TWI773514B - 用於銲接鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑 - Google Patents

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Abstract

一種用於銲接鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑，用以於二鉻鉬鋼工件之間形成兼具有強度及韌性的銲道。該氬弧銲接助銲劑係包含以重量百分比計為30～44%的二氧化矽、20～35%的二氧化錳、14～24%的三氧化二鉻、9～19%的三氧化二鎳、7～14%的三氧化鉬及5～10%的二氟化鈣。

Description

用於銲接鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑
本發明係關於一種氬弧銲接助銲劑，尤其是一種用於銲接鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑。
鉻鉬鋼（chromium molybdenum steel）係指主要包含錳、鉻及鉬等元素的機械構造用合金鋼，其中，用於製造各種機械零組件的鉻鉬鋼，其具有優良的強度（strength）、韌性（toughness）及疲勞限界（fatigue limit），且可銲接性（weldability）、可鑄造性（castability）、可鍛造性（forgeability）及可切削性（machinability）等性質亦為良好。
再且，鉻鉬鋼在高溫下（400～500℃）仍具有良好的潛變強度（creep strength），因而可以應用於製作在高溫高壓下使用的機械零組件，也因此，在進行銲接作業時，必須配合所使用的鉻鉬鋼的性質進行調整，使所形成的銲道能夠兼具強度及韌性，避免該銲道發生破斷現象。
有鑑於此，確實有必要提供一種用於銲接鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑，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鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑，可以搭配氬弧銲接製程，可以形成深且窄的銲道者。
本發明提供一種用於銲接鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑可以包含以重量百分比計為30～44%的二氧化矽、20～35%的二氧化錳、14～24%的三氧化二鉻、9～19%的三氧化二鎳、7～14%的三氧化鉬及5～10%的二氟化鈣。
據此，本發明的用於銲接鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑，可以搭配氬弧銲接製程，使該二鉻鉬鋼工件共同形成一銲件，且形成於該二鉻鉬鋼工件之間的銲道具有至少0.8以上的深寬比，可以縮小形成於該二鉻鉬鋼工件的熱影響區，進而達成降低該銲件熱變形及殘留應力之功效。再且，針對厚度較厚的鉻鉬鋼工件（例如厚度＞3 mm的鉻鉬鋼工件），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。
本發明的用於銲接鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑，其中，該用於銲接鉻鉬鋼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鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑各粉末顆粒的混合均勻度，不僅使該用於銲接鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑更容易均勻地塗佈於該二鉻鉬鋼工件之表面，且於進行氬弧銲接工作時，該用於銲接鉻鉬鋼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寬比，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鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑，係可以搭配氬弧銲接製程，進而銲接二鉻鉬鋼工件。
詳而言之，該鉻鉬鋼工件可以為由JIS SCM 430（AISI 4130）鋼材所製成的機械構造用合金鋼工件，或為由JIS SCM 435（AISI 4135）鋼材所製成的機械構造用合金鋼工件，再或為由JIS SCM 440（AISI 4140）鋼材所製成的機械構造用合金鋼工件，另或為由JIS SCM 445（AISI 4145）鋼材所製成的機械構造用合金鋼工件等；惟該鉻鉬鋼工件亦可以由其他已知的含錳、鉻及鉬等元素所製成的機械構造用合金鋼，此為本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以瞭解，於此不再贅述。
