CN102513731A

CN102513731A - 一种消除低碳钢焊缝柱状晶的活性剂及其使用方法

Info

Publication number: CN102513731A
Application number: CN2012100005203A
Authority: CN
Inventors: 王惜宝; 孙莉
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2012-01-04
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明公开了一种在气体保护焊中能够有效消除低碳钢焊缝柱状晶的活性剂及其使用方法，首先将挥发性溶剂与含有氧化钇的活性剂粉末混合均匀后涂覆在即将施焊的金属板上，经烘干后，使用焊丝进行气体保护焊焊接即可。利用活性剂熔点高的特点，在熔池凝固的过程中，钉扎奥氏体晶界，阻碍奥氏体的长大。在奥氏体减小的同时，活性剂在奥氏体向铁素体转变的过程中给铁素体提供更多的形核位置，从而生成更多的等轴铁素体，从而达到缩短柱状晶长度的目的。

Description

一种消除低碳钢焊缝柱状晶的活性剂及其使用方法

技术领域

本发明属于材料工程技术领域，更具体地说，涉及一种细化焊缝组织，消除焊缝柱状晶的活性剂。

背景技术

利用ER50-6焊丝在二氧化碳气体保护焊焊接Q235低碳钢板时，焊缝熔合线处的组织为粗大的柱状晶组织。柱状晶主要由粗大的先共析铁素体和针状铁素体组成。由于熔合线处组织粗大，不均匀，极易引起应力集中，从而导致裂纹的产生。因此细化焊缝熔合线处的组织，减小柱状晶长度成为焊缝组织优化的主要目的。同时针状铁素体相比与等轴铁素体具有硬度高，强度高的特点。这就使得为添加活性剂的情况下焊缝的硬度明显高于母材的硬度，这种硬度的差异容易引起熔合线处的应力集中，使得失效易在熔合线处产生。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种在ER50-6焊丝在二氧化碳气体保护焊焊接Q235低碳钢板过程中能够有效消除低碳钢焊缝柱状晶的活性剂及其使用方法。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

一种消除低碳钢焊缝柱状晶的活性剂，含有氧化钇；还可以由氧化钇(Y₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)和氧化钛(TiO₂)组成，其中氧化钇为10wt％-35wt％，氧化锆为25wt％-60wt％，余量为氧化钛。

所述氧化钇为15wt％-25wt％，氧化锆为35wt％-50wt％，余量为氧化钛。

在使用时，首先将挥发性溶剂与活性剂混合均匀后涂覆在即将施焊的金属板上，经烘干后，使用焊丝进行气体保护焊焊接即可。

所述挥发性溶剂可以选择有机挥发性溶剂，例如丙酮、乙醇。

所述氧化钇(Y₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)和氧化钛(TiO₂)可选择200-500目粉末，优选200-300目粉末。

所述活性剂的涂覆量为(0.1-5)×10^-5g/mm²金属板，优选(0.1-3)×10^-5g/mm²，更加优选(0.1-0.5)×10^-5g/mm²。

在实施气体保护焊时，只需要使用气体保护焊的普通参数进行焊接即可，气体保护可以选用焊接领域使用的惰性气体，例如二氧化碳、氩气，或者两者以任意比例混合的气体。使用的待焊接金属板为低碳钢，例如Q235低碳钢板；焊丝为低碳低合金钢焊丝，例如ER50-6焊丝。

本发明的技术方案利用活性剂中含有高熔点颗粒的特点，在熔池凝固的过程中，钉扎奥氏体晶界，阻碍奥氏体的长大。在奥氏体减小的同时，活性剂在奥氏体向铁素体转变的过程中给铁素体提供更多的形核位置，从而生成更多的等轴铁素体。这就造成了熔合线处的围观组织由粗大的先共析铁素和针状铁素体组成的不均匀组织转变为细小且均匀的等轴铁素体组织，从而达到缩短柱状晶长度的目的，实现焊缝组织的优化；同时，降低焊缝的硬度，使之与母材更为接近。

附图说明

图1是显微组织分析的照片，其中(a1)为未涂覆活性剂焊缝200×；(a2)未涂覆活性剂焊缝500×；(b1)涂覆活性剂焊缝200×；(b2)涂覆活性剂焊缝500×。

