CN109807495B - 一种高效的钛合金a-tig焊接用活性剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效的钛合金A‑TIG焊接用活性剂，属于活性剂焊接技术领域。钛合金牌号为TC4，活性剂配方由MgF2，La2O3，BaCl2及AlCl3组成，其质量含量分别为MgF2：20％～30％；La2O3：20％～30％；BaCl2：20％～25％；AlCl3余量。将上述成分按配比混合后，均匀涂覆到钛合金试板上表面，干燥后待焊。该活性剂中有毒氟化物所占比重少。使用该发明进行A‑TIG焊，相比同参数的传统TIG焊，可使6mm厚TC4钛合金不开坡口一次性焊透，获得焊缝成形系数小于1.30(深宽比大于0.77)的焊缝，同时可细化焊缝区晶粒尺寸。适用于钛合金的高效焊接。

Description

一种高效的钛合金A-TIG焊接用活性剂
技术领域
本发明涉及一种高效的钛合金A-TIG焊接用活性剂，属于活性焊接技术领域。
背景技术
随着国内航空航天、海洋平台、大型舰船、核电等重大工程项目的不断推进，对构件的焊接提出了焊缝熔深更大、焊接变形更小的要求。传统TIG焊接钛合金，存在焊缝熔深浅，深宽比小等缺点。为实现单面焊双面成形，就不得不选择较大的焊接热输入参数来保证焊透。在大热输入条件下焊接钛合金时，焊缝晶粒长大倾向显著，会造成接头的力学性能降低。
活性TIG焊简称A-TIG焊，活性剂的加入可以影响焊接电弧行为和熔池行为，从而增加焊缝熔深。因此在板厚一定情况下，可选用小热输入焊接参数便能达到焊透要求，同时可减弱焊缝晶粒过分长大的程度。此外，活性剂的加入还可以改善接头成形，减小热影响区宽度，这对提高焊接接头综合力学性能有益。
目前被认可的增加焊缝熔深的机理：电弧理论和Marangoni对流理论。而电弧理论又体现在活性剂对电弧形态、电弧电压和电弧温度的不同程度影响上；Marangoni对流认为，活性元素可影响熔池的表面张力，使熔池液体流动方向改变，从而使焊缝熔深增加，熔宽减小。
目前，公开号CN 104646866A(申请号201510024424.6)的专利文献公开了一种钛合金焊接用活性剂，由下述重量比的成分组成：CaF2：15％～25％；MgF2：5％～15％；其余为SrF2。但该专利中未提及熔深大小和深宽比数据。公开号CN 102626839 A(申请号201110377771.9)的专利文献提供了一种用于钛合金钨极氩弧焊的活性剂，其包含CaF2：20％～30％；CrCl3：.10％～20％；KF：10％～20％；Te：40％～50％。在该专利实施例中报道，使用上述活性剂可使焊缝深宽比达到0.58。针对目前的钛合金活性剂配方：其一，配方中氟化物组分及含量占比重较大，而大部分氟化物有剧毒，会对操作者和周边环境带来不利影响；其二，可达到的焊缝熔深和深宽比仍旧不足，有待进一步提升。因此，迫切需要开发一种增加焊缝熔深效果更好且氟化物占比更少的新型活性剂配方。
发明内容
本发明的目的是克服现有钛合金活性剂中氟化物组分占比大和熔深不足的问题，提出了一种高效的并基于活性剂作用机制组合的新型钛合金A-TIG活性剂配方。使用该配方活性剂可以使6mm厚TC4试板不开坡口一次性焊透，获得焊缝成形系数小于1.30(深宽比达到0.77以上)的焊缝，同时可细化焊缝晶粒尺寸。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：本发明所述活性剂包括MgF2，La2O3，BaCl2及AlCl3组分，其质量含量分别为MgF2：20％～30％；La2O3：20％～30％；BaCl2：20％～25％；AlCl3余量。
该活性剂组分中氟化物所占比重少，可以大大降低焊接过程对操作者身体的伤害和对环境的污染。
该活性剂为粉末状。各粉末粒度为300目左右。使用前，将各成分按配比混合均匀，使用时，加入丙酮使其成为糊状。再用扁平毛刷将糊状活性剂均匀涂敷在钛合金试板待焊表面，涂覆尺寸应超过相同焊接参数下传统TIG焊焊缝宽度和长度的2-3mm，涂层厚度为0.30-0.40mm，待丙酮挥发后进行焊接。
在进行焊接之前，先将被焊工件表面仔细打磨并用酒精清洗以除去氧化物和油污。
该活性剂适用于钛合金材料的焊接。
大量系统的试验研究结果表明：单组分的MgF2，AlCl3可以通过影响电弧行为来增加焊缝熔深，其中对电弧行为的影响体现在活性剂对焊接电弧形态、电弧电压和电弧温度的改变上；La2O3可以改变熔池表面的张力梯度，使熔池表面Marangoni对流方向发生改变，从而增加焊缝熔深；而BaCl2具有大幅减小焊缝熔宽，减小焊缝成形系数(提高焊缝深宽比)的能力。其中使用AlCl3焊接过程中会有大量焊接烟雾产生，添加量应控制。