於本實施例中，係使用由JIS SCM 435（AISI 4135）鋼材所製成的機械構造用合金鋼工件。JIS SCM 435（AISI 4135）鋼材所製成的機械構造用合金鋼包含以重量百分比計為0.33～0.38%的碳（carbon，C）、0.15～0.35%的矽（silicon，Si）、0.60～0.85%的錳（manganese，Mn）、≦0.03%的磷（phosphorus，P）、≦0.03%的硫（sulfur，S）、0.9～1.2%的鉻（chromium，Cr）、0.15～0.30%的鉬（molybdenum，Mo）、≦0.3%的銅（cupper，Cu），以及平衡量的鐵（iron，Fe；約佔97.33～97.87%）。
該用於銲接鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑，可以包含二氧化矽（SiO 2）、二氧化錳（MnO 2）、三氧化二鉻（Cr 3O 3）、三氧化二鎳（Ni 2O 3）、三氧化鉬（MoO 3）及二氟化鈣（CaF 2）等成分。
詳而言之，該用於銲接鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑可以包含以重量百分比計為30～44%的二氧化矽、20～35%的二氧化錳、14～24%的三氧化二鉻、9～19%的三氧化二鎳、7～14%的三氧化鉬及5～10%的二氟化鈣；如此，在搭配氬弧銲接製程時，可以形成於該二鉻鉬鋼工件之間的銲道具有至少0.8以上的深寬比，可以縮小形成於該二鉻鉬鋼工件的熱影響區，進而降低該銲件熱變形及殘留應力。
此外，該用於銲接鉻鉬鋼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鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑各粉末顆粒的混合均勻度，不僅使該用於銲接鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑更容易均勻地塗佈於該二鉻鉬鋼工件之表面，且於進行氬弧銲接工作時，該用於銲接鉻鉬鋼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寬比。
為證實該用於銲接鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑確實可以搭配氬弧銲接製程，使該二鉻鉬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，遂進行下述實驗：
（A）氬弧銲接助銲劑的配製
混合以重量百分比計為25%的二氧化矽、15%的二氧化錳、25%的三氧化二鉻、20%的三氧化二鎳、5%的三氧化鉬及10%的二氟化鈣等粉末之後，以丙酮溶劑配製成泥漿狀，以形成第A01組之氬弧銲接助銲劑；第A02～A14組之氬弧銲接助銲劑的配製方式同上，惟二氧化矽、二氧化錳、三氧化二鉻、三氧化二鎳、三氧化鉬及二氟化鈣等粉末的配比如第1表所示。
第1表、第A01～A14組的氬弧銲接助銲劑的組分配比
組別 SiO 2 MnO 2 Cr 2O 3 Ni 2O 3 MoO 3 CaF 2
A01 25 15 25 20 5 10
A02 25 19 13 18 15 10
A03 28 18 26 15 6 7
A04 29 15 28 8 6 14
A05 35 16 14 10 15 10
A06 35 35 10 7 6 7
A07 40 17 25 8 5 5
A08 45 10 12 12 13 8
A09 29 19 13 6 20 13
A10 30 20 14 19 7 10
A11 32 20 15 13 14 6
A12 31 24 24 9 7 5
A13 30 35 14 9 7 5
A14 44 20 14 9 8 5
（B）銲件的性質
本試驗係選用厚度同樣為10 mm的二鉻鉬鋼鋼板作為該二鉻鉬鋼工件1、1’，利用粒度為200號數之碳化矽砂紙清除該二鉻鉬鋼鋼板上的汙染物之後，再以丙酮擦拭該二鉻鉬鋼鋼板。
之後，如第1圖所示，將該二鉻鉬鋼工件1、1’之側緣11、11’抵接，利用一毛刷B將泥漿狀的第A01～A14組的氬弧銲接助銲劑2塗佈於該二鉻鉬鋼工件1、1’的表面，待丙酮溶劑完全揮發之後，再以雙面對接方式（double-sided butt）進行氬弧銲接製程。
如第2圖所示，係使用一鎢棒電極E，使該氬弧銲接助銲劑熔融於該二工件1、1’之側緣11、11’間形成該銲池，待該銲池冷卻固化後形成銲道12，進而分別獲得第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二鉻鉬鋼工件1、1’所形成的銲件。
