TWI633059B

TWI633059B - 雙相不銹鋼助銲劑

Info

Publication number: TWI633059B
Application number: TW106143400A
Authority: TW
Inventors: Kuang Hung Tseng; 曾光宏
Original assignee: National Pingtung University Of Science & Technology; 國立屏東科技大學
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2018-08-21
Also published as: US20190176272A1; TW201927691A; US10792769B2; JP6734356B2; JP2019104060A

Abstract

一種雙相不銹鋼助銲劑，係用以解決鎢極惰氣銲接應用於銲接厚度大於3mm之工件時產生銲道熔深不足的問題。該雙相不銹鋼助銲劑係包含以重量百分比計25~35%二氧化矽、20~25%三氧化二鉻、10~20%三氧化鉬、10~15%氧化鎳、5~10%氧化鐵、5~10%四氧化三鈷、5~10%二氧化錳及3~5%氧化銅。

Description

雙相不銹鋼助銲劑

本發明係關於一種助銲劑，特別係關於一種用於銲接雙相不銹鋼的助銲劑。

雙相不銹鋼(duplex stainless steel)屬於鐵鉻鎳系不銹鋼，其顯微組織為由肥粒鐵(ferrite)與沃斯田鐵(austenite)所組成的雙相結構(其中任一單相結構的含量最少需大於30%)。雙相不銹鋼除了具有優異的耐大氣腐蝕能力與耐孔蝕能力外，也具有較佳的機械強度、破裂韌性及耐氯離子應力腐蝕破裂能力等。由於雙相不銹鋼為集耐腐蝕性、機械強度及製造加工等諸多優異性能於一身的鋼材，因此廣泛應用於石油化工設備、海水淡化設備、油氣輸送管線、壓力容器、造紙機械及熱交換器等工業領域。

鎢極惰氣銲接(Tungsten Inert Gas Welding)為一種高品質電弧銲接製程，常應用於進行鋁合金、鈦合金、不銹鋼及鎳基超合金等金屬材料的銲接工作。鎢極惰氣銲接係於惰性氣體(如氬氣、氦氣或氬氦混合氣等)保護下，以一鎢棒電極引導產生一電弧作為銲接熱源，於二工件之抵接處熔融一習知銲條，使熔融之習知銲條於該二工件之抵接處形成一銲池，待該銲池冷卻固化後即可以形成緊密接合該二工件之一銲道，使該二工件於銲接後形成一銲件，而完成銲接工序。然而，由於鎢極惰氣銲接的熱源功率密度較低，所形成之銲池較寬而淺，造成銲接厚度大於3mm之工件時，會產生銲道熔深不足的問題。

為解決前述問題，施銲者可以在銲接前進行一工件開槽加工程序。如第1a圖所示，該工件開槽加工程序係以一銑刀M於一工件9之側緣91銑削形成一斜面92，並以相同方式使另一工件9’之側緣91’形成另一斜面92’。請續參照第1b、1c圖所示，進行銲接時，施銲者可以抵接該二工件9、9’之側緣91、91’，使該二斜面92與92’形成一開放角度結構，續以一鎢棒電極E及一習知銲條W於該開放角度結構進行多道次施銲工序而形成一銲道93。然而，前述工件開槽加工程序雖然可以提高該銲道93之熔深，卻會造成該銲道93之寬度過大。此外，於施銲過程，該銲接熱源會於銲接處附近形成一熱影響區，而由於前述工件開槽加工程序及接續之多道次施銲工序更會導致該熱影響區過大，除了會降低所獲得之雙相不銹鋼銲件機械強度外，亦會導致該銲件發生嚴重之熱變形量與殘留應力的問題，甚至會顯著弱化該銲道耐腐蝕能力。再者，前述工件開槽加工程序及接續之多道次施銲工序亦將增加額外的生產時間與製造成本。

依據上述，如果能夠提供一種可以應用於銲接雙相不銹鋼之雙相不銹鋼助銲劑，即可以免除該工件開槽加工程序及接續之多道次施銲工序，進而可以改善上述的問題。

為解決上述問題，本發明的目的係提供一種雙相不銹鋼助銲劑，可以形成深而窄的銲道，進而可以免除前述工件開槽加工程序及接續之多道次施銲工序者。

本發明係提供一種雙相不銹鋼助銲劑，其可以包含以重量百分比計25~35%二氧化矽、20~25%三氧化二鉻、10~20%三氧化鉬、10~15%氧化鎳、5~10%氧化鐵、5~10%四氧化三鈷、5~10%二氧化錳及3~5%氧化銅。

