CN102962607A

CN102962607A - 用于铸铁焊接的助焊剂及其使用方法

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Publication number: CN102962607A
Application number: CN2012105280974A
Authority: CN
Inventors: 杨文宝
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: CN102962607B

Abstract

本发明提供了一种用于铸铁焊接的助焊剂及其使用方法，该助焊剂主要由粉体和液体添加剂混合制成，其中，粉体由粒径均为100-200目的钇萤石粉、方解石粉、天青石粉、角闪石石棉灰、钼铁粉和硅铁粉混合而成，液体添加剂由乳化剂和润湿剂混合而成，各组成成分占助焊剂总质量的百分比分别为：钇萤石粉25-30%，方解石粉20-30%，天青石粉10-12%，角闪石石棉灰10-20%，钼铁粉3-5%，硅铁粉2-5%，乳化剂3-5%，润湿剂4-6%。该助焊剂及其使用方法简单、快捷和方便，在焊前不需要加热，焊后不需要保温，且形成的焊缝金属外观美观，焊缝金属无热裂纹、冷裂纹、气孔和白口组织；焊接工艺简单，质量稳定可靠，成本低，焊接后能够进行机加工，压力试验可达到指标要求。

Description

用于铸铁焊接的助焊剂及其使用方法

技术领域

本发明涉及金属焊接技术领域，具体的说是用于铸铁焊接的助焊剂及其使用方法。

背景技术

在日常作业中最常用的铸铁焊条为镍基铸铁焊条，但在遇到有水压、气压、油压要求的铸铁件时，镍基铸铁焊条也不能满足使用要求，镍基铸铁焊条遇到含碳或含镁高的铸铁件时，熔滴不润湿坡口，变成小球飞走，焊接起来十分困难；同时，在使用镍基铸铁焊条焊接铸铁件时，焊缝金属存在以下缺陷：（1）镍基铸铁焊条焊接在高温下工作的铸铁件时，会导致焊缝金属屈服点提高、塑性下降、缺口敏感性增加，使焊缝金属呈现明显的辐射脆性，高温、高压辐射后的镍基焊缝金属会出现蠕变脆性；（2）镍基焊缝金属和热影响区有过热倾向。镍基铸铁焊条的导热率低、电阻率大，在不适当的焊接热循环作用下，焊缝和热影响区易过热，引起晶粒长大，晶粒粗化后，用一般的热处理工艺是无法改善的；（3）由于铸铁化学成分与组织的特点，铸铁中的石墨相是一个碳源，受焊接高温作用的影响，碳会向焊缝附近母材迅速扩散，使母材含碳量迅速上升，在坡口处形成马氏体组织，使焊缝及母材金属脆化；（4）使用镍基铸铁焊条焊过的焊缝金属，最怕硫酸腐蚀和脆化。在我们国家生产的柴油中，含硫量稍高于国外，很容易在（机车或汽车）内燃机燃烧室不工作时，缸筒内的蒸汽变成露滴，与没有燃烧完全的柴油起化学反应，生成硫酸或亚硫酸，与焊修处的焊缝金属发生强烈的反应，腐蚀脆化镍基焊缝金属，从而引起焊接质量严重降低。

在各种铸铁件的焊修工作中，其中多数的铸铁件为灰铸铁，灰铸铁的抗拉强度较低，一般只有120-250N/mm²，其延伸率仅为0-0.5%，属于脆性材料，且部分铸铁件材质中含杂质较多，焊修过程困难，由于普通灰铸铁的塑性很低，韧性也很低，灰铸铁中的石墨是分散度较大的片状结晶，石墨本身很脆弱，它的尖锐边缘在承受负荷时很容易引起应力集中，在灰铸铁中像存在大量内切口一样，对金属基体起着割裂的作用，因而灰铸铁在焊接时很容易出现白口、淬硬组织和裂纹等缺陷；同时，灰铸铁焊接时工艺复杂、成本高，按照传统利用镍基铸铁焊条焊修灰铸铁件，很容易出现晶界裂纹和气孔等缺陷，同时焊接废品率较高，其原因是镍本身中的氧呈氧化镍状态分布于晶界上，为热裂纹的产生提供了条件；当含碳量超过0.1%时，碳以石墨状态析出，破坏了晶界间的结合力，从而引起冷脆性，有时还会产生显微裂纹；镍基焊条导热率低，电阻大，在不适当的焊接热循环作用下，焊缝和热影响区基本金属易过热，引起晶粒长大倾向，降低了焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能。

