CN1733416A - 用于不锈钢钨极氩弧焊的活性剂 - Google Patents
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Abstract
用于不锈钢钨极氩弧焊的活性剂，其目的是有效降低焊缝熔深对母材微量元素波动的敏感性，增加焊接熔深，减少了工件的热输入，减少焊接变形。活性剂是由CaO、Fe2O3、SiO2、Cr2O3、TiO2、MnO、B2O3组成，其重量配比为：CaO 5～8％、Fe2O3 5～8％、SiO2 30～43％、Cr2O3 12～20％、TiO2 7～8％、MnO 8～11％、B2O3 20～30％。
Description
技术领域
本发明是一种用于不锈钢钨极氩弧焊的活性剂。
背景技术
钨极氩弧焊几乎可用于所有金属的连接，但它也存在焊接熔深浅，生产效率低的缺点。单道焊接不锈钢，熔深仅3mm左右，对于3mm以上的厚板对接，需要开坡口，填丝，多道焊才能完成，焊接变形也大。对10mm厚的钢板，通常要焊5、6道才能完成。用钨极氩弧焊焊接不锈钢存在的另一个问题是，焊接熔深不易控制，熔深随着母材中的微量元素(O、S)的波动而波动。在相同的焊接规范条件下，往往得不到相同的焊接熔深，给实际施工带来很多的困难。巴顿焊接研究所为了解决钛合金焊接中存在的上述问题，首次使用了用于钛合金的活性剂。1997年他们又对不锈钢进行了研究，并发明了一种用于不锈钢的活性剂。针对不锈钢活性剂存在的缺点，美国爱迪生焊接研究所对其进行了改良，并发明了SS-7活性剂。上述活性剂仅使用于6mm左右的板厚，也未考虑焊缝的背面成型及对焊接变形的影响。
发明内容
本发明的目的是有效降低焊缝熔深对母材微量元素波动的敏感性，增加焊接熔深，减少了工件的热输入，减少焊接变形。
本发明是用于不锈钢钨极氩弧焊的活性剂，活性剂是由CaO、Fe2O3、SiO2、Cr2O3、TiO2、MnO、B2O3组成，其重量配比为：CaO 5～8％、Fe2O3 5～8％、SiO2 30～43％、Cr2O3 12～20％、TiO2 7～8％、MnO8～11％、B2O3 20～30％。
本发明的有益之处：使用活性剂后能有效降低焊缝熔深对母材微量元素波动的敏感性。另外，使用活性剂后，焊接熔深显著增加，但焊接的电流保持不变，所以在相同的焊接电流条件下，减少了工件的热输入，焊接的变形是最小的。
附图说明
图1a为用于对比本发明第一个实施例的未涂覆活性剂的焊接熔池形状图，图1b为本发明第一个实施例中涂覆活性剂的焊接熔池形状图。
图2a本发明第一个实施例中涂覆和未涂覆活性剂的焊缝正面外观形貌图，图2b本发明第一个实施例中涂覆和未涂覆活性剂的焊缝背面外观形貌图。
图3本发明三个实施例焊接接头金相组织图，图3a为焊缝区金相组织图，图3b为过热区金相组织图。
图4a为用于对比本发明第二个实施例的未涂覆活性剂的焊接熔池形状图，图4b为本发明第二个实施例中涂覆活性剂的焊接熔池形状图。
图5a本发明第二个实施例中涂覆和未涂覆活性剂的焊缝正面外观形貌图，图5b本发明第二个实施例中涂覆和未涂覆活性剂的焊缝背面外观形貌图。
图6a为用于对比本发明第三个实施例的未涂覆活性剂的焊接熔池形状图，图6b为本发明第三个实施例中涂覆活性剂的焊接熔池形状图。
图7a本发明第三个实施例中涂覆和未涂覆活性剂的焊缝正面外观形貌图，图7b本发明第三个实施例中涂覆和未涂覆活性剂的焊缝背面外观形貌图。
具体实施方式
第一个实施例
本发明第一个实施例的活性剂重量配比为：CaO 5％、Fe2O3 6％、SiO237％、Cr2O3 15％、TiO2 7％、MnO 9％、B2O3 21％。焊接规范如表1所示：
表1 焊接规范
