CN104708229B - 低熔点焊剂在大功率tig焊接焊缝保护中的应用 - Google Patents

低熔点焊剂在大功率tig焊接焊缝保护中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开低熔点焊剂在大功率TIG焊接焊缝保护中的应用，低熔点焊剂由Al2O320‑30质量份，TiO215‑25质量份，CaO 10‑15质量份，NaCl 10‑15质量份，MgO 5‑10质量份，V2O55‑10质量份，氟硼酸钾3‑5质量份和MnO 3‑5质量份组成，各组分放入研钵中充分研磨均匀，所有原料颗粒度均在200目‑800目之间。该低熔点焊剂覆盖在高温凝固焊缝表面后会熔化并快速润湿到焊缝，完全覆盖焊缝表面，形成一层保护膜，从而防止焊缝发生氧化，改善焊缝的力学性能、抗腐蚀性能，焊缝成形美观，焊后进行简单的清渣处理即可。

Description

低熔点焊剂在大功率TIG焊接焊缝保护中的应用
本申请为一种适用于大功率TIG焊接焊缝保护的低熔点焊剂的分案申请，原申请的申请号为2013102221786，原申请日为2013年6月5日，发明名称为一种适用于大功率TIG焊接焊缝保护的低熔点焊剂。
技术领域
本发明涉及焊接技术，具体的说，是涉及一种适用于大功率TIG焊接焊缝保护的低熔点焊剂的制备方法。
背景技术
目前焊接结构正向着大型化、高参数、精确尺寸发展，高效、高性能焊接技术极大地推动着我国的施工技术和钢铁产业的飞速发展。大功率TIG焊接方法通过提高熔敷效率，可以明显的提高厚板焊接时焊接材料的熔化速度，焊接效率非常高，焊接质量较好，因此在碳钢、不锈钢、钛及钛合金厚板焊接方面具有独特的优势。但是在采用大功率TIG焊接方法对碳钢、不锈钢、钛及钛合金进行焊接时，由于材料和氧的亲和力很大，往往需要采取保护措施来减少焊缝金属的氧化。目前比较通用的方法是采用惰性气体对高温熔池进行保护。但是惰性气体保护也存在着一些自身很难克服的缺点：1、保护时间有限。焊嘴中的惰性气体虽然能够很好的隔绝高温液态熔池与空气的接触，但是随着焊枪或待焊部件的移动，仍处于高温的焊缝将脱离惰性气体的保护，曝露在空气中，形成蓝色或黑色的氧化层。该氧化层的形成不但极大地恶化焊缝的力学性能和抗腐蚀性能，而且也影响焊缝的外观形貌。2、成本高，浪费严重。焊接过程中使用的惰性气体的纯度要求高，其数量与焊接时间成正比，所以在焊接大尺寸焊件时，惰性气体的用量是相当大的，成本很高。
发明内容
本发明针对惰性气体保护中存在的不足，提出了一种适用于大功率TIG焊接焊缝保护的低熔点焊剂，替代惰性气体来对焊缝处的高温凝固焊缝进行保护。该低熔点焊剂覆盖在高温凝固焊缝表面后会熔化并快速润湿到焊缝，完全覆盖焊缝表面，形成一层保护膜，从而对其进行保护，防止焊缝位置处发生氧化，从而提高焊缝的焊接质量。焊后进行简单的清渣处理即可。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
低熔点焊剂，由如下组分按照质量份组成：
Al2O320-30质量份，TiO215-25质量份，CaO 10-15质量份，NaCl 10-15质量份，MgO5-10质量份，V2O55-10质量份，KBF(氟硼酸钾)3-5质量份和MnO 3-5质量份；
