：
在相同的焊接规范条件下，使用本熔透剂可以使焊接熔深增加3倍，能有效降低焊缝熔深对母材微量元素波动的敏感性。对3～12mm厚的钢板对接，无需开坡口，可单面焊双面成型，使焊接效率大幅度提高。另外，使用熔透剂后，焊接的电流保持不变。所以，在相同的焊接电流条件下，减少了工件的热输入，焊接的变形是最小的。
附图说明
图1a为用于对比本发明第一个实施例的未涂覆熔透剂的焊接熔池形状图。
图1b为本发明第一个实施例涂覆熔透剂的焊接熔池形状图。
图2a为本发明第一个实施例中涂覆和未涂覆熔透剂的焊缝正面外貌形态图。
图2b为本发明第一个实施例中涂覆和未涂覆熔透剂的背面外貌形态图。
图3a为本发明三个实施例中的焊接接头的焊缝区金相组织图(400倍)。
图3b为本发明三个实施例中的焊接接头的过热区金相组织图(400倍)。
图4a为用于对比本发明第二个实施例中未涂覆熔透剂的焊缝熔池形态图。
图4b为本发明第二个实施例中涂覆熔透剂的焊接熔池形态图。
图5a为本发明第二个实施例中涂覆和未涂覆熔透剂的焊缝正面外貌形态图。
图5b为本发明第二个实施例中涂覆和未涂覆熔透剂的背面外貌形态图。
图6a为用于对比本发明第三个实施例中未涂覆熔透剂的焊接熔池形态图。
图6b为本发明第三个实施例中涂覆熔透剂的焊接熔池形态图。
图7a为本发明第三个实施例中涂覆和未涂覆熔透剂的焊缝正面外貌形态图。
图7b为本发明第三个实施例中涂覆和未涂覆熔透剂的焊缝背面外貌形态图。
附图标记：1.未涂熔透剂区 2.涂熔透剂区
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明第1个实施例的熔透剂的成分按重量百分比为：Al2O3 5％、FeO 6％、Si 37％、Cr2O3 15％、NaF7％、MnO2 9％、V2O5 21％，焊接规范如表1所示。
表1焊接规范
| 板厚mm | 电流A | 电压V | 焊速mm/min | 弧长mm | 焊枪倾角° | 气流量L/min |
| 10 | 180 | 12-13 | 100 | 3 | 90 | 12 |
将一定量的熔透剂置于容器中，加入适量丙酮，使其成为糊状。用扁平毛刷将糊状熔透剂刷涂于待焊工件表面，刷涂厚度以能遮盖母材本色为宜，刷涂宽度约20mm，每米焊道熔透剂消耗量在0.4g左右，待丙酮挥发后便可焊接。其技术效果如下。
1、熔池形状
如图1a所示，没有使用熔透剂，对接10mm厚的板，需要开V型破口，填丝，5～6道才能完成，没有使用熔透剂的熔深只有3mm。如图1b所示，有熔透剂的熔深为10mm。使用熔透剂的熔宽比无熔透剂的熔宽减小，熔池的形状为典型的指状熔池，焊缝背面的余高小于2mm。
2、焊缝外观形貌
图2a为焊缝的焊缝正面外观形貌图，焊缝在使用熔透剂的涂层区明显变窄，表面成形良好，有少量黑色的点状熔渣，正面焊缝略有凹陷。图2b为焊缝背面外观形貌图，没有使用熔透剂区没有焊透，使用熔透剂涂层区完全焊透，背面焊缝成形良好，余高小于2mm。
3、焊接接头金相组织图
如图3a所示，使用熔透剂后得到的焊缝区金相组织为：90％左右的奥氏体+10％左右的铁素体+少量δ相，与常规的氩弧焊组织相同。图3b为焊接接头的过热区组织，未出现异常的晶粒长大现象。
4、焊缝化学成分
母材、使用与不使用熔透剂的焊缝化学成分对比如表2所示。由表2可知，在不添焊丝的直边坡口氩弧焊中，使用熔透剂和没有使用熔透剂的焊缝成分与母材基本相同。显然，使用熔透剂后对焊缝的化学成分影响不大。
表2化学成分对比(Wt％)