发明内容

为了解决现有技术中铸铁焊接时容易出现白口、淬硬组织和裂纹等缺陷，以及焊接工艺复杂、成本高、容易出现晶界裂纹、气孔等缺陷的问题，本发明提供了一种用于铸铁焊接的助焊剂及其使用方法，在焊修铸铁件过程中能够达到简单、快捷、方便和提高铸铁焊缝金属质量的目的。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

用于铸铁焊接的助焊剂，该助焊剂主要由粉体和液体添加剂混合制成，其中，粉体由粒径均为100-200目的钇萤石粉、方解石粉、天青石粉、角闪石石棉灰、钼铁粉和硅铁粉混合而成，液体添加剂由乳化剂和润湿剂混合而成，各组成成分占助焊剂总质量的百分比分别为：钇萤石粉25-30%，方解石粉20-30%，天青石粉10-12%，角闪石石棉灰10-20%，钼铁粉3-5%，硅铁粉2-5%，乳化剂3-5%，润湿剂4-6%。

所述助焊剂中还添加有粘接剂，粘接剂的加入重量为粉体和液体添加剂总重量的10-20%。

取上述由粉体和液体添加剂混合制成的或由粉体、液体添加剂和粘接剂混合制成的助焊剂，并将其放在容器中，将碱性焊条浸没在助焊剂内蘸取助焊剂，然后取出并按照先晾干后烘干的工艺处理后即可使用；或者将该助焊剂加入到制备碱性焊条药皮的粉料中，混合均匀后制成碱性焊条使用，其中，助焊剂与碱性焊条药皮粉料的加入的重量比为0.02-0.1:1。

本发明中取由粉体和液体添加剂混合制成的或由粉体、液体添加剂和粘接剂混合制成的助焊剂，并将其放在容器中，将碱性焊条浸没在助焊剂内蘸取助焊剂，因为碱性焊条中含有的有机物质，需要将碱性焊条取出后在自然条件下放置直至碱性焊条上附着的助焊剂表面干燥，然后放入烘箱内彻底烘干后即可使用。

本发明中的乳化剂、润湿剂和粘接剂均为市售的用于生产助焊剂所使用的产品。

本发明中粉体中的各组分的粒径均为100-200目，为了防止粒径过小时，在焊接时燃烧过快，粒径过大时，该助焊剂的粘接质量差，影响该助焊剂的使用效果。

本发明中的硅铁可作为脱氧剂，同时，能够使铸铁焊缝金属中形成的石墨化分布均匀，不产生白口，且能够细化晶粒。

本发明中将碱性焊条浸没在容器中蘸取助焊剂，然后取出先晾干再烘干后使用，或者将助焊剂直接按重量比例加入到制备碱性焊条药皮的粉料中，混合均匀后制成碱性焊条使用，该助焊剂中的原料如角闪石石棉，能够防止碱性焊条药皮的开裂，在冶金过程中起到稳弧造渣的作用；本产品在冶金过程中，并不是只发生在熔池部位，助焊剂同碱性焊条上的药皮一样，从起弧熔化，经过熔滴过渡到熔池之中，要经过三个冶金反应区：药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区。

（1）药皮反应区：是助焊剂同碱性焊条上的药皮发生反应的区域。助焊剂同碱性焊条上的药皮一起，分解出CO、H₂、CO₂等，使高价氧化物分解成低价氧化物，并析出O₂等，反应结果形成了保护气体；

（2）熔滴反应区：助焊剂同碱性焊条上的药皮熔化，到进入熔池之前的区间，是熔滴反应区。由于熔滴温度高，故比表面积大，是焊缝冶金反应最为激烈区间，这时助焊剂的液态金属同熔渣和气体之间反应达到了很完全的程度。主要反应有：

