CN112548399A - 一种不锈钢焊接用活性剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种不锈钢焊接用活性剂及其制备方法和应用 Download PDF

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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焊接用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30～45％；TiO2粉末18～26％；Cr2O3粉末10～20％；MnO粉末5～10％；CuO粉末5～10％；B2O3粉末5～15％；Al2O3粉末1～5％。本发明不含贵金属、成本低以及无毒环保，与常规钨极氩弧焊等方法相比，A‑TIG焊具有焊接熔深大、生产效率高、质量可靠的优点，且本发明的不锈焊接用活性剂能提高接头力学性能，有利于提高焊接生产效率，降低焊接生产成本，可实现12mm单面焊双面成型，在焊接时无需昂贵的焊接设备，具有较好的经济效益和广泛的应用前景。

Description

一种不锈钢焊接用活性剂及其制备方法和应用
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焊接用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。对于不锈钢焊接后形成的焊接接头包括焊缝、熔合区以及热影响区。其中，焊缝是接头金属及填充金属熔化后，又以较快的速度冷却凝固后形成的；熔合区是熔化区和非熔化区之间的过度部分；热影响区是被焊缝的高温加热造成组织和性能改变的区域。
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。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的焊接熔深较浅的缺陷，提供一种熔宽小、焊缝熔深较深且具有良好的接头力学性能的不锈焊接用活性剂及其制备方法和应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种不锈钢焊接用活性剂，包括以下重量百分比含量的组分：
SiO2粉末30～45％；
TiO2粉末18～26％；
Cr2O3粉末10～20％；
MnO粉末5～10％；
CuO粉末5～10％；
B2O3粉末5～15％；
Al2O3粉末1～5％。
优选地，所述SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、MnO粉末、CuO粉末、B2O3粉末和Al2O3粉末的粒径独立地为150μm～250μm。
优选地，包括以下重量百分比含量的组分：
SiO2粉末40％；
TiO2粉末24％；
Cr2O3粉末14％；
MnO粉末8％；
CuO粉末6％；
B2O3粉末6％；
Al2O3粉末2％。
一种不锈钢焊接用活性剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)在室温下将SiO2、TiO2、Cr2O3、MnO、CuO、B2O3和Al2O3粉末烘干；
(2)所述SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、MnO粉末、CuO粉末、B2O3粉末和Al2O3粉末充分研磨为粒径独立地为150μm～250μm；
(3)将上述充分研磨后的SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、MnO粉末、CuO粉末、B2O3粉末和Al2O3粉末分类密封保存在干燥箱内；
(4)使用时，按照比例配比，得到不锈焊接用活性剂。
一种不锈钢焊接用活性剂在不锈钢钨极氩弧焊中的应用，包括以下步骤：
S1，打磨、洗涤待焊接的不锈钢板材，将不锈钢板材表面清理干净；
S2，将活性剂用极性有机溶剂调成粘稠状溶液；
S3，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；
S4，按上述涂覆后，待极性有机溶剂挥发后再进行焊接。
优选地，所述极性有机溶剂包括丙酮或酒精。
优选地，上述S3中用毛刷对调制好的粘稠溶液进行均匀的涂刷。
优选地，所述焊接的工艺参数为：焊接电流170～180A，焊接速度80～90mm/min，电弧电压11～16V，氩气流量15L/min，钨极直径3.2mm。
本发明的一种不锈钢焊接用活性剂及其制备方法和应用的有益效果是：
1、本发明不含贵金属、成本低以及无毒环保，与常规钨极氩弧焊等方法相比，A-TIG焊具有焊接熔深大、生产效率高、质量可靠的优点，且本发明的不锈焊接用活性剂能提高接头力学性能，有利于提高焊接生产效率，降低焊接生产成本，可实现12mm单面焊双面成型。
2、本发明的不锈焊接用活性剂在焊接时无需昂贵的焊接设备，具有较好的经济效益和广泛的应用前景，在相同的参数下利用本发明的活性剂焊接的不锈钢的晶粒和组织明显细化，力学性能显著提升，抗拉强度也明显提高。
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是本发明实施例的不锈焊接用活性剂应用的流程图；
图2是本发明实施例的焊接接头的焊缝显微组织图；
图3是本发明实施例的焊接接头的显微组织图；
图4是本发明对比例的焊接接头的焊缝显微组织图；
图5是本发明对比例的焊接接头的显微组织图。
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。
如图1-图5所示的本发明的一种不锈钢焊接用活性剂及其制备方法和应用的具体实施例，不锈焊接用活性剂，包括以下重量百分比含量的组分：SiO2粉末30～45％；TiO2粉末18～26％；Cr2O3粉末10～20％；MnO粉末5～10％；CuO粉末5～10％；B2O3粉末5～15％；Al2O3粉末1～5％。其中SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、MnO粉末、CuO粉末、B2O3粉末和Al2O3粉末的粒径独立地为150μm～250μm。该活性剂是由SiO2、TiO2、Cr2O3、MnO、CuO、B2O3和Al2O3七种粉末组成的，不含贵金属，其成本较低，每公斤成本不到75元，且无毒环保，与常规钨极氩弧焊等方法相比，A-TIG焊具有焊接熔深大、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，且能提高接头力学性能，有利于提高焊接生产效率，降低焊接生产成本，可实现12mm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。对比TIG焊和A-TIG焊的焊缝、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。
本发明实施例的不锈焊接用活性剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)在室温下将SiO2、TiO2、Cr2O3、MnO、CuO、B2O3和Al2O3粉末烘干；
(2)其中SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、MnO粉末、CuO粉末、B2O3粉末和Al2O3粉末充分研磨为粒径独立地为150μm～250μm；
(3)将上述充分研磨后的SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、MnO粉末、CuO粉末、B2O3粉末和Al2O3粉末分类密封保存在干燥箱内；
(4)使用时，按照比例配比，得到不锈焊接用活性剂。
本发明实施例对各种粉末的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。
参照图1不锈焊接用活性剂在不锈钢钨极氩弧焊中的应用，包括以下步骤：
S1，打磨、洗涤待焊接的不锈钢板材，将不锈钢板材表面清理干净；
S2，将活性剂用极性有机溶剂调成粘稠状溶液；
S3，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；
S4，按上述涂覆后，待极性有机溶剂挥发后再进行焊接。
其中，极性有机溶剂包括丙酮或酒精。将本发明的不锈焊接用活性剂与极性有机溶剂混合后，涂覆在待焊接的不锈钢表面，待极性有机溶剂挥发后再进行焊接。
在本发明中，对本发明的极性有机溶剂的用量没有特殊的限定，能够将活性剂调至糊状即可，极性有机溶剂在涂覆在不锈钢表面后自然挥发除去。
在本发明中，不锈钢在涂覆前优选包括依次进行砂纸打磨、丙酮洗涤或乙醇洗涤的步骤。本发明对砂纸打磨、丙酮洗涤或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。
本发明对涂覆的厚度没有特殊的限定，优选能够将不锈钢表面完全涂覆即可。
本发明对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。
本发明的焊接的工艺参数为：焊接电流170～180A，焊接速度80～90mm/min，电弧电压11～16V，氩气流量15L/min，钨极直径3.2mm。
实施例1
一种不锈钢焊接用活性剂，其组分按质量百分比计：40％SiO2粉末、24％TiO2粉末、14％Cr2O3粉末、8％MnO粉末、6％CuO粉末、6％B2O3粉末和2％Al2O3粉末，经烘干，充分研磨后用精度为0.01mg的电子天平称取设定的成分配比的原料，将准备好的全部配料倒入烧杯内，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，然后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，待丙酮挥发后进行焊接。对15mm的不锈钢进行焊接，采用实施例1的活性剂进行A-TIG焊，焊缝熔深可达12mm。
采用实施例1的活性剂对6mm厚321不锈钢进行焊接，测得焊缝接头的抗拉强度为673.8MPa，接头强度系数为95.7％。
实施例2
一种不锈钢焊接用活性剂，其组分按质量百分比计：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。其中SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、MnO粉末、NiO粉末和CuO粉末的粒径均为200μm。
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18mm的321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13mm。
采用实施例2的活性剂对6mm厚321不锈钢进行焊接，测得焊缝接头的抗拉强度为667.2MPa，接头强度系数为94.8％。
对比例
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。
从图2到图5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。
实施例1、实施例2以及对比例对6mm厚321不锈钢进行焊接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1 673.8 95.7％
实施例2 667.2 94.8％
对比例 662.3 94.1％
对接头力学性能进行测试，对比例对6mm厚321不锈钢进行焊接的焊接接头拉伸性能如上表所示，其不用活性剂进行TIG焊接，焊接接头抗拉强度为662.3MPa，采用实施例1的活性剂，A-TIG焊接头抗拉强度为673.8MPa，采用实施例2的活性剂，A-TIG焊接头抗拉强度为667.2MPa，我们可以明显看出接头抗拉力强度和接头强度系数有着显著的提升，即采用本发明的活性剂对不锈钢进行钨极氩弧焊，能够显著提高焊接接头的力学性能。
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 (8)

