CN108637529A - 一种奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂，涉及焊接用活化剂领域。本发明提供的活性剂全部由氧化物组成，无毒无害，添加活性剂后，熔池表面产生金属蒸汽的数量受到抑制，在金属蒸汽较少的情况下，只有阳极斑点附近较小范围的金属被升腾气化电离，使电弧导电通道紧缩，电弧压力增大，熔池内部金属液体流动加快、加大、加深，大幅度提高了熔深，可实现16mm单面焊双面成型；且SiO2会通过冶金反应使焊缝中的Si含量略有增加，而Si对凝固模式有着直接的影响，Si能提高w(Cr)eq/w(Ni)eq，促使FA凝固模式的发展，有利于铁素体化作用，并能促使δ相的产生，阻碍奥氏体枝晶的发展，提高焊缝组织的力学性能。

Description

一种奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及焊接用活性剂技术领域，尤其涉及一种奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂及其制备方法和应用。
背景技术
奥氏体不锈钢是不锈钢中最重要的一类，其产量和用量占不锈钢总量的70％，在化工、石油容器等行业应用较为广泛。钨极氩弧焊(TIG)由于钨电极本身的载流能力有限，限制了电弧功率的上限，导致单道焊焊缝熔深较浅，对于厚度大于4mm的奥氏体不锈钢板材需要开坡口进行多道焊。增大焊接电流虽然可以增加熔深，但熔宽增加的幅度更大。
A-TIG焊是在施焊板材的表面涂上一层很薄的活性剂，引起焊接电弧收缩或熔池流态发生变化，从而大幅度增加焊接熔深。一般现有技术中的活性剂主要由氧化物、氯化物以及少量氟化物组成，存在熔深提高有限的问题，如ZL201310449499.X公开的焊接方法的焊缝熔深为12mm；ZL201210403141.9公开的活性剂只能焊接8.5mm以下的不锈钢；ZL201610692067.5公开的活性剂的不锈钢焊缝熔深为14mm；采用进口的乌克兰活性剂，不锈钢焊缝熔深为13.2mm。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂及其制备方法。本发明提供的奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂能够增大焊缝熔深。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂，包括以下重量百分含量的组分：34～36％SiO2粉末、25～27％TiO2粉末、12～14％Cr2O3粉末、7～9％NiO粉末、3～5％MnO粉末、7～9％CuO粉末和5～7％B2O3粉末。
优选地，所述奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂包括以下重量百分含量的组分：35％SiO2粉末、26％TiO2粉末、13％Cr2O3粉末、8％NiO粉末、4％MnO粉末、8％CuO粉末和6％B2O3粉末。
优选地，所述SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、NiO粉末、MnO粉末、CuO粉末和B2O3粉末的粒径独立地为200目。
本发明还提供了上述技术方案所述的奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂的制备方法，包括以下步骤：
将SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、NiO粉末、MnO粉末、CuO粉末和B2O3粉末混合，得到奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂。
本发明还提供了上述技术方案所述的奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂的在奥氏体不锈钢钨极氩弧焊中的应用，包括以下步骤：将所述奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂与极性有机溶剂混合后，涂覆在奥氏体不锈钢表面，待除去极性有机溶剂后再进行焊接。
优选地，所述极性有机溶剂包括丙酮或酒精。
优选地，所述奥氏体不锈钢在涂覆前包括依次进行砂纸打磨、丙酮洗涤和乙醇洗涤的步骤。
优选地，所述焊接的工艺参数为：焊接电流170～180A，焊接速度75～85mm/min，电弧电压13～15V，氩气流量15L/min，钨极直径3.2mm。