本發明之雙相不銹鋼助銲劑藉由特定配比之二氧化矽、三氧化二鉻、三氧化鉬、氧化鎳、氧化鐵、四氧化三鈷、二氧化錳及氧化銅，因而在應用於銲接雙相不銹鋼工件時，能夠有效提高所形成之銲道深寬比，不僅能夠降低銲接形成之熱變形量與殘留應力，在針對銲接厚度大於3mm之厚板雙相不銹鋼工件時，更可以免除工件開槽加工程序及接續之多道次施銲工序，進一步避免因工件開槽加工程序及接續之多道次施銲工序而造成銲件之機械強度降低與熱影響區過寬的問題，亦可以降低工件開槽加工程序及接續之多道次施銲工序所增加的生產時間與製造成本，為本發明之功效。

本發明之雙相不銹鋼助銲劑中，氧化鎳及二氧化錳佔該雙相不銹鋼助銲劑的重量百分比之15~20%；如此，本發明之雙相不銹鋼助銲劑在應用於銲接雙相不銹鋼時，所獲得之銲道肥粒鐵含量與沃斯田鐵含量可以維持約各佔50%的良好比例，使該銲道仍然可以保有雙相不銹鋼優異的耐腐蝕能力，為本發明之功效。

本發明之雙相不銹鋼助銲劑中，該雙相不銹鋼助銲劑的粉末顆粒之粒徑為50~90μm；如此，可以提升該雙相不銹鋼助銲劑各粉末顆粒的混合均勻度，不僅使該雙相不銹鋼助銲劑更容易均勻地塗佈於該二工件之表面，且於進行銲接工作時，該雙相不銹鋼助銲劑較容易被銲接熱源完全熔融，而可以有效提高該銲道的熔透深度，為本發明之功效。

〔本發明〕

1‧‧‧工件

1’‧‧‧工件

11‧‧‧側緣

11’‧‧‧側緣

12‧‧‧銲道

2‧‧‧助銲劑

3‧‧‧包含助銲劑的填料金屬

31‧‧‧延伸端

B‧‧‧毛刷

E‧‧‧鎢棒電極

F‧‧‧填料金屬

〔習知〕

9‧‧‧工件

9’‧‧‧工件

91‧‧‧側緣

91’‧‧‧側緣

92‧‧‧斜面

92’‧‧‧斜面

93‧‧‧銲道

E‧‧‧鎢棒電極

M‧‧‧銑刀

W‧‧‧習知填料金屬

第1a圖：工件開槽加工程序中，預先開槽加工的示意圖。

第1b圖：工件開槽加工程序中，多道次施銲工序的示意圖。

第1c圖：工件開槽加工程序中，經多道次施銲工序所形成之銲道的剖面圖。

第2圖：本發明之雙相不銹鋼助銲劑塗佈於二工件之抵接處的示意圖。

第3a圖：以本發明之雙相不銹鋼助銲劑製成之包捲式填料金屬的立體結構圖(一)。

第3b圖：以本發明之雙相不銹鋼助銲劑製成之披覆式填料金屬的立體結構圖(二)。

第3c圖：以本發明之雙相不銹鋼助銲劑製成之包捲式填料金屬的立體結構圖(三)。

第3d圖：以本發明之雙相不銹鋼助銲劑製成之包捲式填料金屬的立體結構圖(四)。

第4a圖：使用以本發明雙相不銹鋼助銲劑製成之包捲式或披覆式填料金屬進行銲接的銲接狀態示意圖。

第4b圖：塗佈助銲劑或使用前述包捲式、披覆式填料金屬進行銲接所形成之銲道的剖面圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明所述之雙相不銹鋼，係可以指UNS S32101、UNS S32304、UNS S32205及UNS S32550等標準型雙相不銹鋼種，此為本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以瞭解，惟仍應不以此為限。

本發明之一實施例的雙相不銹鋼助銲劑，係可以包含二氧化矽(SiO₂)、三氧化二鉻(Cr₂O₃)、三氧化鉬(MoO₃)、氧化鎳(NiO)、氧化鐵(FeO)、四氧化三鈷(Co₃O₄)、二氧化錳(MnO₂)及氧化銅(CuO)等成分，其可以搭配鎢極惰氣銲接，應用於銲接厚度大於3mm之工件。

詳而言之，該雙相不銹鋼助銲劑可以包含以重量百分比計25~35%二氧化矽、20~25%三氧化二鉻、10~20%三氧化鉬、10~15%氧化鎳、5~10%氧化鐵、5~10%四氧化三鈷、5~10%二氧化錳及3~5%氧化銅，而能夠有效提高所形成之銲道深寬比，其中氧化鎳及二氧化錳佔該雙相不銹鋼助銲劑的重量百分比之15~20%，藉此更可以維持所獲得之銲道肥粒鐵含量與沃斯田鐵含量的良好比例，使該銲道仍然可以保有雙相不銹鋼優異的耐腐蝕能力。此外，該雙相不銹鋼助銲劑的粉末顆粒之粒徑為50~90μm，如此，可以提升該雙相不銹鋼助銲劑各粉末顆粒的混合均勻度，不僅使該雙相不銹鋼助銲劑更容易均勻地塗佈於該二工件之表面，且於進行銲接工作時，該雙相不銹鋼助銲劑較容易被銲接熱源完全熔融，而可以有效提高該銲道的熔透深度。

