CN103706965A - 一种不锈钢焊接保护剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不锈钢焊接保护剂，由粒径为30~40目的以下组分构成：萤石20%~30%，白云石25%~35%，石英砂15%~25%，钛粉20%~30%，本保护剂粉末混合均匀后，与密度为1.30~1.40g/cm³粘结剂钠水玻璃按1:2~3比例调和，刷涂于焊口背面，厚度约为0.5-1mm，在空气中放置一段时间后10-20min，再施焊。使用本发明的背面保护剂，可以解决不锈钢焊接过程中的背面氧化、气孔、夹杂、焊瘤等问题，可获得成形美观、表面光洁，具有良好晶间腐蚀抗力的背面焊缝。特别适合于石油、化工等工业领域的不锈钢单面焊双面成形焊接，可以取代惰性气体背面保护方法。

Description

一种不锈钢焊接保护剂

技术领域

本发明涉及一种焊接保护材料，适用于不锈钢及其它高合金钢的焊接，属金属焊接领域。

背景技术

在石油、化工等工业领域中，不锈钢的应用越来越广泛。一直以来，不锈钢焊接过程中的保护问题，尤其是背面保护问题是焊接生产中的关键问题。焊接保护不足，往往造成气孔、氧化、夹杂等问题的出现，严重影响焊接接头的性能。为此，对于不锈钢的焊接，往往采用氩弧焊、焊条电弧焊、埋弧焊等保护良好的焊接方法进行焊接。但是，背面保护问题一直是业界广泛关注的问题。目前，焊接过程中的背面保护多采用惰性气体（主要为氩气）进行保护。但是，氩气保护时，需要一定的背面气保护装置，导致焊接施工准备工作量增加，影响施工效率且增加了施工成本，其保护质量也易于受到背面保护气体流量、气体质量、环境气流等影响。

为了解决焊接过程中的背面保护问题，相关学者进行了大量的替代气保护方法的焊接保护剂的研究和生产实践工作，并发明了不同组分的焊接保护剂。专利ZL02155499.4发明了一种复合式换热管及其管板焊接方法，其中就涉及到组分为MgSO₄或CaSO₄焊接保护成分。关于不锈钢背面保护问题，专利ZL200710019192.0、201010267247.1分别发明了一种保护剂配方。通过分析，发现这几种发明均存在组分单一，保护效果欠佳，熔渣清理困难等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于不锈钢焊接的、易于清渣的背面保护剂，解决不锈钢焊接过程中的背面氧化、气孔、夹杂、焊瘤等问题，以取代惰性气体背面保护方法，特别适合于不锈钢的单面焊双面成形焊接，可获得成形美观、表面光洁的背面焊缝，同时背面焊缝具有优越的抗晶间腐蚀等性能。

本发明的技术关键在于：通过钛粉的添加，一方面利用金属钛粉与氧元素较强的亲和力，可以降低焊缝区周围气氛及熔渣的氧化性，以防止不锈钢的氧化；另一方面，钛的氧化产物是良好的造渣剂，可以形成短渣（熔渣快速凝固），对高温焊缝起到渣保护作用。另外，通过少量钛元素向焊缝中的过渡，可以起到细化焊缝晶粒和提高焊缝抗晶间腐蚀的作用；本发明中各组分的组成，所形成的熔渣易于清理，焊后经过振动等方法可以快速清理。熔渣的彻底清理，可以防止不锈钢接头上熔渣的长期存在导致腐蚀液的停留引起的腐蚀产生；通过石英砂（主要成分为SiO₂）的应用，可以使其与CaO、MgO等脱氧产物形成复合氧化物，一方面可以增加Ca元素的脱氧效果，另一方面可以降低熔渣的粘度，提高熔渣的透气性，以改善焊缝表面成形。其具体技术方案为：一种不锈钢焊接保护剂，其特征在于其组分按质量百分比分为：萤石20%~30%，白云石25%~35%，石英砂15%~25%，钛粉20%~30%。

一种不锈钢焊接保护剂制作施工方法，包括以下步骤：首先将萤石、白云石、石英砂、钛粉末混合均匀，将混合粉末与纳水玻璃粘结剂按1:2~3的比例调和构成保护剂，然后将保护剂刷涂于焊口背面，厚度约为0.5~1mm，在空气中放置10~20 分钟，再施焊。

作为优选，钠水玻璃的密度为1.30~1.40g/cm³。

作为优选，混合粉末的粒径为30~40目。

本发明中保护剂组分中的萤石质量百分比控制在20%~30%。萤石的主要成分为CaF₂，其对氢气孔具有有效的消除作用，同时对焊缝成形具有重要的作用。通过与本发明中白云石组分的合理配合，可调节保护剂熔渣的粘度和透气性，可以获得良好的焊缝成形。CaF₂高温分解产生的Ca是强的脱氧剂，可以降低熔渣中氧化铁的含量，进而改善熔渣的粘渣性。

本发明保护剂组分中的白云石质量百分比控制在25%~35%。白云石的主要成分为CaMg(CO₃)₂，是很好的造渣造气剂，其在焊接过程中分解产生的CO₂可以对焊缝形成气保护作用；同时，其与萤石配合对焊缝成形具有重要的作用。

