CN111604618A - 一种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
本发明属于焊接用活性剂领域,具体涉及一种不锈钢钨极氩弧焊活性剂及其制备方法和应用。本发明包括以下重量百分比含量的组分:SiO2粉末35~45%;TiO2粉末20~25%;Cr2O3粉末8~12%;MnO粉末5~10%;NiO粉末5~10%;CuO粉末10~15%。本发明的不锈钢钨极氩弧焊活性剂不含贵金属,成本较低,且无毒环保,与常规钨极氩弧焊等方法相比,采用本发明的高效活性剂对不锈钢进行A‑TIG焊具有较深的焊缝熔深、生产效率高、质量可靠的优点。在待焊表面涂敷本发明的活性剂不仅增加了焊缝熔深,且焊接接头力学性能在相同的参数下显著提升,可实现13mm单面焊双面成型,不需要昂贵的焊接设备,具有良好的经济效益和广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于焊接用活性剂领域,具体涉及一种不锈钢钨极氩弧焊活性剂及其制备方法和应用。
背景技术
近年来,不锈钢作为一种重要的工程材料,随着工业的蓬勃发展得到了越来越广泛的应用。不锈钢是不锈耐酸钢的简称,是一种耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种。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3mm的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,从而大幅度增加焊缝熔深的深度。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,但对于焊接接头熔深的提高有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不锈钢钨极氩弧焊焊缝熔深较浅,现有的活性剂对于熔深的提高有一定局限性的缺陷,提供一种不仅具有优异的提高焊缝熔深的深度,且能提高焊接接头的力学性能的不锈钢钨极氩弧焊活性剂及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种不锈钢钨极氩弧焊活性剂,包括以下重量百分比含量的组分:
SiO2粉末35~45%;
TiO2粉末20~25%;
Cr2O3粉末8~12%;
MnO粉末5~10%;
NiO粉末5~10%;
CuO粉末10~15%。
优选地,所述SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、MnO粉末、NiO粉末及CuO粉末的平均粒径均为200μm~300μm。
优选地,包括以下重量百分比含量的组分:
SiO2粉末40%;
TiO2粉末22%;
Cr2O3粉末10%;
MnO粉末8%;
NiO粉末8%;
CuO粉末12%。
一种不锈钢钨极氩弧焊活性剂的制备方法,包括以下步骤:
S1,将SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、MnO粉末、NiO粉末和CuO粉末按配比配置成活性剂粉末;
S2,将上述活性剂粉末进行充分研磨,使其颗粒度不超过100μm;
S3,将上述研磨好的活性剂粉末放在烘干炉烘干1~2小时,除去活性剂粉末中的结晶水,即得到不锈钢钨极氩弧焊活性剂。
一种不锈钢钨极氩弧焊活性剂的应用,包括以下步骤:
(1)将活性剂用极性有机溶剂调成粘稠状溶液;
(2)用毛刷将上述活性剂调制好的粘稠溶液均匀的涂在待焊区左右各5mm~10mm处;
(3)按上述涂覆后,待极性有机溶剂挥发后再进行焊接。
优选地,所述极性有机溶剂为丙酮或酒精。
优选地,采用该活性剂进行A-TIG焊,焊接前用砂纸将不锈钢板材表面清理干净,再用丙酮或酒精擦洗板材表面。
优选地,所属步骤2中所述粘稠溶液均匀的涂在待焊区上的涂敷厚度为0.1mm~1mm。
优选地,焊接时的工艺参数为:焊接电流为160A~175A,焊接速度为75mm/min~95mm/min,电弧电压12~14V,氩气流量15L/min,钨极直径3.2mm。
本发明的一种不锈钢钨极氩弧焊活性剂及其制备方法和应用的有益效果是:
