CN115213585B - 一种用于铝合金活性钨极氩弧焊的复合活性剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于铝合金活性钨极氩弧焊的复合活性剂及其制备方法。其包括以下重量百分比的组分：SiO2 25％～35％、TiO2 10％～20％、SiC25％～35％，以及粘接剂1～12％。本发明制备得到的复合活性剂可以增大焊缝熔深，提高焊接生产效率，同时复合活性剂中纳米颗粒过渡到焊缝中细化了晶粒以及脆性相，改善了焊缝性能。
Description
技术领域
本发明属于焊接用活性剂制备技术领域，具体涉及一种用于铝合金活性钨极氩弧焊的复合活性剂及其制备方法。
背景技术
铝合金及其复合材料作为一类重要的结构材料，以高比强度、比刚度和耐腐蚀性等优点，在航空航天、汽车工业以及海洋船舶等领域得到了广泛应用。但是在目前生产应用过程中，铝合金及其复合材料在常用的氩弧焊接过程中由于熔化焊的焊缝因存在低熔点共晶物而导致的裂纹产生和焊缝强度较低等因素限制了其进一步的应用，并且氩弧焊作为铝合金应用较广的一种焊接方式，其在焊接厚度大于3mm厚的铝合金产品时，需要开坡口，增加了焊接加工任务降低了焊接效率。
20世纪60年代，乌克兰巴顿焊接研究所在研究活性剂改善钛合金焊缝成形和控制气孔等缺陷时发现，活性剂可以改善焊缝表面及焊接熔深的现象，而目前活性剂主要由丙酮或乙醇做溶剂，使得粉末分布容易团聚不均匀。
综上所述，如何同时解决铝合金氩弧焊焊缝容易热裂纹以及增加焊缝熔深是一个急需解决的难题，因此新型铝合金复合活性剂的开发具有十分重要的意义。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种用于铝合金活性钨极氩弧焊的复合活性剂及其制备方法，本发明制备得到的复合活性剂可以增大焊缝熔深，提高焊接生产效率，同时复合活性剂中纳米颗粒过渡到焊缝中细化了晶粒以及脆性相，改善了焊缝性能。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于铝合金活性钨极氩弧焊的复合活性剂，包括以下重量百分比的组分：
SiO2 25％～35％、TiO2 10％～20％、SiC 25％～35％，以及粘接剂1～12％。
进一步地，包括以下重量份的组分：
SiO2 30％～35％、TiO2 15～20％、SiC 30～35％，以及粘接剂5～12％。
进一步地，包括以下重量份的组分：
SiO2 35％、TiO2 20％、SiC 35％，以及粘接剂10％。
进一步地，粘接剂包括以下重量百分比的组分：
松油醇45～55％、二乙二醇丁醚30～35％、硬酯酸5～10％、聚酰胺醋5～10％，以及聚乙二醇1～5％。
进一步地，粘接剂包括以下重量百分比的组分：
松油醇51％、二乙二醇丁醚34％、硬酯酸6％、聚酰胺醋5％，以及聚乙二醇4％。
上述复合活性剂的制备方法如下：
将SiO2、SiC和TiO2混合后球磨为粉末，再将粉末与粘接剂混合搅拌，然后超声处理25～30min即可。
进一步地，SiO2和TiO2粉末的粒径小于300目。
进一步地，SiC粉末的粒径为100～200nm。
一种对铝合金板材进行活性钨极氩弧焊的方法，包括以下步骤：
(1)以焊缝为中心，将上述复合活性剂涂覆在经预处理的铝合金板材待焊表面，铝合金板材两边的涂覆宽度大于5cm；
(2)涂覆完成后进行焊接即可。
进一步地，焊接电压12V～14V，焊接电流230～260A，焊接速度20～25m/h，氩气流量13～15L/min。
进一步地，铝合金板材的预处理过程为：去除铝合金板材上的氧化膜。
本发明的有益效果：
本发明通过搅拌、超声处理得到颗粒均匀分布的复合活性剂，在复合活性剂中添加粘接剂则能延长复合活性剂的保存时间保存。粘接剂中使用松油醇、二乙二醇丁醚作为溶剂，硬脂酸作为分散剂，以增强复合活性剂的分散性，而聚酰胺蜡则是能够使复合活性剂在静止时具有较高的粘度，防止焊膏分层，提高保存稳定性，聚乙二醇可提高粘接剂的粘度。从而有效的避免了以乙醇或丙酮作为溶剂时，活性剂长时间存放后容易出现的分层、团聚等问题，避免影响复合活性剂的使用。
采用本发明制备得到的复合活性剂在进行氩弧焊接时，相比焊缝表面不涂覆复合活性剂而言，在相同的焊接参数下本发明活性剂对数下，复合活性剂对应的焊接接头相比未涂覆活性剂的接头，其焊缝宽度基本不变的情况下焊缝熔深增加，并且在焊接过程中SiC颗粒过渡到焊缝中，极大的提高了焊缝强度。
此外，本申请采用SiO2、SiC和TiO2复配形成复合活性剂，三种纳米颗粒能协同作用改善了焊缝性能。并且，基于该复合活性剂焊接所形成的焊缝中，纳米陶瓷颗粒主要沿晶界分布，阻碍了晶粒及低熔点共晶物的长大，在焊缝开始凝固时，大部分纳米陶瓷颗粒被推挤在液固界面前沿，富集在液固前沿的纳米陶瓷增强相阻碍了其它元素的迁移，使得成分过冷度增加，焊缝的凝固方式将从平面到胞状、柱状晶、最后到等轴晶的转化。表明本发明制备的复合活性剂经氩弧焊焊接后缠身的焊缝组织具有晶粒细、力学性能高、更大的深宽比等特性。
附图说明
图1为焊缝中心组织电镜图；其中，a为未使用复合活性剂的焊缝中心组织；b为使用复合活性剂的焊缝中心组织；
图2为焊缝力学性能检测图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
一种用于铝合金活性钨极氩弧焊的复合活性剂，包括以下重量百分比的组分：