本发明提供了一种奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂，包括以下重量百分含量的组分：34～36％SiO2粉末、25～27％TiO2粉末、12～14％Cr2O3粉末、7～9％NiO粉末、3～5％MnO粉末、7～9％CuO粉末和5～7％B2O3粉末。本发明提供的活性剂是包括由SiO2、TiO2、Cr2O3、NiO、MnO、CuO和A12O3七种粉末组成的，全部由氧化物组成，无毒无害，活性剂成本不到200元/公斤，添加活性剂后，熔池表面产生金属蒸汽的数量受到抑制，在金属蒸汽较少的情况下，只有阳极斑点附近较小范围的金属被升腾气化电离，使电弧导电通道紧缩，电弧压力增大，熔池内部金属液体流动加快、加大、加深，大幅度提高了熔深，可实现16mm单面焊双面成型；且活性剂中的SiO2会通过冶金反应使焊缝中的Si含量略有增加，而Si对凝固模式有着直接的影响，Si能提高w(Cr)eq/w(Ni)eq，促使FA凝固模式的发展，有利于铁素体化作用，并能促使δ相的产生，δ铁素体的形成阻碍奥氏体枝晶的发展，对焊缝组织有明显的改善作用，使奥氏体不锈钢焊缝组织为细小的等轴晶组织，晶界和枝晶间的铁素体呈短棒状弥散分布，有利于细化焊缝组织，提高焊缝接头的力学性能，和常规TIG焊相当，有利于提高焊接生产效率，降低焊接生产成本，在保持TIG焊接强度、抗晶间腐蚀性能优点的前提下，增加焊接熔深、减小变形、消除气孔、提高生产效率，极大地拓宽了TIG焊的使用范围。从实施例可以看出，本发明提供的奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂的焊缝熔深达到了16.8mm，且焊缝接头抗拉强度高达723.9MPa，接头强度系数达到了96.5％。
附图说明
图1为实施例1焊接的321奥氏体不锈钢的显微组织图；
图2为对比例1焊接的321奥氏体不锈钢的显微组织图；
图3为对比例2焊接的321奥氏体不锈钢的显微组织图。
具体实施方式
本发明提供了一种奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂，包括以下重量百分含量的组分：34～36％SiO2粉末、25～27％TiO2粉末、12～14％Cr2O3粉末、7～9％NiO粉末、3～5％MnO粉末、7～9％CuO粉末和5～7％B2O3粉末。
在本发明中，所述奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂优选包括以下重量百分含量的组分：35％SiO2粉末、26％TiO2粉末、13％Cr2O3粉末、8％NiO粉末、4％MnO粉末、8％CuO粉末和6％B2O3粉末。
在本发明中，所述SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、NiO粉末、MnO粉末、CuO粉末和B2O3粉末的粒径独立地优选为200目。
本发明提供的活性剂是由SiO2、TiO2、Cr2O3、NiO、MnO、CuO和A12O3七种粉末组成的，全部由氧化物组成，无毒无害，活性剂成本不到200元/公斤，添加活性剂后，熔池表面产生金属蒸汽的数量受到抑制，在金属蒸汽较少的情况下，只有阳极斑点附近较小范围的金属被升腾气化电离，使电弧导电通道紧缩，电弧压力增大，熔池内部金属液体流动加快、加大、加深，大幅度提高了熔深，可实现16mm单面焊双面成型；且活性剂中的SiO2、TiO2、Cr2O3接近活性剂含量的80％，SiO2、TiO2、Cr2O3会通过冶金反应使焊缝中的Si、Ti、Cr含量略有增加，而这些对凝固模式有着直接的影响，Si、Ti、Cr能提高w(Cr)eq/w(Ni)eq，促使FA凝固模式的发展，有利于铁素体化作用，并能促使δ相的产生，δ铁素体的形成阻碍奥氏体枝晶的发展，对焊缝组织有明显的改善作用，使奥氏体不锈钢焊缝组织为细小的等轴晶组织，晶界和枝晶间的铁素体呈短棒状弥散分布，有利于细化焊缝组织，提高焊缝接头的力学性能，和常规TIG焊相当，有利于提高焊接生产效率，降低焊接生产成本，在保持TIG焊接强度、抗晶间腐蚀性能优点的前提下，增加焊接熔深、减小变形、消除气孔、提高生产效率，极大地拓宽了TIG焊的使用范围。
本发明还提供了上述技术方案所述的奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂的制备方法，包括以下步骤：
将SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、NiO粉末、MnO粉末、CuO粉末和B2O3粉末混合，得到奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂。
本发明对所述混合方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合方式即可，具体的，如搅拌。
本发明优选采用本领域技术人员熟知的研磨方式将SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、NiO粉末、MnO粉末、CuO粉末和B2O3粉末研磨至200目的粉末。