1、本发明的不锈钢钨极氩弧焊活性剂不含贵金属,成本较低,且无毒环保,与常规钨极氩弧焊等方法相比,采用本发明的高效活性剂对不锈钢进行A-TIG焊具有较深的焊缝熔深、生产效率高、质量可靠的优点。
2、在待焊表面涂敷本发明的活性剂不仅增加了焊缝熔深,且焊接接头力学性能在相同的参数下显著提升,可实现13mm单面焊双面成型,不需要昂贵的焊接设备,具有良好的经济效益和广泛的应用前景。
3、本发明中SiO2、Cr2O3、NiO和CuO能减弱熔合线附近枝晶的方向性,使焊缝晶粒变得细小,MnO可以细化焊缝晶粒。SiO2的加入略微增加焊缝中的Si含量,直接影响凝固模式,Si可以增加w(Cr)eq/w(Ni)eq,促进FA凝固模式的发展,有利于铁素体的形成,促进δ相的生成。焊缝组织明显改善为细小的等轴晶组织,晶界和枝晶间的铁素体呈短棒状分布。且使用本发明的活性剂的应用A-TIG具有更高的能量热源,减少热量输入,并且具有更快的冷却速度,进一步阻碍了δ铁素体转变为奥氏体,δ铁素体含量增多,改善焊缝组织,进一步地提高焊缝力学性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1本发明活性剂的制备方法流程图;
图2是本发明实施例1的焊接接头的焊缝显微组织图;
图3是本发明实施例1的焊接接头的热影响区显微组织图;
图4是本发明对比例1的焊接接头的焊缝显微组织图;
图5是本发明对比例1的焊接接头的热影响区显微组织图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
本发明的一种不锈钢钨极氩弧焊活性剂及其制备方法和应用,一种不锈钢钨极氩弧焊活性剂,包括以下重量百分比含量的组分:
SiO2粉末35~45%;
TiO2粉末20~25%;
Cr2O3粉末8~12%;
MnO粉末5~10%;
NiO粉末5~10%;
CuO粉末10~15%。
其中本发明中,所述SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、MnO粉末、NiO粉末及CuO粉末的平均粒径均为200μm~300μm。
本发明不锈钢钨极氩弧焊活性剂是由SiO2、TiO2、Cr2O3、MnO、NiO和CuO粉末六种粉末组成的,不含贵金属,其成本较低,每公斤成本不到130元,且无毒环保,与常规钨极氩弧焊等方法相比,A-TIG焊具有焊缝熔深大、生产效率高、质量可靠的优点。相比于常规TIG焊,活性TIG焊(简称A-TIG焊)在待焊表面涂敷活性剂,可使熔深比常规TIG焊增加1倍以上,且能提高焊接接头的力学性能,有利于提高焊接生产效率,降低焊接生产成本,可实现13mm单面焊双面成型;与先进的激光焊接、电子束焊接相比,A-TIG焊因活性剂材料来源丰富、价格便宜,而且无需昂贵的焊接设备,使其具有良好的经济效益和广泛的应用前景。焊接接头是指两个或两个以上零件要用焊接组合的接点。或指两个或两个以上零件用焊接方法连接的接头,焊接接头由焊缝金属、熔合区、热影响区和母材金属所组成。
SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、MnO粉末、NiO粉末和CuO粉末均可以提高焊缝熔深。TiO2可以细化焊缝晶粒,但熔合线附近部分树枝晶变粗大,对熔合线附近的组织有一定不利影响。SiO2、Cr2O3、NiO和CuO会减弱熔合线附近枝晶的方向性,焊缝晶粒变得细小,MnO对熔合线枝晶方向性影响小,但可以细化焊缝晶粒。因此,对于涂敷活性剂接头,熔合线附近的晶粒细化可能是由于活性剂中的Si、Cr、Cu、Ni和Mn元素进入了接头熔合区,阻碍晶粒长大,增加形核率,焊缝晶粒变细小可能是由于晶界强化以及Ti、Si、Cr、Cu、Ni和Mn元素进入了焊缝,在液相结晶过程中形成化合物或中间相,阻碍位错的移动,增加形核率共同作用的结果。对于涂敷活性剂的接头,通过冶金反应,SiO2会略微增加焊缝中的Si含量,这些对凝固模式有直接影响,Si可以增加w(Cr)eq/w(Ni)eq,促进FA凝固模式的发展有利于铁素体的形成,促进δ相的生成。焊缝组织明显改善为细小的等轴晶组织,晶界和枝晶间的铁素体呈短棒状分布。其次,与TIG相比,A-TIG具有更高的能量热源,减少热量输入,并且具有更快的冷却速度,进一步阻碍了δ铁素体转变为奥氏体,δ铁素体含量增多,改善焊缝组织,提高焊缝力学性能。
