CN103990919B

CN103990919B - 一种深熔tig焊的专用焊接活性剂及使用方法

Info

Publication number: CN103990919B
Application number: CN201410160785.9A
Authority: CN
Inventors: 罗震; 侯贤忠
Original assignee: Zhangjiagang Hua Bao Machinery Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Zhangjiagang Hua Bao Machinery Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-04-21
Filing date: 2014-04-21
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2034-04-21
Also published as: CN103990919A

Abstract

本发明公开了一种深熔TIG焊的专用焊接活性剂，该焊接活性剂由以下质量百分比组分组成：NaCl粉末5～15%、CaO粉末10～20%、MgF₂粉末15～20%、Fe₂O₃粉末10～15%、SiO₂粉末7～10%、TiO₂粉末8～10%、Cr₂O₃粉末17～20%、La₂O₃粉末4～5%和Y₂O₃粉末4～5%。该活性剂使用方法是按质量百分比计算，将92～95%的深熔TIG焊的专用焊接活性剂粉末与5～8%的丙酮混合成糊状或膏状焊接活性剂，用毛刷将焊接活性剂均匀涂敷在工件表面，待丙酮完全挥发后进行焊接。采用本发明的焊接活性剂使深熔TIG焊实现了14mm厚的AISI316奥氏体不锈钢和X70管线钢的完全焊透，焊接工艺得到简化，避免组织粗大，提高了焊接接头的力学性能，提高了生产效率，降低了生产成本。

Description

一种深熔TIG焊的专用焊接活性剂及使用方法

技术领域

本发明涉及一种焊接活性剂及使用方法，特别涉及一种深熔TIG焊的专用焊接活性剂及使用方法，属于焊接技术领域。

背景技术

深熔TIG焊在传统TIG焊接的基础上通过大电流（>300A）形成的较大电弧压力与熔池液态金属的表面张力实现相对平衡，形成小孔而实现深熔焊接。它可以实现12mm厚不锈钢材料的单面焊双面成型，焊接过程稳定，波纹细腻，成型美观，是真正的高速、高效、低成本的焊接方法，是对传统TIG焊的革新。深熔TIG焊是一种小孔焊接方法，其与小孔等离子焊在焊接过程中形成小孔的原理有本质区别，等离子焊接需要压缩电弧，焊接能量密度很高，而K-TIG焊接法形成的小孔是“自然”形成的，电弧不经过压缩，主要是靠大电流形成的电弧力与表面张力平衡形成小孔而焊接。深熔TIG焊焊接时，基材在高温电弧的作用下迅速被加热，表面温度在极短时间内升高到沸点，金属熔化或汽化。金属汽化时，产生的金属蒸汽以一定的速度离开熔池，金属蒸汽的逸出对熔化的液态金属产生一个反作用力，与电弧压力共同作用，使熔池金属表面向下凹陷，产生一个小凹坑，熔化的金属被挤向熔池四周。这个过程继续进行下去，便在液态金属中形成一个小孔。虽然深熔TIG焊已经能够焊接较厚的板材，但目前在焊接厚度为14mm及以上的碳钢和不锈钢板材时，仍存在较大的困难。

A-TIG焊是在TIG焊基础上在焊件表面涂敷一层活性剂，最终获得较大熔深的一种新型焊接技术。与传统的TIG焊相比，在相同焊接参数条件下，A-TIG焊可以大幅度增加焊缝熔深（最大可达300%），简化焊接工艺，提高生产率，降低生产成本，具有广泛的应用前景。

所以通过活性剂的筛选和配比，采用添加活性剂的深熔TIG焊将14mm甚至更厚的不锈钢及X70管线钢一次性焊透，并保证焊接质量；不仅可以节约大量的能源消耗，而且还可以节省大量的焊接材料，从而降低制造成本。