本发明还提供了上述技术方案所述的奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂的在奥氏体不锈钢钨极氩弧焊中的应用，包括以下步骤：将所述奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂与极性有机溶剂混合后，涂覆在奥氏体不锈钢表面，待除去极性有机溶剂后再进行焊接。
在本发明中，所述极性有机溶剂优选包括丙酮或酒精。本发明对所述极性有机溶剂的用量没有特殊的限定，能够将所述活性剂调至糊状即可。在本发明中，所述极性有机溶剂在涂覆在奥氏体不锈钢表面后自然挥发除去。
在本发明中，所述奥氏体不锈钢在涂覆前优选包括依次进行砂纸打磨、丙酮洗涤和乙醇洗涤的步骤。本发明对所述砂纸打磨、丙酮洗涤和乙醇洗涤的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的操作方式即可。
本发明对所述涂覆的厚度没有特殊的限定，优选能够将奥氏体不锈钢表面完全涂覆即可。
本发明对所述涂覆的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的涂覆方式即可，具体的，如用毛刷刷涂。
在本发明中，所述焊接的工艺参数优选为：焊接电流170～180A，焊接速度75～85mm/min，电弧电压13～15V，氩气流量15L/min，钨极直径3.2mm，更优选为：焊接电流175A，焊接速度80mm/min，电弧电压14V，氩气流量15L/min，钨极直径3.2mm。
下面结合实施例对本发明提供的奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂，包括以下重量百分含量的组分：35％SiO2粉末、26％TiO2粉末、13％Cr2O3粉末、8％NiO粉末、4％MnO粉末、8％CuO粉末和6％B2O3粉末。其中SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、NiO粉末、MnO粉末、CuO粉末和B2O3粉末的粒径均为200目。
按上述配比称料，然后用丙酮调成糊状备用，焊接前用砂纸将不锈钢板材表面清理干净，再用丙酮和酒精擦洗板材表面。试验时用毛刷将活性剂均匀涂在待焊区左右各10mm处，涂敷厚度能盖住金属表面即可，待丙酮挥发后进行A-TIG焊接。对20mm的304奥氏体不锈钢进行焊接，发现不添加活性剂进行TIG焊，焊缝熔深达6.3mm，采用实施例1的活性剂进行A-TIG焊，焊缝熔深可达16.8mm。
对6mm厚321奥氏体不锈钢进行焊接，焊接工艺参数为：焊接电流175A，焊接速度80mm/min，电弧电压14V，氩气流量15L/min，钨极直径3.2mm。焊后对试件进行空冷、切割、镶嵌、磨抛和腐蚀，测量接头的熔深和熔宽，以便得到活性剂与焊缝熔深、熔宽之间的关系，并对合金的组织进行分析，如图1所示。
对比例1
对6mm厚321奥氏体不锈钢进行焊接，与实施例1的区别仅在于不添加活性剂，为常规TIG焊。焊后对试件进行空冷、切割、镶嵌、磨抛和腐蚀，测量接头的熔深和熔宽，以便得到活性剂与焊缝熔深、熔宽之间的关系，并对合金的组织进行分析，如图2所示。
对比例2
对6mm厚321奥氏体不锈钢进行焊接，与实施例1的区别仅在于使用的活性剂为市售乌克兰活性剂。焊后对试件进行空冷、切割、镶嵌、磨抛和腐蚀，测量接头的熔深和熔宽，以便得到活性剂与焊缝熔深、熔宽之间的关系，并对合金的组织进行分析，如图3所示。
从图1～3可以看出焊缝组织为奥氏体和铁素体，铁素体分布在晶界和枝晶处；采用常规TIG焊时，焊缝晶粒为方向性很强的柱状晶，晶界和枝晶间的铁素体呈连续网状分布，晶粒尺寸较粗大；采用实施例1的活性剂进行A-TIG焊，奥氏体不锈钢焊缝组织为细小的等轴晶组织，晶界和枝晶间的铁素体呈短棒状弥散分布，有利于细化焊缝组织，提高接头性能。这是因为活性剂的SiO2会通过冶金反应使焊缝中的Si含量略有增加，而Si对凝固模式有着直接的影响，Si能提高w(Cr)eq/w(Ni)eq，促使FA凝固模式的发展，有利于铁素体化作用，并能促使δ相的产生，δ铁素体的形成阻碍奥氏体枝晶的发展，对焊缝组织有明显的改善作用。
对接头力学性能进行测试，接头拉伸性能如表1所示，可见不采用活性剂进行TIG焊接，接头抗拉强度低于700MPa，采用实施例1的活性剂，A-TIG焊接头抗拉强度高达723.9MPa，显著提高了接头力学性能。根据Hall-Petch关系，焊缝的晶粒组织越细小，焊缝的强度越高。本实施例活性剂钨极氩弧焊焊缝组织最为细小，因此接头强度最高。
表1实施例1以及对比例1～2的焊缝的力学性能
焊接方法 接头抗拉强度(MPa) 接头强度系数
实施例1 723.9 96.5％
对比例2 702.3 93.6％
对比例1 697.4 93.0％
实施例2