本发明保护剂组分中的石英砂质量百分比控制在15%~25%。石英砂的主要成分为SiO₂，属酸性氧化物。其可以与CaO、MgO等脱氧产物形成复合氧化物，一方面可以增加Ca元素的脱氧效果，另一方面可以降低熔渣的粘度，提高熔渣的透气性。

本发明保护剂组分中的钛粉质量百分比控制在20%~30%。钛是一种强脱氧元素。钛粉的加入主要是为了增加保护剂的脱氧性，可以降低熔渣中的含氧量，防止焊缝表面的氧化，从而改善脱渣性。钛粉与氧的反应产物主要为TiO₂，TiO₂有利于显著降低熔渣的粘性和表面张力，从而可以改善熔渣的透气性和焊缝成形，同时，可以改善熔渣的脱渣性。通过钛元素向焊缝金属中的微量过渡，一方面可以起到细化焊缝晶粒的作用，同时可以提高焊缝的抗晶间腐蚀能力。

本发明选用钠水玻璃作为粘结剂，主要因为其具有良好的粘附性。将通过研磨混合的保护剂粉末与钠水玻璃按1:2~3比例调和，可使保护剂混合物具有良好的刷涂性，可以在焊口背面形成一层具有良好粘附性的涂敷层。将保护剂刷涂约为0.5-1mm的厚度，并在空气中放置一段时间（10-20 分钟）后施焊，可保证焊接过程中保护剂层具有一定的透气性和粘着力。

本发明的有益效果：本发明涉及的不锈钢保护剂及其使用方法，经过反复试验及配方优化，可以摒弃不锈钢焊接时采用背面惰性气体保护所带来的工序复杂、人力及财力消耗大等缺点，并具有保护良好、背面焊缝成形美观、熔渣清理容易、工作效率高等优点，尤其在背面焊缝的抗晶间腐蚀能力方面更具优势。

具体实施方式

实施例1：

按如下质量百分比称取原料：萤石20%，白云石25%，石英砂25%，钛粉30%。研磨成粒径为30~40目的混合粉末，与钠水玻璃（按1: 3比例）搅拌混合。将该保护剂刷涂于5mm 304L不锈钢焊口背面，宽度约30mm，厚度约0.6mm，室温放置10分钟后施焊。

实施例2：

按如下质量百分比称取原料：萤石30%，白云石35%，石英砂15%，钛粉20%。研磨成粒径为30~40目的混合粉末，与钠水玻璃（按1:2.7比例）搅拌混合。将该保护剂刷涂于4mm 316L不锈钢焊口背面，宽度约30mm，厚度约0.8mm，室温放置15分钟后施焊。

实施例3：

按如下质量百分比称取原料：萤石28%，白云石30%，石英砂22%，钛粉20%。研磨成粒径为30~40目的混合粉末，与钠水玻璃（按1:2比例）搅拌混合。将该保护剂刷涂于5mm 304L不锈钢焊口背面，宽度约30mm，厚度约1.0mm，室温放置20分钟后施焊。

实施例4：

按如下质量百分比称取原料：萤石23%，白云石33%，石英砂16%，钛粉28%。研磨成粒径为30~40目的混合粉末，与钠水玻璃（按1:2.2比例）搅拌混合。将该保护剂刷涂于4mm 316L不锈钢焊口背面，宽度约30mm，厚度约0.7mm，室温放置16分钟后施焊。

实施例5：

按如下质量百分比称取原料：萤石25%，白云石28%，石英砂22%，钛粉25%。研磨成粒径为30~40目的混合粉末，与钠水玻璃（按1:2.8比例）。将该保护剂刷涂于5mm 304L不锈钢焊口背面，宽度约30mm，厚度约0.9mm，室温放置18分钟后施焊。

实施例6：

按如下质量百分比称取原料：萤石26%，白云石31%，石英砂20%，钛粉23%。研磨成粒径为30~40目的混合粉末，与钠水玻璃（按1:2.4比例）。将该保护剂刷涂于4mm 316L不锈钢焊口背面，宽度约30mm，厚度约0.7mm，室温放置13分钟后施焊。 

按照上述实施例焊接后的不锈钢工件，熔渣清理容易，背面焊缝光亮清洁，可得到保护良好、背面成形美观的焊缝，且无气孔、夹杂、焊瘤等缺陷。经过晶间腐蚀试验，背面焊缝具有良好的抗晶间腐蚀能力。

Claims (4)

1.一种不锈钢焊接保护剂，其特征在于其组分按质量百分比分为：萤石20%~30%，白云石25%~35%，石英砂15%~25%，钛粉20%~30%。

2.根据权利要求1所述的一种不锈钢焊接保护剂制作施工方法，包括以下步骤：首先将萤石、白云石、石英砂以及钛粉末混合均匀，将混合粉末与纳水玻璃粘结剂按1:2~3的比例调和构成保护剂，然后将保护剂刷涂于焊口背面，厚度约为0.5~1mm，在空气中放置10~20 分钟，再施焊。

3.根据权利要求2所述的一种不锈钢焊接保护剂制作施工方法，其特征在于钠水玻璃的密度为1.30~1.40g/cm³。

4.根据权利要求1所述的一种不锈钢焊接保护剂制作施工方法，其特征在于混合粉末的粒径为30~40目。