优选Al2O324-28质量份，TiO220-25质量份，CaO 12-15质量份，NaCl 12-15质量份，MgO 5-8质量份，V2O55-8质量份，KBF 4-5质量份和MnO 4-5质量份。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，在本发明的技术方案中，所述的各组分放入研钵中充分研磨均匀，所有原料颗粒度均在200目-800目之间。本焊剂的制造工艺为：将原材料按规定的配比和粒度过筛后进行配料，待充分混合后加入水玻璃进行湿拌，然后用造粒机进行造粒，之后在200-300℃之间进行低温烘干，最后装入具有防潮性能的包装袋中供焊接生产使用，此时使用水玻璃即为造粒提供适当粘度即可，加入量选择为混合后粉末质量3％—5％即可。
本发明通过理论分析和实验，合理调整各原料的配比来调整焊剂的物理特性，所得焊剂的熔点范围可以达到690-735℃，流动性及脱渣性良好，保证能满足大功率TIG焊接条件下焊缝保护的低熔点焊剂要求。该低熔点焊剂覆盖高在温凝固焊缝表面后会熔化并快速润湿到焊缝，完全覆盖焊缝表面，形成一层保护膜，从而对其进行保护，防止焊缝位置处在凝固过程中被氧化。焊剂中含有的Al、Mn、Ti这几种元素和氧的亲和力很大，可以与氧结合，有效防止焊缝表面氧化；V2O5和NaCl可以降低焊剂的熔点，促进焊缝成型良好；KBF能够进一步降低熔点和增强去膜能力；Al2O3和TiO2脱渣性较好，能提高造渣能力和物理保护作用。
使用方法如下：在大功率TIG焊接(样板厚度大于3mm，电流大于200A)过程中，焊剂铺洒与回收装置沿焊枪与焊件的相对运动方向固定在焊枪的后方，待焊枪或焊件移动露出高温液态熔池区域后，高温液态熔池区域发生初步凝固，在高温凝固焊缝表面覆盖该低熔点焊剂，焊剂会熔化并快速润湿到焊缝，完全覆盖其表面，形成一层保护膜，从而对其进行保护，防止焊缝位置处的高温凝固焊缝被氧化。焊后进行清渣处理即可。焊接试样为奥氏体不锈钢。所述奥氏体不锈钢为AISI 304不锈钢。
本发明的有益效果是:
(一)本发明利用高温凝固焊缝熔化焊剂，熔化的焊剂完全覆盖凝固焊缝表面，形成一层保护膜，很好的隔绝高温凝固焊缝与空气的接触，能在一定程度上改善焊缝的力学性能、抗腐蚀性能和焊缝的外观形貌。
(二)本发明通过焊剂熔化后形成的保护膜来隔绝高温凝固焊缝与空气的接触，保护范围广，作用时间长，解决了惰性气体保护中存在的局限性。
(三)本发明制备过程简单，无需外界能源，无需专门设备，与惰性气体保护焊相比，在进行大尺寸工件焊接时，可以大大降低成本，值得推广应用。
本发明可以替代惰性气体来对焊缝处的高温凝固焊缝金属进行保护。主要应用于管道、船舶、桥梁结构、压力容器等高强钢、不锈钢的大功率TIG焊接条件下，可以避免高温凝固焊缝氧化，改善焊缝的力学性能、抗腐蚀性能，焊缝成形美观。
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。选用青岛东岳罗地亚化工有限公司的水玻璃，其余原料选用天津科威公司的试剂，选择化学纯或者分析纯，以1g为1份质量份。
实施例1
编号 Al2O3 TiO2 CaO NaCl MgO V2O5 KBF MnO
1 30g 23g 15g 10g 10g 5g 3g 4g
2 25g 22g 13g 15g 5g 10g 5g 5g
3 28g 24g 12g 13g 8g 8g 4g 3g
4 20g 25g 10g 15g 10g 10g 5g 5g
5 24g 20g 15g 12g 9g 10g 5g 5g
6 30g 15g 15g 15g 8g 8g 4g 5g
将各个组分放入研钵中充分研磨均匀，所有原料颗粒度均在200目-800目之间。按上述配比和粒度过筛后进行配料，充分混合后加入水玻璃(混合后原料质量的3％-5％)进行湿拌，然后用造粒机进行造粒，之后在200-300℃之间进行低温烘干后待用。