大量系统的试验研究结果表明：双组分和三组分活性剂增加焊缝熔深的效果要优于单组分活性剂；三组分活性剂增加焊缝熔深的效果要优于双组分。进一步采用按比例混合的四组分活性剂进行A-TIG焊接试验，结果表明：相比同工艺条件的传统TIG焊，熔深可增加135.29％，熔宽可减小40.76％，深宽比可增加305.26％，可使6mm厚TC4钛合金TIG焊不开坡口一次性焊透，获得焊缝成形系数小于1.30(深宽比达到0.77以上)的焊缝，且焊缝成形良好无缺陷。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：活性剂中有毒的氟化物所占比重少，且组分是常见且价格低廉的卤化物和稀土氧化物，同时能对焊缝区晶粒尺寸起到细化作用。
附图说明
图1是涂覆单组分MgF2活性剂A-TIG焊接6mm厚TC4钛合金焊缝横截面的熔深
图2是涂覆单组分La2O3活性剂A-TIG焊接6mm厚TC4钛合金焊缝横截面的熔深
图3是涂覆双组分MgF2+La2O3活性剂A-TIG焊接6mm厚TC4钛合金焊缝横截面的熔深
图4是涂覆三组分MgF2+La2O3+AlCl3活性剂A-TlG焊接6mm厚TC4钛合金焊缝横截面的熔深
图5是涂覆三组分MgF2+La2O3+BaCl2活性剂A-TIG焊接6mm厚TC4钛合金焊缝横截面的熔深
图6是涂覆四组分MgF2+La2O3+AlCl3+BaCl2活性剂A-TIG焊接6mm厚TC4钛合金焊缝横截面的熔深
图7是传统TIG焊接6mm厚TC4钛合金焊缝横截面的熔深
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述：
传统TIG焊和A-TIG焊接TC4钛合金，所采用的焊接工艺参数为：焊接电源方式为直流正接，焊接电流为210A，焊接速度为2.5mm/s，氩气流量为15L/min。
实施例1
分别采用单组分MgF2，La2O3活性剂对6mm厚TC4钛合金板材进行A-TIG焊。使用时，加入丙酮使其成为糊状，再用扁平毛刷将糊状活性剂均匀涂敷在钛合金试板上表面，焊接后的焊缝横截面金相图如图1和图2所示。
实施例2
采用双组分MgF2+La2O3活性剂对6mm厚TC4钛合金板材进行A-TIG焊。使用时，加入丙酮使其成为糊状，再用扁平毛刷将糊状活性剂均匀涂敷在钛合金试板上表面，焊接后的焊缝横截面金相图如图3所示。
实施例3
采用三组分MgF2+La2O3+AlCl3活性剂对6mm厚TC4钛合金板材进行A-TIG焊。使用时，加入丙酮使其成为糊状，再用扁平毛刷将糊状活性剂均匀涂敷在钛合金试板上表面，焊接后的焊缝横截面金相图如图4所示。
实施例4
采用三组分的MgF2+La2O3+BaCl2活性剂对6mm厚TC4钛合金板材进行A-TIG焊。使用时，加入丙酮使其成为糊状，再用扁平毛刷将糊状活性剂均匀涂敷在钛合金试板上表面，焊接后的焊缝横截面金相图如图5所示。
实施例5
对6mm厚TC4钛合金板材进行A-TIG焊，所采用的活性剂重量配比为：MgF2：20％～30％；La2O3：20％～30％；BaCl2：20％～25％；AlCl3余量。使用时，加入丙酮使其成为糊状，再用扁平毛刷将糊状活性剂均匀涂敷在钛合金试板上表面，焊接后的焊缝横截面金相图如图6所示。
比较例1
作为对比，在相同的焊接参数条件下，对6mm厚TC4钛合金板材进行了未涂覆活性剂的传统TIG焊，焊接后的焊缝横截面金相图如图7所示。
通过图6与图7的对比可以看出，按上述比例组合的MgF2+La2O3+AlCl3+BaCl2活性剂A-TIG焊缝熔深可增加135.29％，熔宽可减小40.76％，深宽比可增加305.26％，可使6mm厚TC4钛合金不开坡口一次性焊透，获得焊缝成形系数小于1.30(深宽比大于0.77)的焊缝，且焊缝成形良好无缺陷，同时可细化焊缝区晶粒尺寸。
上述仅本发明较佳可行的实施例，非因此局限本发明保护范围，依照上述实施例所作各种变形或套用均在此技术方案保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高效的钛合金A-TIG焊接用活性剂，其特征在于：包括MgF2，La2O3，BaCl2和AlCl3，其质量含量分别为MgF2：20％～30％；La2O3：20％～30％；BaCl2：20％～25％；AlCl3余量。
2.根据权利要求1所述的一种高效的钛合金A-TIG焊接用活性剂，其特征在于：所述AlCl 3的质量含量为15％～40％。
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