1、气体高度分解后，分子状态的气体，大部分分解为原子状态的气体，并激烈地向熔滴中熔解；

2、熔渣中的氧化物分解，使熔滴渗入合金并增加氧气，使所含合金元素烧损；

3、熔滴强烈合金化，氧化物分解使熔滴获得少量合金元素外，又可以把烧损的合金元素补上，并同熔滴合金化；

（3）熔池反应区：熔池是影响焊缝金属成分并具有决定性的反应区。熔滴金属和个别熔渣质点，同助焊剂一起以很高的速度落入熔池，在气氛保护下进行高温冶金反应，并随熔化了的母材金属混熔在一起，向熔池尾部四周运动，熔池的前部温度较高，有利于吸热反应的进行，熔池的后部温度较低，有利于放热反应的进行，在此区间反应的结果，将最终决定铸铁焊缝金属的质量。

本发明的有益效果如下：

1）该助焊剂中含有多种有利于焊接冶金反应的表面活性物质，这种表面活性物质在电弧高温作用下，同碱性焊条的药皮发生化学反应，共同分解出活性气体如CO₂等，这些活性气体在电弧区形成“气罩”，隔绝了各个方向的空气进入弧柱区，保护了焊条端部和处于高温的焊缝金属，防止焊缝金属产生气孔；

2）该助焊剂中含有多种表面活性物质，这些物质在焊接冶金过程中与硫、磷、氮起化学反应，生成稳定难熔的化合物，使有害元素进入熔渣逸出，起到净化焊缝金属的作用；同时，有益元素和液体熔渣与金属之间的相互作用，使金属中的铁原子和熔渣中的硅离子在两相界面上交换电荷，其结果是硅进入金属，而铁变成铁离子进入熔渣，这些有益的活性物质，富集在夹杂物中，使夹杂物球化，并以弥散状态分布，有利于恢复金属组织细化，提高了铸铁焊缝金属的抗裂性；

3）该助焊剂对铸铁焊缝金属起细晶强化作用，在焊条使用过程中，该助焊剂的原料如钼铁等在熔池中能够形成高熔点的碳化物、氧化物和氮化物等，这些化合物作为熔池液体金属的形核剂，促进凝固形成的奥氏体晶粒细化，能够细化焊缝金属晶粒，防止焊缝产生裂纹，进一步提高了焊缝金属的质量；

4）该助焊剂的原料如钇萤石、方解石等在焊接冶金过程中使熔渣碱度提高，焊缝金属中的氧含量下降，氧的质量分数维持在0.03%左右，使焊缝金属具有较佳的低温韧性；熔渣碱度提高后，降低了铸铁焊缝金属中的扩散氢含量，同时，可以减少焊缝金属中硫、磷等杂质的含量，且钼铁等原料能够向焊缝中加入微量合金元素进行变质处理，进一步提高了铸铁焊缝金属的韧性；

5）该助焊剂的使用方法简单，使焊接铸铁的工作如同焊接低碳钢一样简单、快捷和方便，在焊接前不需要加热，焊接后不需要保温，且形成的焊缝金属外观美观，焊缝金属无热裂纹、冷裂纹、气孔和白口组织；焊接工艺简单，质量稳定可靠，降低了焊接废品率，成本低，焊接后能够进行机加工，压力试验可达到指标要求。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的用于铸铁焊接的助焊剂及其使用方法作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1：

用于铸铁焊接的助焊剂，该助焊剂主要由粉体和液体添加剂混合制成，其中，按照重量比，取粒径均为100-200目的30份钇萤石粉、30份方解石粉、12份天青石粉、10份角闪石石棉灰、5份钼铁粉和2份的硅铁粉混合均匀制成粉体，备用；

按照重量比，取5份的乳化剂和6份的润湿剂混合均匀制成添加剂，备用；

助焊剂中还加入有粘接剂，按照重量比，取10份粘接剂，备用。

将上述制备的粉体、添加剂和粘接剂混合均匀即制成本产品。

本产品助焊剂的使用方法，按重量称取上述的各原料，混合均匀后制成本产品将其放在容器中，将碱性焊条浸没在容器中2-4s蘸取该助焊剂，取出晾干、烘干后使用。

实施例2：

用于铸铁焊接的助焊剂，该助焊剂主要由粉体和液体添加剂混合制成，其中，按照重量比，取粒径均为100-200目的25份钇萤石粉、27份方解石粉、10份天青石粉、20份角闪石石棉灰、4份钼铁粉和5份的硅铁粉混合均匀制成粉体，备用；