一种奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂，包括以下重量百分含量的组分：36％SiO2粉末、27％TiO2粉末、12％Cr2O3粉末、7％NiO粉末、4％MnO粉末、7％CuO粉末和7％B2O3粉末。其中SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、NiO粉末、MnO粉末、CuO粉末和B2O3粉末的粒径均为200目。
按上述配比称料，然后用丙酮调成糊状备用，焊接前用砂纸将不锈钢板材表面清理干净，再用丙酮和酒精擦洗板材表面。试验时用毛刷将活性剂均匀涂在待焊区左右各10mm处，涂敷厚度能盖住金属表面即可，待丙酮挥发后进行A-TIG焊接。对20mm的304奥氏体不锈钢进行焊接，采用实施例2的活性剂进行A-TIG焊，焊缝熔深可达16.0mm。
采用实施例2的活性剂对6mm厚321奥氏体不锈钢进行焊接，测得焊缝接头的抗拉强度为722.5MPa，接头强度系数为95.4％。
实施例3
一种奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂，包括以下重量百分含量的组分：34％SiO2粉末、25％TiO2粉末、14％Cr2O3粉末、9％NiO粉末、5％MnO粉末、8％CuO粉末和5％B2O3粉末。其中SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、NiO粉末、MnO粉末、CuO粉末和B2O3粉末的粒径均为200目。
按上述配比称料，然后用丙酮调成糊状备用，焊接前用砂纸将不锈钢板材表面清理干净，再用丙酮和酒精擦洗板材表面。试验时用毛刷将活性剂均匀涂在待焊区左右各10mm处，涂敷厚度能盖住金属表面即可，待丙酮挥发后进行A-TIG焊接。对20mm的304奥氏体不锈钢进行焊接，采用实施例3的活性剂进行A-TIG焊，焊缝熔深可达16.2mm。
采用实施例3的活性剂对6mm厚321奥氏体不锈钢进行焊接，测得焊缝接头的抗拉强度为722.9MPa，接头强度系数为95.6％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂，包括以下重量百分含量的组分：34～36％SiO2粉末、25～27％TiO2粉末、12～14％Cr2O3粉末、7～9％NiO粉末、3～5％MnO粉末、7～9％CuO粉末和5～7％B2O3粉末。
2.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂，其特征在于，包括以下重量百分含量的组分：35％SiO2粉末、26％TiO2粉末、13％Cr2O3粉末、8％NiO粉末、4％MnO粉末、8％CuO粉末和6％B2O3粉末。
3.根据权利要求1或2所述的奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂，其特征在于，所述SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、NiO粉末、MnO粉末、CuO粉末和B2O3粉末的粒径独立地为200目。
4.权利要求1～3任意一项所述的奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂的制备方法，包括以下步骤：
将SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、NiO粉末、MnO粉末、CuO粉末和B2O3粉末混合，得到奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂。
5.权利要求1～3任意一项所述的奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂在奥氏体不锈钢钨极氩弧焊中的应用，其特征在于，包括以下步骤：将所述奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂与极性有机溶剂混合后，涂覆在奥氏体不锈钢表面，待除去极性有机溶剂后再进行焊接。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述极性有机溶剂包括丙酮或酒精。
7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述奥氏体不锈钢在涂覆前包括依次进行砂纸打磨、丙酮洗涤和乙醇洗涤的步骤。
8.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述焊接的工艺参数为：焊接电流170～180A，焊接速度75～85mm/min，电弧电压13～15V，氩气流量15L/min，钨极直径3.2mm。
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