| 取样位置 | C | Si | Mn | S | P | N | Ni | Cr |
| 母材 | 0.053 | 0.56 | 1.80 | 0.002 | 0.020 | 0.01 | 8.23 | 18.32 |
| 焊缝(无熔透剂) | 0.052 | 0.57 | 1.80 | 0.002 | 0.024 | 0.01 | 8.28 | 18.30 |
| 焊缝(有熔透剂) | 0.051 | 0.58 | 1.81 | 0.002 | 0.022 | 0.01 | 8.31 | 18.42 |
使用熔透剂后，所测定的焊接接头的力学性能如表3所示。
表3焊接接头的力学性能
| 拉伸试验σb/MPa | 冷弯试验(d＝3a，α＝180°) | 接头酸蚀后观察 | 冲击韧性试验AKV(常温)/J |
| 619 | 正、反弯合格 | 未见任何焊接缺陷 | 102.9 |
显然，使用熔透剂后对焊接接头的力学性能也没有影响。
实施例2
本发明第2个实施例中的熔透剂按重量百分比配比为：Al2O3 6％、FeO7％、Si30％、Cr2O3 17％、NaF7％、MnO211％、V2O5 22％。焊接规范如表1所示，使用熔透剂后，其技术效果如下。
1、熔池形状
如图4a所示，没有使用熔透剂的熔深只有3mm。如图4b所示，使用熔透剂的熔深为10mm。使用熔透剂的熔宽比没使用熔透剂的熔宽明显减小，熔池的形状为典型的指状熔池，焊缝背面余高小于2mm。
2、焊缝外观形貌
图5a为焊缝的正面外观形貌图，焊缝在使用熔透剂涂层区明显变窄，表面成型良好，有少量黑色的点状熔渣。图5b为焊缝的背面外观形貌图，没有使用熔透剂区没有焊透，使用熔透剂涂层区完全焊透，背面焊缝成型良好，余高小于2mm。
3、焊接接头金相组织
如图3a所示，使用熔透剂后得到的焊缝金相组织为：90％左右的奥氏体+10％左右的铁素体+少量δ相，与常规的氩弧焊组织相同。图3b为焊接接头的过热区组织，未出现异常的晶粒长大现象。
4、焊缝化学成分
母材、常规氩弧焊焊缝和钨极氩弧焊焊缝的化学成分如表4所示。由表4可知，在不填焊丝的直边坡口氩弧焊中，使用熔透剂与没有使用熔透剂的焊缝成形与母材基本相同。显然，使用熔透剂后对焊缝的化学成分影响不大。
表4化学成分对比(Wt％)
| 取样位置 | C | Si | Mn | S | P | N | Ni | Cr |
| 母材 | 0.056 | 0.56 | 1.78 | 0.002 | 0.022 | 0.01 | 8.28 | 18.26 |
| 焊缝(无熔透剂) | 0.054 | 0.54 | 1.76 | 0.002 | 0.024 | 0.01 | 8.16 | 18.36 |
| 焊缝(有熔透剂) | 0.055 | 0.53 | 1.75 | 0.002 | 0.021 | 0.01 | 8.17 | 18.34 |
5、焊接接头的力学性能
用熔透剂后，所测定的焊接接头的力学性能如表5所示。
表5焊接接头的力学性能
| 拉伸试验σb/MPa | 冷弯试验(d＝3a，α＝180°) | 接头酸蚀后观察 | 冲击韧性试验AKV(常温)/J |
| 616 | 正、反弯合格 | 未见任何焊接缺陷 | 102.4 |
显然，使用熔透剂后对焊接接头的力学性能也没有影响。
实施例3
本发明第3个实施例的熔透剂按重量百分比配比为：Al2O3 5％、FeO5％、Si 40％、Cr2O3 12％、NaF 8％、MnO2 8％、V2O5 22％。焊接规范如表1所示。使用熔透剂后，其技术效果如下。