| 板厚mm | 电流A | 电压V | 焊速cm/min | 弧长mm | 焊枪倾角° | 气流量L/min |
| 10 | 180 | 12～13 | 70 | 3 | 90 | 12 |
将一定量的活性剂置于容器中，加入适量丙酮，使其成为糊状。用扁平毛刷将糊状活性剂刷涂于待焊工件表面，刷涂厚度以能遮盖母材本色为宜，刷涂宽度约20mm，每米焊道活性剂消耗量在5g左右，待丙酮挥发后便可焊接。
其技术效果为：
1、熔池形状
没有使用活性剂，对接10mm厚的板，需要开V型坡口，填丝，五、六道才能完成。如图1a所示，没有使用活性剂的熔深只有3mm，如图1b所示，有活性剂的熔深为10mm。使用活性剂的熔宽比无活性剂的熔宽略有减小，熔池的形状为典型的指状熔池。焊缝背面的余高小于2mm。
2、焊缝外观形貌
图2a所示，为焊缝的焊缝正面外观形貌图，焊缝在使用活性剂的涂层区明显变窄，表面成形良好，有少量黑色的点状熔渣，正面焊缝略有凹陷。图2b所示，为焊缝背面外观形貌图，没有使用活性剂区没有焊透，使用活性剂涂层区完全焊透，背面焊缝成形良好，余高小于2mm。
3、焊接接头金相组织
如图3a所示，使用活性剂后，所得到的焊缝金相组织为：90％左右的奥氏体+10％左右的铁素体+少量σ相，与常规的氩弧焊组织相同。如图3b所示，过热区也未出现异常的晶粒长大现象。
4、焊缝化学成份
母材、常规氩弧焊焊缝及钨极氩弧焊焊缝的化学成份如表2所示。由表可见，在不填焊丝的直边坡口氩弧焊中，使用活性剂与没有使用活性剂的焊缝成份与母材基本相同。显然，使用活性剂后对焊缝的化学成份影响不大。
表2 化学成份对比(Wt)％
| 取样位置 | C | Si | Mn | S | P | N | Ni | Cr |
| 母材焊缝(使用活性剂)焊缝(没有使用活性剂) | 0.0550.0540.054 | 0.540.530.53 | 1.801.721.73 | 0.0020.0020.002 | 0.0220.0240.022 | 0.010.010.01 | 8.248.128.10 | 18.2418.2818.38 |
5、焊接接头的力学性能
使用活性剂后，所测定的焊接接头的力学性能如表3所示。
表3 焊接接头的力学性能
| 拉伸试验σb/MPa | 冷弯试验(d＝3a，α＝180°) | 接头酸蚀后观察 | 冲击韧性试验AKV(常温)/J |
| 618 | 正、反弯合格 | 未见任何焊接缺陷 | 102.8 |
显然，使用活性剂后对焊接接头的力学性能也没有影响。
第二个实施例：
本发明第二个实施例的活性剂重量配比为：CaO 6％、Fe2O3 7％、SiO230％、Cr2O3 17％、TiO2 7％、MnO 11％、B2O3 22％。焊接规范如表1所示。使用活性剂后的技术效果如下：
1、熔池形状
如图4a所示，没有使用活性剂的熔深只有3mm，如图4b所示，使用活性剂的熔深为10mm。使用活性剂的熔宽比没有使用活性剂的熔宽明显减小，熔池的形状为典型的指状熔池。焊缝背面的余高小于2mm。
2、焊缝外观形貌
如图5a所示，为焊缝的正面外观形貌图，焊缝在使用活性剂涂层区明显变窄，表面成形良好，有少量黑色的点状熔渣，正面焊缝略有凹陷。如图5b所示，为焊缝的背面外观形貌图，没有使用活性剂区没有焊透，使用活性剂涂层区完全焊透，背面焊缝成形良好，余高小于2mm。
3、焊接接头金相组织
如图3a所示，使用活性剂后，所得到的焊缝金相组织为：90％左右的奥氏体+10％左右的铁素体+少量σ相，与常规的TIG焊组织相同。如图3b所示，过热区也未出现异常的晶粒长大现象。
4、焊缝化学成份
母材、常规氩弧焊焊缝及钨极氩弧焊焊缝的化学成份如表4所示。由表可见，在不填焊丝的直边坡口氩弧焊中，使用活性剂与没有使用活性剂的焊缝成份与母材基本相同。显然，使用活性剂后对焊缝的化学成份影响不大。
