CN106624458B - 一种用于6mm以下厚度钛合金气体保护焊的活性焊剂 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用于6mm以下厚度钛合金气体保护焊的活性焊剂，所述6mm是指待焊件的厚度，所述气体保护焊包括氩弧焊、激光焊、潜弧焊，该活性焊剂的化学成分及重量百分比为：MgF2：25～30，CaF2：16～22，SrF2：8～12，余量为NaF。该种活性焊剂的制备的过程是：将活性焊剂的各组分按配比经物理混合后，在1450℃高温下熔炼，然后将熔炼后得到的化合物经机械粉碎至粒度小于0.063mm，得到活性焊剂。使用本发明的活性焊剂能够起到压缩焊接电弧、增强电弧穿透力、增大焊接熔深、改善电弧工艺特征和焊缝形貌、减小焊接热输入、细化焊缝和热影响区晶粒、消除焊缝气孔缺陷的作用。

Description

一种用于6mm以下厚度钛合金气体保护焊的活性焊剂
技术领域
本发明是一种用于6mm以下厚度钛合金气体保护焊的活性焊剂，属于焊接技术领域，该种活性焊剂能够改善焊接工艺特性和工艺质量以及接头综合力学性能。
背景技术
钛合金在我国国民经济的各个领域的应用越来越广泛，比如大型运输机、大型舰船、轰炸机、兵器等结构等均大量采用钛合金焊接结构。由于钛及钛合金独特的物理和化学特点导致钛合金焊接存在一系列的困难。比如在250℃以上与H、O、N原子的强烈反应会使得焊缝中出现气孔、夹渣、脆变等缺陷，甚至对焊缝及热影响区的组织转变过程都有影响。因此，采用熔化焊时，过量的焊接热输入作用形成了宽的焊缝和热影响区并导致焊缝及热影响区的晶粒过分长大，很容易出现焊接接头脆化现象。另外，相当多焊接结构接头厚度达到3mm以上，必将采用多层手焊工艺。多层焊的主要缺点是：效率低；近缝区过度加热，并因气体保护效果差而导致焊缝气孔；及可能出现用X射线探伤无法发现的层间不熔合。再者，过量的热输入和宽的接头热影响区显然不利于接头具有优良的综合性能，尤其是接头的疲劳性能会下降。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种用于6mm以下厚度钛合金气体保护焊的活性焊剂，其目的是起到压缩焊接电弧、增强电弧穿透力，增大焊接熔深，改善电弧工艺特征和焊缝形貌，减小焊接热输入，细化焊缝和热影响区晶粒，消除焊缝气孔缺陷等目的。
本发明的目的是通过以下措施来实现的：
该种用于6mm以下厚度钛合金气体保护焊的活性焊剂，所述6mm是指待焊件的厚度，所述气体保护焊包括氩弧焊、激光焊、潜弧焊。其特征在于：该活性焊剂的化学成分及重量百分比为：MgF2：25～30，CaF2：16～22，SrF2：8～12，余量为NaF。
该种活性焊剂的制备的过程是：将活性焊剂的各组分按配比经物理混合后，在1450℃高温下熔炼，然后将熔炼后得到的化合物经机械粉碎至粒度小于0.063mm，得到活性焊剂。
使用时，将活性焊剂以酒精或丙酮作为溶剂，形成悬浮混合物，将悬浮混合物涂到待焊区域，使用量为0.236mg/mm2～0.314mg/mm2。
常规气体保护焊工艺存在焊缝气孔倾向严重、焊接热输入大的缺点，尤其是针对3mm厚度以上的钛合金焊接时需开坡口、连续施焊2～4层以上，由此带来的过量焊接热输入导致焊缝和热影响区宽度增加，接头塑性、韧性和抗疲劳性能明显降低。使用本发明的活性焊剂能够起到压缩焊接电弧、增强电弧穿透力、增大焊接熔深、改善电弧工艺特征和焊缝形貌、减小焊接热输入、细化焊缝和热影响区晶粒、消除焊缝气孔缺陷的作用。
附图说明
图1为焊接电弧的对比图，其中，a为无活性焊剂的电弧形状照片，b为使用活性焊剂的电弧形状照片
图2为焊接焊缝横截面形貌对比图，其中，c为无活性焊剂的焊缝横截面形貌照片，d为使用活性焊剂的焊缝横截面形貌照片
图3为焊缝表面的成形对比图，其中，e为无活性焊剂的焊缝正面照片，f为使用活性焊剂的焊缝正面照片
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
称量NaF、MgF2、CaF2和SrF2分析纯，按照质量百分比40：30：20：10配比，进行物理混合搅拌。将搅拌均匀后的混合物入石墨坩埚，在1450℃高温熔炼，保温10分钟后倒入循环水冷却的金属器皿凝固直至冷至室温。将凝固后的焊剂在球磨机进行粉碎，粉碎粒度小于220目(0.063mm)，制备成本发明所述活性焊剂。
采用自动钨极氩弧焊方法使用本发明的活性焊剂，氩弧焊枪具有拖斗保护装置。加工制备厚度为6mm、长200mm、宽80mm的TC4钛合金试板2对。
对钛合金试板去油污处理，并待焊接对接面和配合面20mm区域进行机械打磨，将试板装配定位，装配间隙小于0.2mm。装配好2对试板准备焊接。
称量50毫克焊剂，以3毫升丙酮作溶剂将悬浮物搅拌均匀。选定一对试板在180mm长待焊接焊缝两边各5mm区域将焊剂悬浮物完全均匀涂刷，静置10分钟后按照如下工艺参数分别依次对涂刷焊剂和无焊剂的钛合金试板施行焊接。
采用活性焊剂焊接工艺参数
通过试验发现，焊接过程无焊剂焊缝焊接电压为13.6V～13.8V，而涂刷焊剂的焊缝焊接电压为14.1V～14.2V。图1和图2分别为焊接过程中电弧形状和焊缝横截面形貌对比。可以看出，采用活性焊剂无坡口一次施焊，能够获得焊透6mm全穿透焊缝，焊缝正面、背面成形良好，获得焊缝深宽比接近0.9。焊后对焊缝进行射线检测，没有发现气孔、夹杂等缺陷。
通过附图1可以看出，与不使用活性焊剂的电弧相比，涂敷本发明活性焊剂的电弧更加集中，说明活性焊剂对电弧具有明显的压缩作用。压缩后的电弧能量密度更高，穿透力更强。
通过附图2可以看出，在使用上述焊接工艺参数且不开坡口条件下，不使用活性焊焊剂的焊接熔深为2.5mm，使用活性焊剂的焊接熔深为6mm，熔深增加140％，说明活性焊剂能够增加焊接熔深。
通过附图3可以看出，在使用上述焊接工艺参数且不开坡口条件下，不适用活性焊剂的焊缝宽度为9mm，使用活性焊剂的焊缝宽度为6.5mm，说明活性焊剂具有压缩电弧，提高能量密度，减小焊缝宽度的作用。

Claims (1)

1.一种用于6mm以下厚度钛合金气体保护焊的活性焊剂，所述6mm是指待焊件的厚度，所述气体保护焊包括氩弧焊、激光焊、潜弧焊。其特征在于：该活性焊剂的化学成分及重量百分比为：MgF2：25～30，CaF2：16～22，SrF2：8～12，余量为NaF。
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