发明内容

本发明的目的是，提供一种深熔TIG焊专用的焊接活性剂及使用方法，通过使用该活性剂可以实现14mm厚的不锈钢及X70管线钢的良好焊接。

本发明的技术方案是这样的，深熔TIG焊的专用焊接活性剂，该焊接活性剂由以下质量百分比组分组成：NaCl粉末5～15%、CaO粉末10～20%、MgF₂粉末15～20%、Fe₂O₃粉末10～15%、SiO₂粉末7～10%、TiO₂粉末8～10%、Cr₂O₃粉末17～20%、La₂O₃粉末4～5%和Y₂O₃粉末4～5%。

作为优选的方案，深熔TIG焊的专用焊接活性剂由以下质量百分比组分组成：NaCl粉末15%、CaO粉末20%、MgF₂粉末15%、Fe₂O₃粉末10%、SiO₂粉末7%、TiO₂粉末8%、Cr₂O₃粉末17%、La₂O₃粉末4%和Y₂O₃粉末4%。

另一个优选的方案，深熔TIG焊的专用焊接活性剂由以下质量百分比组分组成：NaCl粉末10%、CaO粉末15%、MgF₂粉末17%、Fe₂O₃粉末14%、SiO₂粉末8%、TiO₂粉末9%、Cr₂O₃粉末18%、La₂O₃粉末4.5%和Y₂O₃粉末4.5%。

又一个优选的方案，深熔TIG焊的专用焊接活性剂由以下质量百分比组分组成：NaCl粉末5%、CaO粉末10%、MgF₂粉末20%、Fe₂O₃粉末15%、SiO₂粉末10%、TiO₂粉末10%、Cr₂O₃粉末20%、La₂O₃粉末5%和Y₂O₃粉末5%。

优选的，各组成成分原料粉末粒度100～300目。

深熔TIG焊的专用焊接活性剂的使用方法，包括步骤为：按质量百分比计算，将92～95%的深熔TIG焊的专用焊接活性剂粉末与5～8%的丙酮混合成糊状或膏状焊接活性剂，用毛刷将焊接活性剂均匀涂敷在工件表面，待丙酮完全挥发后进行焊接。

优选的，涂覆焊接活性剂前，用机械方法对工件进行打磨直至出现金属光泽，然后采用无水乙醇清理工件表面。

优选的，所述焊接活性剂涂覆在工件表面形成的涂覆层厚度为0.3mm。

本发明的有益效果是：

（1）采用本发明的焊接活性剂使深熔TIG焊实现了14mm厚的AISI316奥氏体不锈钢和X70管线钢的完全焊透，焊接工艺得到简化，提高了生产效率，降低了生产成本，具有较高的应用价值。

（2）采用本发明的焊接活性剂进行深熔TIG焊接可以有效降低实现熔透所需要的焊接电流，节约了能源消耗，同时一定程度上减小了热输入，避免组织粗大。

（3）采用本发明的焊接活性剂进行深熔TIG焊接在保证较大熔深的基础上，提高了焊接接头的力学性能。

附图说明

图1为AISI316不锈钢未采用专用活性剂进行深熔TIG焊焊缝形貌；

图2为AISI316不锈钢采用专用活性剂进行深熔TIG焊焊缝形貌；

图3为AISI316不锈钢未采用专用活性剂进行深熔TIG焊焊缝组织；

图4为AISI316不锈钢采用专用活性剂进行深熔TIG焊焊缝组织；

图5为AISI316不锈钢未采用专用活性剂进行深熔TIG焊与专用活性剂进行深熔TIG焊焊缝硬度曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明技术方案及其有益效果作进一步说明。

以下各实施例中深熔TIG焊的专用焊接活性剂所需的各原料组分的详细信息，如表1所示。

表1各原料组分说明

实施例1

（1）基材前处理：基材采用AISI316不锈钢（其化学成分如表2所示），焊前需要用机械方法进行打磨直至板材出现金属光泽，然后采用无水乙醇清理表面的油脂等污物，尤其是在焊接接头两侧各50mm的范围内一定要保证焊件表面的洁净。一般情况下，焊件清洗完毕后必须及时使用，以避免沾染油污对焊接质量的影响，否则需要重新进行清洗。