表4 化学成份对比(Wt)％
| 取样位置 | C | Si | Mn | S | P | N | Ni | Cr |
| 母材焊缝(使用活性剂)焊缝(没有使用活性剂) | 0.0500.0500.050 | 0.560.540.58 | 1.801.781.82 | 0.0020.0020.002 | 0.0200.0240.022 | 0.010.010.01 | 8.268.248.32 | 18.4218.4018.44 |
5、焊接接头的力学性能
使用活性剂后，所测定的焊接接头的力学性能如表5所示。
表5 焊接接头的力学性能
| 拉伸试验σb/MPa | 冷弯试验(d＝3a，α＝180°) | 接头酸蚀后观察 | 冲击韧性试验AKV(常温)/J |
| 620 | 正、反弯合格 | 未见任何焊接缺陷 | 102.7 |
显然，使用活性剂后对焊接接头的力学性能也没有影响。
第三个实施例：
本发明第三个实施例的活性剂重量配比为：CaO 5％、Fe2O3 5％、SiO240％、Cr2O3 12％、TiO2 8％、MnO 8％、B2O3 22％。焊接规范如表1所示。使用活性剂后的技术效果如下：
1、熔池形状
如图6a所示，没有使用活性剂的熔深只有3mm，使用活性剂的熔深为10mm。使用活性剂的熔宽比没有使用活性剂的熔宽明显减小，熔池的形状为典型的指状熔池。焊缝背面的余高小于2mm。
2、焊缝外观形貌
如图7a所示，为焊缝的正面外观形貌图，焊缝在使用活性剂涂层区明显变窄，表面成形良好，有少量黑色的点状熔渣。如图7b所示，为焊缝的背面外观形貌图，没有使用活性剂区没有焊透，使用活性剂涂层区完全焊透，背面焊缝成形良好，余高小于2mm。
3、焊接接头金相组织
如图3a所示，使用活性剂后，所得到的焊缝金相组织为：90％左右的奥氏体+10％左右的铁素体+少量σ相，与常规的氩弧焊组织相同。如图3b所示，过热区也未出现异常的晶粒长大现象。
4、焊缝化学成份
母材、常规氩弧焊焊缝及钨极氩弧焊焊缝的化学成份如表6所示。由表可见，在不填焊丝的直边坡口氩弧焊中，使用活性剂与没有使用活性剂的焊缝成份与母材基本相同。显然，使用活性剂后对焊缝的化学成份影响不大。
表6 化学成份对比(Wt)％
| 取样位置 | C | Si | Mn | S | P | N | Ni | Cr |
| 母材焊缝(没有使用活性剂)焊缝(使用活性剂) | 0.0530.0520.051 | 0.560.570.58 | 1.80.80.81 | 0.0020.0020.002 | 0.0200.0240.022 | 0.010.010.01 | 8.238.288.31 | 18.3218.3018.42 |
5、焊接接头的力学性能
使用活性剂后，所测定的焊接接头的力学性能如表7所示。
表7 焊接接头的力学性能
| 拉伸试验σb/MPa | 冷弯试验(d＝3a，α＝180°) | 接头酸蚀后观察 | 冲击韧性试验AKV(常温)/J |
| 619 | 正、反弯合格 | 未见任何焊接缺陷 | 102.9 |
显然，使用活性剂后对焊接接头的力学性能也没有影响。
Claims (1)
1、用于不锈钢钨极氩弧焊的活性剂，其特征是活性剂是由CaO、Fe2O3、SiO2、Cr2O3、TiO2、MnO、B2O3组成，其重量配比为：CaO 5～8％、Fe2O3 5～8％、SiO2 30～43％、Cr2O3 12～20％、TiO2 7～8％、MnO8～11％、B2O3 20～30％。
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