請參照第2圖所示，在進行銲接前，施銲者可以使二工件1、1’之側緣11、11’抵接，以一毛刷B將該雙相不銹鋼助銲劑2塗佈於該二工件1、1’之抵接處，待塗佈完成後即可進行後續之銲接工作。

又，請參照第3a~3d圖所示，該雙相不銹鋼助銲劑另可以和一填料金屬F共同製成一包含助銲劑的填料金屬3，進而以鎢極惰氣銲接方法進行施銲工作。該包含助銲劑的填料金屬3係可以由該雙相不銹鋼助銲劑2填充於具中空條狀之填料金屬F的內部所形成(第2a圖)，亦可以由該雙相不銹鋼助銲劑2環繞披覆於具實心條狀之填料金屬F的外部所形成(第2b圖)。另可以將該填料金屬F輾壓成薄片狀，以包捲該雙相不銹鋼助銲劑2(第2c圖)；或於包捲該雙相不銹鋼助銲劑2後，該薄片狀填料金屬F可以形成至少一延伸端31以延伸入該包含助銲劑的填料金屬3之內部(第2d圖)。藉由該包含助銲劑的填料金屬3的使用，可以免除人工塗佈雙相不銹鋼助銲劑的不便，且可以應用於銲接自動化生產，進而可以大幅提高生產效率。

請參照第4a圖所示，施銲者於使用上述包含助銲劑的填料金屬3時，可以配合該鎢棒電極E，使該填料金屬F及該雙相不銹鋼助銲劑2共同熔融於該二工件1、1’之側緣11、11’間而形成該銲池，待該銲池冷卻固化後形成銲道。如4b圖所示，所形成之銲道12係為熔深較深、寬度較窄，且深寬比較大的形態。

為證實本發明之雙相不銹鋼助銲劑確實可以應用於銲接雙相不銹鋼，使該二工件形成該銲件，且能夠有效提高所形成之銲道深寬比，並可以維持該銲道中之肥粒鐵含量與沃斯田鐵含量良好比例，遂進行下述實驗：本試驗係選用厚度為5.5mm之UNS S32205雙相不銹鋼板作為該工件，並將如第1表所示之雙相不銹鋼助銲劑(以甲醇、丙酮或異丙醇等揮發性有機溶劑配製成泥漿狀混合物)塗佈於該二工件之表面，待揮發性有機溶劑完全揮發後即可以進行銲接工作。其中，第A0組為未塗佈助銲劑狀態下而直接進行鎢極惰氣銲接的組別。

於銲後取各組銲件的橫截面，記錄銲道的熔深及其寬度，及計算銲道深寬比，另進行肥粒鐵含量量測，進而計算銲道顯微組織含量(肥粒鐵含量/沃斯田鐵含量)百分比，其結果如第2表所示。

由上述結果可以得知，藉由該雙相不銹鋼助銲劑的使用，確實可以有效提高所形成之銲道深寬比(>0.8)，且所獲得之銲道肥粒鐵含量與沃斯田鐵含量可以維持約各佔50%的良好比例。

綜合上述，本發明之雙相不銹鋼助銲劑藉由特定配比之二氧化矽、三氧化二鉻、三氧化鉬、氧化鎳、氧化鐵、四氧化三鈷、二氧化錳及氧化銅，因而在應用於銲接雙相不銹鋼時，能夠有效提高所形成之銲道深寬比，不僅能夠降低銲接形成之熱變形量與殘留應力，在針對銲接厚度大於3mm之厚板工件時，更可以免除工件開槽加工程序及接續之多道次施銲工序，進一步避免因工件開槽加工程序及接續之多道次施銲工序而造成銲件之機械強度降低與熱影響區過寬的問題，亦可以降低工件開槽加工程序及接續之多道次施銲工序所增加的生產時間與製造成本，為本發明之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種雙相不銹鋼助銲劑，包含以重量百分比計25~35%二氧化矽、20~25%三氧化二鉻、10~20%三氧化鉬、10~15%氧化鎳、5~10%氧化鐵、5~10%四氧化三鈷、5~10%二氧化錳及3~5%氧化銅。
如申請專利範圍第1項所述之雙相不銹鋼助銲劑，其中，氧化鎳及二氧化錳佔該雙相不銹鋼助銲劑的重量百分比之15~20%。
如申請專利範圍第1項所述之雙相不銹鋼助銲劑，其中，該雙相不銹鋼助銲劑的粉末顆粒之粒徑為50~90μm。