表2AISI316化学成分（质量分数%）

（2）配制活性剂粉末：按质量百分比含量，NaCl粉末15%、CaO粉末20%、MgF₂粉末15%、Fe₂O₃粉末10%、SiO₂粉末7%、TiO₂粉末8%、Cr₂O₃粉末17%、La₂O₃粉末4%和Y₂O₃粉末4%，采用电子称称取各种粉末，在研钵中研磨半小时使其混合均匀，然后用筛子选取100～300目的粉末。

（3）涂敷粉末：按质量百分比，将92%的由步骤（2）得到的活性剂粉末与8%的丙酮混合成糊状或膏状活性剂后，采用毛刷将活性剂均匀的涂敷在120mm×250mm×14mm工件表面；涂敷厚度以刚好掩盖工件表面的金属光泽为宜，一般控制在0.3mm，待丙酮完全挥发后进行焊接。

（4）焊接过程：试验采用直流深熔TIG焊机进行对接焊。焊接过程中采用直流正接的方式，焊枪保持不动工件沿纵向移动完成焊接过程。实验优化的焊接工艺参数为焊接电流为650A，焊接速度为250mm/min，电弧长度3mm，钨极直径8.0mm，钨极角度为80°，氩气流量20L/min。采用优化参数实现了完全熔透的良好焊接。

实施例2

（2）配制活性剂粉末：按质量百分比含量，NaCl粉末10%、CaO粉末15%、MgF₂粉末17%、Fe₂O₃粉末14%、SiO₂粉末8%、TiO₂粉末9%、Cr₂O₃粉末18%、La₂O₃粉末4.5%和Y₂O₃粉末4.5%，采用电子称称取各种粉末，在研钵中研磨半小时使其混合均匀，然后用筛子选取100～300目的粉末。

（4）焊接过程：试验采用直流深熔TIG焊机进行对接焊。焊接过程中采用直流正接的方式，焊枪保持不动，工件沿纵向移动完成焊接过程。实验优化的焊接工艺参数为焊接电流为700A，焊接速度为280mm/min，电弧长度4mm，钨极直径8.0mm，钨极角度为80°，氩气流量20L/min。采用优化参数实现了完全熔透的良好焊接。

为了研究活性剂对焊缝金属的影响，将实施例1、实施例2和没有添加专用活性剂的深熔TIG焊做焊接实验。经过制样、研磨抛光、腐蚀后，分别在SZX12-DP70-NE上进行宏观形貌观察，在OLYMPUS GX51光学显微镜上进行显微观察，实验结果如图1、图2、图3和图4所示。

采用自动转塔数显硬度计测量了焊缝的显微硬度，实验结果如图5所示。

根据标准《GB/T2651-2008焊接接头拉伸试验方法》，在CSS-2205型电子万能试验机上对焊件进行拉伸试验，试验结果如表4所示。

表4焊接接头的力学性能测试对比数据

注：C代表未添加专用活性剂的深熔TIG焊，A代表添加专用活性剂的深熔TIG焊

由上表可看出，采用本发明的深熔TIG焊专用的焊接活性剂进行深熔TIG焊后焊缝的材料力学性能要明显优于未添加专用活性剂进行深熔TIG焊的焊缝。

实施例3

（1）基材前处理：基材采用X70管线钢（其化学成分如表3所示），焊前需要用机械方法进行打磨直至板材出现金属光泽，然后采用无水乙醇清理表面的油脂等污物，尤其是在焊接接头两侧各50mm的范围内一定要保证焊件表面的洁净。一般情况下，焊件清洗完毕后必须及时使用，以避免沾染油污对焊接质量的影响，否则需要重新进行清洗。

