TWI740748B - 用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑 - Google Patents

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Abstract

一種用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，用以解決用於對銲一不銹鋼工件與一碳鋼工件的習知攪拌摩擦銲接製程無法於現場施用，且需要分別於該不銹鋼工件及該碳鋼工件開槽加工而增加作業時間及製造成本等問題。該氬弧銲接助銲劑係包含以重量百分比計為25～35%的二氧化矽、20～30%的四氧化三鈷、15～20%的四氧化三錳、10～15%的三氧化二鎳、7～12%的三氧化鉬、6～11%的碳酸錳、5～10%的碳酸鎳及2～4%的三氟化鋁。

Description

用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑
本發明係關於一種氬弧銲接助銲劑，尤其是一種用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑。
異種鋼材的銲接係指將兩種或兩種以上不同化學成分的鋼材進行接合的製程，由於異種鋼材在物化性質及機械性質等均具有顯著的差異，因此更需要搭配特殊的銲接製程。
舉例而言，中國公告第103600167號專利案揭示一種不銹鋼工件與碳鋼工件的對銲製程，其係於該不銹鋼工件的側緣與該碳鋼工件的側緣分別形成斜面，該不銹鋼工件與該碳鋼工件的側緣相互抵接，使該二斜面形成一開放角度結構，接著將一不銹鋼銲絲填充至該開放角度結構中，並藉由攪拌摩擦銲接使該不銹鋼工件與該碳鋼工件共同形成一銲件。然而，攪拌摩擦銲接必須搭配特定機台，因而無法於現場施用，且該不銹鋼工件與該碳鋼工件必須要優先進行工件開槽加工程序，而增加作業時間及製造成本。
有鑑於此，確實有必要提供一種用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，可以搭配氬弧銲接製程，以解決前述問題。
為解決上述問題，本發明之目的係提供一種用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，可以搭配氬弧銲接製程，於現場進行銲接工序者。
本發明之次一目的係提供一種用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，可以搭配氬弧銲接製程，可以形成深且窄的銲道，進而免除工件開槽加工程序者。
本發明提供一種用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑可以包含以重量百分比計為25～35%的二氧化矽、20～30%的四氧化三鈷、15～20%的四氧化三錳、10～15%的三氧化二鎳、7～12%的三氧化鉬、6～11%的碳酸錳、5～10%的碳酸鎳及2～4%的三氟化鋁。
據此，本發明的用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，可以搭配氬弧銲接製程，因而可以於現場施用，達成提升該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑的施用靈活度之功效；再且，本發明的用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，可以搭配氬弧銲接製程，使該不銹鋼工件及該碳鋼工件共同形成一銲件，形成於該不銹鋼工件及該碳鋼工件之間的銲道具有至少0.9以上之深寬比，因而針對厚度較厚的工件，亦無須優先進行工件開槽加工程序，進一步避免因工件開槽加工程序而造成該銲件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所增加的作業時間與製造成本，為本發明之功效。
本發明的用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，其中，該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑可以包含以重量百分比計為25～28%的二氧化矽；或者，該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑可以包含以重量百分比計為20～23%的四氧化三鈷；再或者，該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑可以包含以重量百分比計為6～8%的碳酸錳；又或者，該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑可以包含以重量百分比計為5～7%的碳酸鎳；另或者，該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑可以包含以重量百分比計為2～3%的三氟化鋁。如此，有助於提升形成於該不銹鋼工件及該碳鋼工件之間的銲道具有至少0.9以上之深寬比。
本發明的用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，其中，該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑的粉末粒徑可以為介於50～90 μm之間；如此，可以提升該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑各粉末顆粒的混合均勻度，不僅使該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑更容易均勻地塗佈於該二工件之表面，且於進行氬弧銲接工作時，該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接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深度，為本發明之功效。