1.一种不锈钢焊接用活性剂，其特征在于，包括以下重量百分比含量的组分：
SiO2粉末30～45％；
TiO2粉末18～26％；
Cr2O3粉末10～20％；
MnO粉末5～10％；
CuO粉末5～10％；
B2O3粉末5～15％；
Al2O3粉末1～5％。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢焊接用活性剂，其特征在于：所述SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、MnO粉末、CuO粉末、B2O3粉末和Al2O3粉末的粒径独立地为150μm～250μm。
3.根据权利要求1所述的一种不锈钢焊接用活性剂，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24％；
Cr2O3粉末14％；
MnO粉末8％；
CuO粉末6％；
B2O3粉末6％；
Al2O3粉末2％。
4.一种不锈钢焊接用活性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在室温下将SiO2、TiO2、Cr2O3、MnO、CuO、B2O3和Al2O3粉末烘干；
(2)所述SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、MnO粉末、CuO粉末、B2O3粉末和Al2O3粉末充分研磨为粒径独立地为150μm～250μm；
(3)将上述充分研磨后的SiO2粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末、MnO粉末、CuO粉末、B2O3粉末和Al2O3粉末分类密封保存在干燥箱内；
(4)使用时，按照比例配比，得到不锈焊接用活性剂。
5.一种不锈钢焊接用活性剂在不锈钢钨极氩弧焊中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
S1，打磨、洗涤待焊接的不锈钢板材，将不锈钢板材表面清理干净；
S2，将活性剂用极性有机溶剂调成粘稠状溶液；
S3，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；
S4，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：上述S3中用毛刷对调制好的粘稠溶液进行均匀的涂刷。
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80～90mm/min，电弧电压11～16V，氩气流量15L/min，钨极直径3.2mm。
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