表3X70化学成分（质量分数%）

（2）配制活性剂粉末：按质量百分比含量，NaCl粉末5%、CaO粉末10%、MgF₂粉末20%、Fe₂O₃粉末15%、SiO₂粉末10%、TiO₂粉末10%、Cr₂O₃粉末20%、La₂O₃粉末5%和Y₂O₃粉末5%，采用电子称称取各种粉末，在研钵中研磨半小时使其混合均匀，然后用筛子选取100～300目的粉末。

（3）涂敷粉末：按质量百分比，将95%的由步骤（2）得到的活性剂粉末与5%的丙酮混合成糊状或膏状活性剂后，采用毛刷将活性剂均匀的涂敷在120mm×250mm×14mm工件表面；涂敷厚度以刚好掩盖工件表面的金属光泽为宜，一般控制在0.3mm，待丙酮完全挥发后进行焊接。

（4）焊接过程：试验采用直流深熔TIG焊机进行对接焊。焊接过程中采用直流正接的方式，焊枪保持不动工件沿纵向移动完成焊接过程。实验优化的焊接工艺参数为焊接电流为600A，焊接速度为300mm/min，电弧长度3mm，钨极直径8.0mm，钨极角度为80°，氩气流量20L/min。采用优化参数实现了完全熔透的良好焊接。

Claims

1.一种深熔TIG焊的专用焊接活性剂的使用方法，其特征在于，包括步骤为：按质量百分比计算，将92～95％的深熔TIG焊的专用焊接活性剂粉末与5～8％的丙酮混合成糊状或膏状焊接活性剂，用毛刷将焊接活性剂均匀涂敷在工件表面，待丙酮完全挥发后进行焊接；所述深熔TIG焊的专用焊接活性剂，由以下质量百分比组分组成：NaCl粉末5～15％、CaO粉末10～20％、MgF₂粉末15～20％、Fe₂O₃粉末10～15％、SiO₂粉末7～10％、TiO₂粉末8～10％、Cr₂O₃粉末17～20％、La₂O₃粉末4～5％和Y₂O₃粉末4～5％。

2.根据权利要求1所述的深熔TIG焊的专用焊接活性剂的使用方法，其特征在于，涂覆焊接活性剂前，用机械方法对工件进行打磨直至出现金属光泽，然后采用无水乙醇清理工件表面。

3.根据权利要求1所述的深熔TIG焊的专用焊接活性剂的使用方法，其特征在于，所述焊接活性剂涂覆在工件表面形成的涂覆层厚度为0.3mm。

4.根据权利要求1所述的深熔TIG焊的专用焊接活性剂的使用方法，其特征在于，由以下质量百分比组分组成：NaCl粉末15％、CaO粉末20％、MgF₂粉末15％、Fe₂O₃粉末10％、SiO₂粉末7％、TiO₂粉末8％、Cr₂O₃粉末17％、La₂O₃粉末4％和Y₂O₃粉末4％。

5.根据权利要求1所述的深熔TIG焊的专用焊接活性剂的使用方法，其特征在于，原料组分及其质量百分比含量为：NaCl粉末10％、CaO粉末15％、MgF₂粉末17％、Fe₂O₃粉末14％、SiO₂粉末8％、TiO₂粉末9％、Cr₂O₃粉末18％、La₂O₃粉末4.5％和Y₂O₃粉末4.5％。

6.根据权利要求1所述的深熔TIG焊的专用焊接活性剂的使用方法，其特征在于，原料组分及其质量百分比含量为：NaCl粉末5％、CaO粉末10％、MgF₂粉末20％、Fe₂O₃粉末15％、SiO₂粉末10％、TiO₂粉末10％、Cr₂O₃粉末20％、La₂O₃粉末5％和Y₂O₃粉末5％。

7.根据权利要求1所述的深熔TIG焊的专用焊接活性剂的使用方法，其特征在于，各组成成分原料粉末粒度100～300目。