本发明不锈钢钨极氩弧焊活性剂的制备方法包括如图1所示的以下步骤:
S1,将SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、MnO粉末、NiO粉末和CuO粉末按配比配置成活性剂粉末;
S2,将上述活性剂粉末进行充分研磨,使其颗粒度不超过100μm;
S3,将上述研磨好的活性剂粉末放在烘干炉烘干1~2小时,除去活性剂粉末中的结晶水,即可得到不锈钢钨极氩弧焊活性剂。
本发明不锈钢钨极氩弧焊活性剂的应用,包括以下步骤:
(1)将活性剂用极性有机溶剂调成粘稠状溶液;粉末与溶剂混合后在室温下充分搅拌成粘稠状溶液即可,其中极性有机溶剂为丙酮或酒精,而酒精和丙酮易挥发,为了防止丙酮和酒精挥发温度尽可能低些较好,如若挥发严重可以再添加丙酮或酒精;
(2)用毛刷将上述活性剂调制好的粘稠溶液均匀的涂在待焊区左右各5mm~10mm处;
(3)按上述涂覆后,待极性有机溶剂挥发后再进行焊接。
其中所述极性有机溶剂为丙酮或酒精。其中S2中所述粘稠溶液均匀的涂在待焊区上的涂敷厚度为0.1mm~1mm。
本发明不锈钢钨极氩弧焊活性剂的应用采用该活性剂进行A-TIG焊,焊接前用砂纸将不锈钢板材表面清理干净,再用丙酮或酒精擦洗板材表面。焊接时的工艺参数为:焊接电流为160A~175A,焊接速度为75mm/min~95mm/min,电弧电压12~14V,氩气流量15L/min,钨极直径3.2mm。
实施例1
按以下步骤制备不锈钢钨极氩弧焊活性剂:
S1,按质量百分比称取:40%SiO2粉末、22%TiO2粉末、10%Cr2O3粉末、8%MnO粉末、8%NiO粉末和12%CuO粉末,配置成活性剂粉末;其中SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、MnO粉末、NiO粉末和CuO粉末的平均粒径均为200μm。
S2,将上述活性剂粉末进行充分研磨,使其颗粒度不超过100μm。
S3,将上述研磨好的活性剂粉末放在烘干炉烘干1小时,除去活性剂粉末中的结晶水,得到不锈钢钨极氩弧焊活性剂。
将得到的不锈钢钨极氩弧焊活性剂按以下步骤应用:
(1)将准备好的该活性剂倒入烧杯内,再用滴管加入适量丙酮,加入丙酮的过程中不断搅拌活性剂,直至调成粘稠状溶液;
(2)用毛刷将上述活性剂调制好的粘稠溶液均匀的涂在待焊区左右各10mm处;涂敷厚度能盖住金属表面即可;
(3)按上述涂覆后,待丙酮挥发后再进行焊接。
对6mm厚321不锈钢进行焊接,焊接前用砂纸将不锈钢板材表面清理干净,再用丙酮擦洗板材表面。步骤2中所述粘稠溶液均匀的涂在待焊区上的涂敷厚度为0.1mm。
焊接工艺参数为:焊接电流165A,焊接速度85mm/min,电弧电压13V,氩气流量15L/min,钨极直径3.2mm。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和图3所示。
采用实施例1的不锈钢钨极氩弧焊活性剂对15mm的不锈钢进行A-TIG焊,焊缝熔深可达13mm。与常规钨极氩弧焊等方法相比,采用本发明的高效活性剂对不锈钢进行A-TIG焊具有较深的焊缝熔深、生产效率高且质量可靠。
对比例1
对6mm厚321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。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4和图5所示。
对比例2
对6mm厚321不锈钢进行焊接,焊接工艺参数为:焊接电流173A,焊接速度80mm/min,电弧电压12V,氩气流量16L/min,钨极直径3.2mm。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。
实施例1、对比例1及对比例2的焊缝的力学性能对比表
焊接方法 | 接头抗拉强度(MPa) | 接头强度系数 |
实施例1 | 667.2 | 94.8% |
对比例1 | 662.3 | 94.1% |