对两块12mm厚度的AISI 304不锈钢板进行大功率TIG焊对接，焊接电源直流正接，电流680-700A，电压14-16V，焊接速度300-350mm/min，保护气体组成为10体积％的氦气和90体积％的氩气。将焊剂铺洒与回收装置沿焊枪与焊件的相对运动方向固定在焊枪的后方，待焊枪或焊件移动露出高温液态熔池区域后，高温液态熔池区域发生初步凝固，在高温凝固焊缝表面覆盖该低熔点焊剂，焊剂熔化并快速润湿到焊缝，完全覆盖焊缝表面，有效地防止了焊缝位置被氧化。最后两块AISI 304不锈钢板对接处被焊透，达到单面焊双面成形效果。在此低温焊剂保护下，焊缝呈现银白色的金属光泽，保护良好。焊缝经测试符合ASTM A262以及AS3992-1998标准。通过腐蚀试验对比发现，此焊剂还可使焊接接头耐氯离子腐蚀的性能增强，提高接头的抗腐蚀能力。
对两块6mm厚度的2205双相不锈钢板进行大功率TIG焊对接，单面焊一次成型，不开坡口。焊接电源直流正接，电流530-550A，电压12-14V，焊接速度450-500mm/min，保护气体组成为2体积％的氦气、10体积％的氦气和88体积％的氩气。焊剂铺洒与回收装置沿焊枪与焊件的相对运动方向固定在焊枪的后方，待焊枪或待焊部件移动露出高温液态熔池区域后，高温液态熔池区域发生初步凝固，在高温凝固焊缝表面覆盖该低熔点焊剂，焊剂熔化并快速润湿到焊缝，完全覆盖焊缝表面，有效地防止了焊缝位置被氧化。焊后焊缝表面无氧化，呈现银白色的金属光泽，余高适中，成形良好。通过硬度检测证实熔合区和热影响区的硬度均高于母材硬度，背弯、面弯、接头腐蚀、拉伸试验结果均合格。
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 (3)

1.低熔点焊剂在大功率TIG焊接焊缝保护中的应用，其特征在于，所述低熔点焊剂由如下组分按照质量份组成：Al2O3 20-30质量份，TiO2 15-25质量份，CaO 10-15质量份，NaCl 10-15质量份，MgO 5-10质量份，V2O5 5-10质量份，氟硼酸钾3-5质量份和MnO 3-5质量份，按照下述步骤进行：将各组分放入研钵中充分研磨均匀，所有原料颗粒度均在200目—800目之间，将原材料按规定的配比和粒度过筛后进行配料，待充分混合后加入水玻璃进行湿拌，然后用造粒机进行造粒，之后在200-300℃之间进行低温烘干即可，使用水玻璃即为造粒提供粘度，加入量选择为混合后粉末质量3％—5％；
所述焊剂的熔点范围达到690-735℃，在大功率TIG焊接过程中，焊剂铺洒与回收装置沿焊枪与待焊部件的相对运动方向固定在焊枪的后方，待焊枪或待焊部件移动露出高温液态熔池区域后，高温液态熔池区域发生初步凝固，在高温凝固焊缝表面覆盖该低熔点焊剂，焊剂会熔化并快速润湿到焊缝，完全覆盖其表面，形成一层保护膜，从而对其进行保护，防止焊缝位置处的高温凝固焊缝被氧化，焊后进行清渣处理即可；所述大功率TIG焊接的待焊部件厚度大于3mm，电流大于200A，所述待焊部件为奥氏体不锈钢。
2.根据权利要求1所述的低熔点焊剂在大功率TIG焊接焊缝保护中的应用，其特征在于，所述低熔点焊剂由如下组分按照质量份组成：Al2O3 24-28质量份，TiO2 20-25质量份，CaO 12-15质量份，NaCl 12-15质量份，MgO 5-8质量份，V2O5 5-8质量份，氟硼酸钾4-5质量份和MnO 4-5质量份。
3.根据权利要求1或者2所述的低熔点焊剂在大功率TIG焊接焊缝保护中的应用，其特征在于，所述奥氏体不锈钢为AISI 304不锈钢。
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