图2是硬度分析的图线，其中(00)为未涂覆活性剂焊缝；(01)为涂覆活性剂焊缝。

图3是焊缝冲击韧性分析的图线，其中(00)为未涂覆活性剂焊缝；(01)为涂覆活性剂焊缝。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。采用天津市金桥焊材有限公司生产的ER50-6焊丝在惰性气体(二氧化碳气体)保护焊焊接Q235低碳钢板，将丙酮与200目的Y₂O₃粉末进行混合，涂覆在即将施焊的金属板上。将涂覆后的金属板放入干燥箱进行烘干。烘干后使用er50-6焊丝进行二氧化碳气体保护焊焊接，参数见下表：

在进行二氧化碳气体保护焊之后，对焊缝金属的显微组织，焊缝硬度与冲击韧性进行分析如下：

首先使用OLYMPUS GX51光学显微镜进行显微组织表征，结果如附图1所示，可以看出涂覆氧化钇后的焊缝柱状晶明显消失，组织由粗大的魏氏组织加针状铁素体变为细小均匀的等轴铁素体。

然后使用430SCD^TM/450SVD^TM型wolpert自动维氏硬度仪进行焊缝硬度测试，结果如附图2所示，焊缝组织的变化使得焊缝的硬度降低，与母材的硬度更加接近。

最后采用JBD-300B低温冲击试验机按照标准GB2650-89进行冲击试验，结果如附图3所示，焊缝组织变化引起焊缝金属冲击功提升，与未涂覆焊缝相比，涂覆活性剂焊缝的冲击韧性平均提高了20％。

更换活性剂为由氧化钇(Y₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)和氧化钛(TiO₂)组成，颗粒大小为300目，选用氩气进行气体保护焊，各个实施例的参数不变，活性剂组成如下表所示：

	Y₂O₃(g)	ZrO₂(g)	TiO₂(g)
				实施例1	10	60	30
实施例2	35	25	40
				实施例3	25	50	25
实施例4	25	35	40
				实施例5	15	50	35

在进行气体保护焊之后，对焊缝金属的显微组织，焊缝硬度与冲击韧性进行相同的分析，结果显示基本相同的性质和微观形貌：涂覆活性剂的焊缝柱状晶明显消失，组织由粗大的魏氏组织加针状铁素体变为细小均匀的等轴铁素体；焊缝组织的变化使得焊缝的硬度降低，与母材的硬度更加接近；与未涂覆焊缝相比，涂覆活性剂焊缝的冲击韧性平均提高了20％。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种消除低碳钢焊缝柱状晶的活性剂，其特征在于，含有氧化钇。

2.一种消除低碳钢焊缝柱状晶的活性剂，其特征在于，由氧化钇、氧化锆和氧化钛组成，其中氧化钇为10wt％-35wt％，氧化锆为25wt％-60wt％，余量为氧化钛。

3.根据权利要求2所述的一种消除低碳钢焊缝柱状晶的活性剂，其特征在于，所述氧化钇为15wt％-25wt％，氧化锆为35wt％-50wt％，余量为氧化钛。

4.根据权利要求1或者2所述的一种消除低碳钢焊缝柱状晶的活性剂，其特征在于，所述氧化钇(Y₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)和氧化钛(TiO₂)可选择2O0-500目粉末，优选200-300目粉末。

5.一种消除低碳钢焊缝柱状晶的方法，其特征在于，首先将挥发性溶剂与活性剂混合均匀后涂覆在即将施焊的金属板上，经烘干后，使用焊丝进行气体保护焊焊接即可

其中所述活性剂含有氧化钇或者氧化钇、氧化锆和氧化钛组成，其中氧化钇为10wt％-35wt％，氧化锆为25wt％-60wt％，余量为氧化钛。

6.根据权利要求5所述的一种消除低碳钢焊缝柱状晶的方法，其特征在于，所述氧化钇为15wt％-25wt％，氧化锆为35wt％-50wt％，余量为氧化钛。

7.根据权利要求5所述的一种消除低碳钢焊缝柱状晶的方法，其特征在于，所述氧化钇(Y₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)和氧化钛(TiO₂)可选择200-500目粉末，优选200-300目粉末。

8.根据权利要求5所述的一种消除低碳钢焊缝柱状晶的方法，其特征在于，所述活性剂的涂覆量为(0.1-5)×10^-5g/mm²金属板，优选(0.1-3)×10^-5g/mm²，更加优选(0.1-0.5)×10^-5g/mm²。

9.根据权利要求5所述的一种消除低碳钢焊缝柱状晶的方法，其特征在于，所述挥发性溶剂可以选择有机挥发性溶剂，例如丙酮、乙醇。

10.氧化钇在低碳钢气体保护焊中消除焊缝柱状晶的应用。