对比例2 | 665.6 | 94.6% |
从上述实施例1、对比例1及对比例2的焊缝的力学性能对比表可以看出,对比实施例1、对比例1及对比例2的焊缝、熔合区、热影响区的晶粒和组织,发现涂敷活性剂后晶粒和组织明显细化,力学性能显著提升,相同参数下,TIG焊接头抗拉强度为662.3MPa,涂敷本发明的活性剂后抗拉强度达到667.2MPa。从实施例1与对比例2的对比数据可以看出,焊接时的工艺参数对焊缝的力学性能有一定的影响,但是对不锈钢进行涂覆本发明活性剂的A-TIG焊的焊接接头的力学性能优于TIG焊的焊接接头的力学性能。参照图1和图2,可以看出焊缝组织为奥氏体和铁素体,基体为奥氏体,铁素体分布在晶界和枝晶处,相比于不涂活性剂焊缝,涂敷活性剂后的焊缝晶粒得到细化,晶界的面积增加,更多晶界的出现有效地阻碍了位错的运动,起到了晶界强化的作用,在热影响区析出了更多的δ铁素体,δ铁素体在奥氏体基体上弥散分布,而且δ铁素体的增加可以提高焊接接头的力学性能,加入活性剂后均有助于熔合线附近的晶粒细化,组织更加密集。且使用本发明的活性剂的应用A-TIG焊具有更高的能量热源,减少热量输入,并且具有更快的冷却速度,进一步阻碍了δ铁素体转变为奥氏体,δ铁素体含量增多,改善焊缝组织,进一步地提高焊缝力学性能。
应当理解,以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种不锈钢钨极氩弧焊活性剂,其特征在于,包括以下重量百分比含量的组分:
SiO2粉末35~45%;
TiO2粉末20~25%;
Cr2O3粉末8~12%;
MnO粉末5~10%;
NiO粉末5~10%;
CuO粉末10~15%。
2.根据权利要求1所述的一种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、MnO粉末、NiO粉末及CuO粉末的平均粒径均为200μm~300μm。
3.根据权利要求1所述的一种不锈钢钨极氩弧焊活性剂,其特征在于,包括以下重量百分比含量的组分:
SiO2粉末40%;
TiO2粉末22%;
Cr2O3粉末10%;
MnO粉末8%;
NiO粉末8%;
CuO粉末12%。
4.一种不锈钢钨极氩弧焊活性剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,将SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、MnO粉末、NiO粉末和CuO粉末按配比配置成活性剂粉末;
S2,将上述活性剂粉末进行充分研磨,使其颗粒度不超过100μm;
S3,将上述研磨好的活性剂粉末放在烘干炉烘干1~2小时,除去活性剂粉末中的结晶水,即可得到不锈钢钨极氩弧焊活性剂。
5.一种权利要求1所述的不锈钢钨极氩弧焊活性剂的应用,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将活性剂用极性有机溶剂调成粘稠状溶液;
(2)用毛刷将上述活性剂调制好的粘稠溶液均匀的涂在待焊区左右各5mm~10mm处;
(3)按上述涂覆后,待极性有机溶剂挥发后再进行焊接。
6.根据权利要求5所述的一种不锈钢钨极氩弧焊活性剂的应用,其特征在于:所述极性有机溶剂为丙酮或酒精。
7.根据权利要求5所述的一种不锈钢钨极氩弧焊活性剂的应用,其特征在于:所属步骤2中所述粘稠溶液均匀的涂在待焊区上的涂敷厚度为0.1mm~1mm。
8.根据权利要求5所述的一种不锈钢钨极氩弧焊活性剂的应用,其特征在于:采用该活性剂进行A-TIG焊,焊接前用砂纸将不锈钢板材表面清理干净,再用丙酮或酒精擦洗板材表面。
9.根据权利要求5所述的一种不锈钢钨极氩弧焊活性剂的应用,其特征在于:焊接时的工艺参数为:焊接电流为160A~175A,焊接速度为75mm/min~95mm/min,电弧电压12~14V,氩气流量15L/min,钨极直径3.2mm。
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PB01 | Publication | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200901 |