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：
本發明之一實施例的用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，係可以搭配氬弧銲接製程，進而銲接一不銹鋼工件及一碳鋼工件。
詳而言之，該不銹鋼工件可以為由ASTM 316不銹鋼所製成的不銹鋼工件，其化學成分如第1表所示，該碳鋼工件可以為由ASTM A36碳鋼所製成的碳鋼工件，其化學成分如第2表所示；惟該不銹鋼工件及該碳鋼工件亦可以由其他已知的不銹鋼或碳鋼所製成，此為本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以瞭解。
第1表、ASTM 316不銹鋼的化學成分
成分 碳 矽 錳 磷 硫 鎳 鉻 鉬 鐵
重量 百分比 ≦0.08 ≦0.75 ≦2.00 ≦0.045 ≦0.030 10.0～14.0 16.0～18.0 2.00～3.00 平衡量
第2表、ASTM A36碳鋼的化學成分
成分 碳 矽 磷 硫 銅 鐵
重量 百分比 ≦0.25 ≦0.40 ≦0.04 ≦0.05 ≧0.20 平衡量
該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，可以包含二氧化矽（SiO 2）、四氧化三鈷（Co 3O 4）、四氧化三錳（Mn 3O 4）、三氧化二鎳（Ni 2O 3）、三氧化鉬（MoO 3）、碳酸錳（MnCo 3）、碳酸鎳（NiCo 3）及三氟化鋁（AlF 3）等成分。
詳而言之，該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑可以包含以重量百分比計為25～35%的二氧化矽、20～30%的四氧化三鈷、15～20%的四氧化三錳、10～15%的三氧化二鎳、7～12%的三氧化鉬、6～11%的碳酸錳、5～10%的碳酸鎳及2～4%的三氟化鋁；較佳地，該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑可以包含以重量百分比計為25～28%的二氧化矽；或者包含以重量百分比計為20～23%的四氧化三鈷；再或者包含以重量百分比計為6～8%的碳酸錳；又或者包含以重量百分比計為5～7%的碳酸鎳；另或者包含以重量百分比計為2～3%的三氟化鋁；如此，在搭配氬弧銲接製程時，可以形成於該不銹鋼工件及該碳鋼工件之間的銲道具有至少0.9以上之深寬比，可以縮小分別形成於該不銹鋼工件及該碳鋼工件的熱影響區，進而降低該銲件熱變形及殘留應力；並且於施銲過程無銲接偏弧現象的發生。
此外，該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑的粉末粒徑可以為介於50～90 μm之間，如此，可以提升該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑各粉末顆粒的混合均勻度，不僅使該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑更容易均勻地塗佈於該不銹鋼工件及該碳鋼工件之表面，且於進行氬弧銲接工作時，該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接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深度。
為證實該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑確實可以搭配氬弧銲接製程，使該不銹鋼工件及該碳鋼工件共同形成一銲件，且能夠有效提高所形成的銲道深寬比，並可以避免銲接偏弧現象的發生，遂進行下述實驗：
（A）氬弧銲接助銲劑的配製
依據下列第3表所示之組分配比，將二氧化矽、四氧化三鈷、四氧化三錳、三氧化二鎳、三氧化鉬、碳酸錳、碳酸鎳及三氟化鋁等粉末混合後，以丙酮溶劑配製成泥漿狀，以形成第A01～A14組之氬弧銲接助銲劑。
第3表、第A01～A14組的氬弧銲接助銲劑的組分配比
組別 SiO 2 Co 3O 4 Mn 3O 4 Ni 2O 3 MoO 3 MnCO 3 NiCO 3 AlF 3
A01 20 17 20 16 6 12 4 5
A02 24 19 21 16 6 5 4 5
A03 25 18 21 15 8 5 4 4
A04 26 19 20 16 6 5 5 3
A05 25 15 10 15 8 12 10 5
A06 30 25 21 8 8 4 3 1
A07 24 19 14 9 6 12 11 5
A08 26 30 12 15 5 5 4 3
A09 30 25 17 5 10 5 4 4
A10 35 30 20 2 9 2 1 1
A11 28 23 18 10 8 6 5 2
A12 26 20 20 10 7 8 7 2
A13 25 20 15 15 12 6 5 2
A14 27 22 16 11 8 7 6 3
（B）銲件的性質
本試驗係選用厚度為6 mm的不銹鋼鋼板與厚度同樣為6 mm的碳鋼鋼板作為該不銹鋼工件及該碳鋼工件，利用粒度為400號數之碳化矽砂紙清除該不銹鋼鋼板及該碳鋼鋼板上的汙染物之後，再以丙酮擦拭該不銹鋼鋼板及該碳鋼鋼板。之後，利用毛刷將泥漿狀的第A01～A16組的氬弧銲接助銲劑塗佈於該不銹鋼鋼板及該碳鋼鋼板的表面，待丙酮溶劑完全揮發後再進行氬弧銲接製程，以分別獲得第B01～B14組的銲件。另，第B00組的銲件係在未塗佈任何氬弧銲接助銲劑的條件下，以氬弧銲接製程銲接該不銹鋼工件及該碳鋼工件所形成的銲件。
在進行氬弧銲接製程時，所使用的銲接電流為170 A，銲接速度為73 mm/min，保護氣體流率為8 L/min，背吹氣體流率為6 L/min，鎢棒電極使用EWLa-2（φ 3.2 mm），鎢棒電極的工作角度為60°，且鎢棒電極的尖端至該不銹鋼工件及該碳鋼工件的表面的距離為2～3 mm。
在進行氬弧銲接製程時，觀察是否有銲接偏弧現象的發生；且在進行氬弧銲接製程之後，取樣第B00～B14組銲件的銲道橫截面，並記錄各銲道之深度與寬度，以及計算各組銲件的銲道深寬比，其結果如第4表所示。