SiO2 35％、TiO2 20％、SiC 35％，以及粘接剂10％。
其中，粘接剂包括以下重量百分比的组分：
松油醇51％、二乙二醇丁醚34％、硬酯酸6％、聚酰胺醋5％，以及聚乙二醇4％。
上述复合活性剂的制备方法如下：
将SiO2、SiC和TiO2混合后球磨为粉末，球磨至SiO2、TiO2小于300目，少杂质即可，SiC颗粒的平均粒径为200nm；然后再将粉末与粘接剂混合搅拌，然后超声处理30min即可。
实施例2
一种用于铝合金活性钨极氩弧焊的复合活性剂，包括以下重量百分比的组分：
SiO2 35％、TiO2 20％、SiC 35％，以及粘接剂10％。
其中，粘接剂包括以下重量百分比的组分：
松油醇45％、二乙二醇丁醚30％、硬酯酸10％、聚酰胺醋10％，以及聚乙二醇5％。
上述复合活性剂的制备方法如下：
将SiO2、SiC和TiO2混合后球磨为粉末，球磨至SiO2、TiO2小于300目，少杂质即可，SiC颗粒的平均粒径为200nm；然后再将粉末与粘接剂混合搅拌，然后超声处理30min即可。
实施例3
一种用于铝合金活性钨极氩弧焊的复合活性剂，包括以下重量百分比的组分：
SiO2 35％、TiO2 18％、SiC 35％，以及粘接剂12％。
其中，粘接剂包括以下重量百分比的组分：
松油醇50％、二乙二醇丁醚35％、硬酯酸5％、聚酰胺醋5％，以及聚乙二醇5％。
上述复合活性剂的制备方法如下：
将SiO2、SiC和TiO2混合后球磨为粉末，球磨至SiO2、TiO2小于300目，少杂质即可，SiC颗粒的平均粒径为200nm；然后再将粉末与粘接剂混合搅拌，然后超声处理30min即可。
对比例1
与实施例1相比，该活性剂仅包含TiO2和SiO2。
对比例2
与实施例1相比，该活性剂仅包含SiC。
采用实施例1，以及对比例1和2制备得到的活性剂进行焊接，具体如下：
铝合金待焊件经化学处理去除氧化膜，然后用毛刷将实施例1，以及对比例1和2制备得到的活性剂均匀涂覆在铝合金待焊件的待焊表面，并以不使用活性剂作为空白对照组，以焊缝为中心，两边涂覆宽度大于5cm，涂覆厚度刚好盖过金属光泽。
焊接10mm厚的2024-T4铝合金板材的焊接参数如下：焊接电压12V～14V，焊接电流230～260A，焊接速度20～25m/h，氩气流量13～15L/min。
焊接完成后，截取焊接接头同样大小的选区试样，对其宏观形貌，熔池，微观组织等进行了表征，见图1。
如图1所示，采用活性剂焊接的接头相比未使用活性剂的接头熔深大，SiC颗粒过渡到焊缝中，焊缝晶粒及脆性相得到细化，焊缝机械性能同时也得到改善。
如图2所示，相较于对比例1和对比例2只使用TiO2和SiO2、或只使用SiC而言，本申请实施例1制备得到的复合活性剂焊接后的焊缝的力学性能显著优于对比例1和对比例2。表明本发明制备的复合活性剂经氩弧焊焊接后缠身的焊缝组织具有晶粒细、力学性能高、更大的深宽比等特性。
Claims (9)
1.一种用于铝合金活性钨极氩弧焊的复合活性剂，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：
SiO2 25％～35％、TiO2 10％～20％、SiC 25％～35％，以及粘接剂1～12％；
所述粘接剂包括以下重量百分比的组分：
松油醇45～55％、二乙二醇丁醚30～35％、硬酯酸5～10％、聚酰胺醋5～10％，以及聚乙二醇1～5％。
2.根据权利要求1所述的复合活性剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：
SiO2 30％～35％、TiO2 15～20％、SiC 30～35％，以及粘接剂5～12％。
3.根据权利要求1或2所述的复合活性剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：
SiO2 35％、TiO2 20％、SiC 35％，以及粘接剂10％。
4.根据权利要求1所述的复合活性剂，其特征在于，所述粘接剂包括以下重量百分比的组分：
松油醇51％、二乙二醇丁醚34％、硬酯酸6％、聚酰胺醋5％，以及聚乙二醇4％。
5.权利要求1～4任一项所述复合活性剂的制备方法，其特征在于，将SiO2、SiC和TiO2混合后球磨为粉末，再将粉末与粘接剂混合搅拌，然后超声处理25～30min即可。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述SiO2和TiO2粉末的粒径小于300目。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述SiC粉末的粒径为100～200nm。
8.一种对铝合金板材进行活性钨极氩弧焊的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以焊缝为中心，将权利要求1～4任一项所述的复合活性剂涂覆在经预处理的铝合金板材待焊表面，铝合金板材两边的涂覆宽度大于5cm；
(2)涂覆完成后进行焊接即可。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，焊接电压12V～14V，焊接电流230～260A，焊接速度20～25m/h，氩气流量13～15L/min。
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