按照重量比，取3份的乳化剂和6份的润湿剂混合均匀制成添加剂，备用；

助焊剂中还加入有粘接剂，按照重量比，取15份粘接剂，备用。

将该助焊剂加入到制备碱性焊条药皮的粉料中，混合均匀后制成碱性焊条使用，其中，助焊剂与碱性焊条药皮粉料的加入的重量比为0.02:1。

实施例3：

用于铸铁焊接的助焊剂，该助焊剂主要由粉体和液体添加剂混合制成，其中，按照重量比，取粒径均为100-200目的28份钇萤石粉、28份方解石粉、12份天青石粉、15份角闪石石棉灰、4份钼铁粉和4份的硅铁粉混合均匀制成粉体，备用；

按照重量比，取4份的乳化剂和5份的润湿剂混合均匀制成添加剂，备用；

助焊剂中还加入有粘接剂，按照重量比，取16份粘接剂，备用。

将该助焊剂加入到制备碱性焊条药皮的粉料中，混合均匀后制成碱性焊条使用，其中，助焊剂与碱性焊条药皮粉料的加入的重量比为0.06:1。

实施例4：

用于铸铁焊接的助焊剂，该助焊剂主要由粉体和液体添加剂混合制成，其中，按照重量比，取粒径均为100-200目的30份钇萤石粉、25份方解石粉、11份天青石粉、19份角闪石石棉灰、3份钼铁粉和5份的硅铁粉混合均匀制成粉体，备用；

按照重量比，取3份的乳化剂和4份的润湿剂混合均匀制成添加剂，备用；

助焊剂中还加入有粘接剂，按照重量比，取20份粘接剂，备用。

将该助焊剂加入到制备碱性焊条药皮的粉料中，混合均匀后制成碱性焊条使用，其中，助焊剂与碱性焊条药皮粉料的加入的重量比为0.1:1。

实施例5：

用于铸铁焊接的助焊剂，该助焊剂主要由粉体和液体添加剂混合制成，其中，按照重量比，取粒径均为100-200目的30份钇萤石粉、20份方解石粉、12份天青石粉、20份角闪石石棉灰、5份钼铁粉和3份的硅铁粉混合均匀制成粉体，备用；

按照重量比，取4份的乳化剂和6份的润湿剂混合均匀制成液体添加剂，备用；

助焊剂中还加入有粘接剂，按照重量比，取14份粘接剂，备用。

将上述制备的粉体、液体添加剂和粘接剂混合均匀即制成本产品。

将该助焊剂加入到制备碱性焊条药皮的粉料中，混合均匀后制成碱性焊条使用，其中，助焊剂与碱性焊条药皮粉料的加入的重量比为0.05:1。

本发明的助焊剂，技术性能和焊接质量稳定，可以使用在焊接内燃机机体、内燃机车柴油机配件的排气总管、变速箱、水泵和机油泵等领域，焊接工艺简单，质量稳定可靠，成本低。

Claims

1.用于铸铁焊接的助焊剂，其特征在于：该助焊剂主要由粉体和液体添加剂混合制成，其中，粉体由粒径均为100-200目的钇萤石粉、方解石粉、天青石粉、角闪石石棉灰、钼铁粉和硅铁粉混合而成，液体添加剂由乳化剂和润湿剂混合而成，各组成成分占助焊剂总质量的百分比分别为：钇萤石粉25-30%，方解石粉20-30%，天青石粉10-12%，角闪石石棉灰10-20%，钼铁粉3-5%，硅铁粉2-5%，乳化剂3-5%，润湿剂4-6%。

2.根据权利要求1所述的用于铸铁焊接的助焊剂，其特征在于：所述助焊剂中还添加有粘接剂，粘接剂的加入重量为粉体和液体添加剂总重量的10-20%。

3.用于铸铁焊接的助焊剂的使用方法，其特征在于：取权利要求1或2所述的助焊剂放入容器内，将碱性焊条浸没在助焊剂内蘸取助焊剂，然后取出并按照先晾干后烘干的工艺处理后即可使用；或者将该助焊剂加入到制备碱性焊条药皮的粉料中，混合均匀后制成碱性焊条使用，其中，助焊剂与碱性焊条药皮粉料的加入的重量比为0.02-0.1:1。