第4表、第B00～B14組銲件的銲道深度、銲道寬度、銲道深寬比及銲接偏弧現象的有無發生
組別 銲道深度（mm） 銲道寬度（mm） 銲道深寬比   銲接偏弧現象  
B00 3.0 9.7 0.31 有
B01 3.4 8.5 0.40 有
B02 4.5 9.2 0.49 有
B03 4.8 9.0 0.53 有
B04 5.1 8.8 0.58 有
B05 5.5 9.1 0.60 有
B06 5.3 8.3 0.64 有
B07 5.9 8.4 0.70 有
B08 5.6 7.3 0.77 有
B09 6.9 8.3 0.83 有
B10 7.1 8.2 0.87 有
B11 7.6 7.7 0.99 無
B12 7.4 8.0 0.93 無
B13 7.7 8.1 0.95 無
B14 7.5 7.8 0.96 無
第1a～1d圖分別顯示第B00、B01、B06、B11組銲件的銲道橫截面形態，其中，僅有第B11組銲件的銲道完全熔透。再如第4表所示，相較於第B01～B10組銲件的銲道，該第B11～14組銲件的銲道深度較深且銲道寬度較窄，其銲道深寬比為至少0.90以上，甚至高達0.99，因此可以形成較小的熱影響區，進而降低該銲件熱變形及殘留應力。
此外，再如第4表所示，使用第A11～A14組之氬弧銲接助銲劑進行氬弧銲接製程時，亦無銲接偏弧現象的發生。
綜上所述，本發明的用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，可以搭配氬弧銲接製程，因而可以於現場施用，達成提升該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑的施用靈活度之功效。
再且，本發明的用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，可以搭配氬弧銲接製程，使該不銹鋼工件及該碳鋼工件共同形成一銲件，形成於該不銹鋼工件及該碳鋼工件之間的銲道具有至少0.9以上之深寬比，因而針對厚度較厚的工件，亦無須優先進行工件開槽加工程序，進一步避免因工件開槽加工程序而造成該銲件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所增加的作業時間與製造成本，為本發明之功效。
此外，藉由本發明的用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，可以形成於該不銹鋼工件及該碳鋼工件之間的銲道具有至少0.9以上之深寬比，可以縮小分別形成於該不銹鋼工件及該碳鋼工件的熱影響區，進而降低該銲件熱變形及殘留應力；並且於施銲過程無銲接偏弧現象的發生，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。
無
［第1a圖］  未使用氬弧銲接助銲劑，在進行氬弧銲接工序所形成之第B00組銲件的銲道橫截面形態圖；其中，虛線圈圍處為銲道範圍，W為銲道寬度，且D為銲道深度。 ［第1b圖］ 使用第A01組氬弧銲接助銲劑，在進行氬弧銲接工序所形成之第B01組銲件的銲道橫截面形態圖；其中，虛線圈圍處為銲道範圍，W為銲道寬度，且D為銲道深度。 ［第1c圖］  使用第A06組氬弧銲接助銲劑，在進行氬弧銲接工序所形成之第B06組銲件的銲道橫截面形態圖；其中，虛線圈圍處為銲道範圍，W為銲道寬度，且D為銲道深度。 ［第1d圖］ 使用第A11組氬弧銲接助銲劑，在進行氬弧銲接工序所形成之第B11組銲件的銲道橫截面形態圖；其中，虛線圈圍處為銲道範圍，W為銲道寬度，且D為銲道深度。

Claims (7)

  1. 一種用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，包含以重量百分比計為25～35%的二氧化矽、20～30%的四氧化三鈷、15～20%的四氧化三錳、10～15%的三氧化二鎳、7～12%的三氧化鉬、6～11%的碳酸錳、5～10%的碳酸鎳及2～4%的三氟化鋁。
  2. 如請求項1之用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，其中，該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑包含以重量百分比計為25～28%的二氧化矽。
  3. 如請求項1之用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，其中，該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑包含以重量百分比計為20～23%的四氧化三鈷。
  4. 如請求項1之用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，其中，該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑包含以重量百分比計為6～8%的碳酸錳。
  5. 如請求項1之用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，其中，該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑包含以重量百分比計為5～7%的碳酸鎳。
  6. 如請求項1之用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，其中，該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑包含以重量百分比計為2～3%的三氟化鋁。
  7. 如請求項1～6中任一項之用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑，其中，該用於銲接異種鋼材的氬弧銲接助銲劑的粉末粒徑為介於50～90 μm之間。
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