1、熔池形状
如图6a所示，没有使用熔透剂的熔深只有3mm。如图6b所示，使用熔透剂的熔深为10mm。使用熔透剂的熔宽比没有使用熔透剂的熔宽明显减小，熔池的形状为典型的指状熔池，焊缝背面的余高小于2mm。
2、焊缝外观形貌
如图7a所示，为焊缝的正面外观形貌图，焊缝在使用熔透剂涂层区明显变窄，表面成型良好，有少量黑色的点状熔渣。如图7b所示，为焊缝的背面外观形貌图，没有使用熔透剂区没有焊缝，使用熔透剂涂层区完全焊透，背面焊缝成型良好，余高小于1mm。
3、焊接接头金相组织
如图3a所示，使用熔透剂后得到的焊缝金相组织为：90％左右的奥氏体+10％左右的铁素体+少量δ相，与常规的氩弧焊组织相同。图3b为焊接接头的过热区组织，未出现异常的晶粒长大现象。
4、焊缝化学成分
母材、常规氩弧焊焊缝和钨极氩弧焊的化学成分对比如表6所示。由表6可知，在不填焊丝的直边坡口氩弧焊中，使用熔透剂与没有使用熔透剂的焊缝成分与母材基本相同。显然，使用熔透剂后对焊缝的化学成分影响不大。
表6化学成分对比(Wt％)
| 取样位置 | C | Si | Mn | S | P | N | Ni | Cr |
| 母材 | 0.055 | 0.54 | 1.80 | 0.002 | 0.022 | 0.01 | 8.24 | 18.24 |
| 焊缝(无熔透剂) | 0.054 | 0.53 | 1.72 | 0.002 | 0.024 | 0.01 | 8.12 | 18.38 |
| 焊缝(有熔透剂) | 0.054 | 0.53 | 1.73 | 0.002 | 0.022 | 0.01 | 8.10 | 18.38 |
5、焊接接头力学性能
使用熔透剂后，所测定的焊接接头的力学性能如表7所示。
表7焊接接头的力学性能
| 拉伸试验σb/MPa | 冷弯试验(d＝3a，α＝180°) | 接头酸蚀后观察 | 冲击韧性试验AKV(常温)/J |
| 617 | 正、反弯合格 | 未见任何焊接缺陷 | 102.6 |
显然，使用熔透剂后对焊接接头的力学性能也没有影响。
Claims (5)
1.一种用于不锈钢A-TIG焊的熔透剂，包括粉末部分和液态载体，其特征在于：粉末部分的成分按照重量百分比为：Al2O3 5～8％、FeO 5～8％、Si 30～43％、Cr2O3 12～20％、NaF 7～8％、MnO2 8～11％、V2O521～22％。
2.根据权利要求1所述的熔透剂，其特征在于：液态载体为选自丙酮、甲乙醇、丁酮和无水乙醇的一种有机溶剂。
3.根据权利要求1所述的熔透剂，其特征在于：粉末部分的成分按重量百分比为：Al2O3 5～6％、FeO 5～7％、Si 30～40％、Cr2O3 12～17％、NaF 7～8％、MnO2 8～11％、V2O5 21～22％。
4.一种用于不锈钢A-TIG焊的熔透剂的使用方法，包括如下步骤：
1)将粉末部分加入液态载体，成为糊状；
2)将该糊状熔透剂涂覆于待焊工件表面，待液态载体挥发后进行焊接；
其特征在于：
所述粉末部分的成分按照重量百分比为：Al2O3 5～8％、FeO 5～8％、Si 30～43％、Cr2O3 12～20％、NaF 7～8％、MnO2 8～11％、V2O5 21～22％。
5.根据权利要求4所述的熔透剂的使用方法，其特征在于：液态载体为选自丙酮、甲乙醇、丁酮和无水乙醇的一种有机溶剂。
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