在進行氬弧銲接時，所使用的銲接電流為180 A，銲接速度為50 mm/min，保護氣體流率為8 L/min，鎢棒電極E的材質為EWLa-2（φ 3.2 mm），鎢棒電極E的工作角度為60°，且鎢棒電極E的尖端至該二鉻鉬鋼工件1、1’的表面的距離為2 mm。
在進行氬弧銲接後，取樣第B00～B14組銲件的銲道12之橫截面，並記錄各銲道12之深度與寬度（如第2圖所示，上方銲道12的銲道深度D1、銲道寬度W1，及下方銲道12的銲道深度D2、銲道寬度W2），以及計算各組銲件的銲道深寬比，第B00～B14組銲件的上方銲道12的銲道深度D1、銲道寬度W1，及下方銲道12的銲道深度D2、銲道寬度W2，以及分別計算出的上方銲道12及下方銲道12的銲道深寬比之結果如第2表所示，另計算上方銲道12及下方銲道12的銲道深寬比的平均值，同樣記錄於第2表。
第2表、第B00～B14組銲件的銲道深度、銲道寬度、銲道深寬比
組別 銲道深度（mm） 銲道寬度（mm） 銲道深寬比
D1 D2 W1 W2 D1/W1 D2/W2 平均值
B00 2.65 2.95 10.21 10.85 0.26 0.27 0.27
B01 3.31 3.71 10.32 10.80 0.32 0.34 0.33
B02 3.23 3.63 9.02 10.08 0.36 0.36 0.36
B03 3.65 3.31 8.55 8.51 0.43 0.39 0.41
B04 4.39 4.21 8.51 8.53 0.52 0.49 0.50
B05 4.02 3.80 8.60 8.24 0.47 0.46 0.46
B06 4.84 5.08 11.44 12.32 0.42 0.41 0.42
B07 4.76 4.48 7.85 7.77 0.61 0.58 0.59
B08 4.53 4.77 7.82 7.64 0.58 0.62 0.60
B09 4.56 4.98 7.81 7.85 0.58 0.63 0.61
B10 5.65 5.61 7.01 6.99 0.81 0.80 0.80
B11 5.62 5.68 6.79 7.03 0.83 0.81 0.82
B12 5.50 5.44 6.39 6.47 0.86 0.84 0.85
B13 5.60 5.46 6.25 6.35 0.90 0.86 0.88
B14 5.68 5.76 6.41 6.63 0.89 0.87 0.88
第3～6圖分別顯示第B00、B03、B09、B13組銲件的銲道12之橫截面形態，其中，僅有第B13組銲件的銲道12已完全熔透。再如第2表所示，相較於第B01～B09組銲件的銲道12，該第B10～14組銲件的銲道深度較深且銲道寬度較窄，經換算可知該第B10～B14組銲件的銲道深寬比為至少0.80以上，甚至高達0.88，因此可以形成較窄的熱影響區，進而降低該銲件熱變形及殘留應力。
綜上所述，藉由本發明的用於銲接鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑，可以搭配氬弧銲接製程，使該二鉻鉬鋼工件共同形成一銲件，且形成於該二鉻鉬鋼工件之間的銲道具有至少0.8以上的深寬比，可以縮小形成於該二鉻鉬鋼工件的熱影響區，進而達成降低該銲件熱變形及殘留應力之功效。
再且，針對厚度較厚的鉻鉬鋼工件（例如厚度＞3 mm的鉻鉬鋼工件），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。
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。
﹝本發明﹞ 1,1’:鉻鉬鋼工件 1,11’:側緣 12:銲道 2:氬弧銲接助銲劑 B:毛刷 D1,D2:銲道深度 E:鎢棒電極 W1,W2:銲道寬度
［第1圖］  塗佈本發明之鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑的示意圖。 ［第2圖］  以雙面對接方式，將二鉻鉬鋼工件銲接形成一銲件的示意圖。 ［第3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。 ［第4圖］  使用第A03組氬弧銲接助銲劑，在進行氬弧銲接工序所形成之第B03組銲件的銲道橫截面形態圖，其中，虛線圈圍處為銲道範圍。 ［第5圖］  使用第A09組氬弧銲接助銲劑，在進行氬弧銲接工序所形成之第B09組銲件的銲道橫截面形態圖，其中，虛線圈圍處為銲道範圍。 ［第6圖］  使用第A13組氬弧銲接助銲劑，在進行氬弧銲接工序所形成之第B13組銲件的銲道橫截面形態圖，其中，虛線圈圍處為銲道範圍。

Claims (2)

  1. 一種用於銲接鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑，包含以重量百分比計為30～44%的二氧化矽、20～35%的二氧化錳、14～24%的三氧化二鉻、9～19%的三氧化二鎳、7～14%的三氧化鉬及5～10%的二氟化鈣。
  2. 如請求項1之用於銲接鉻鉬鋼的氬弧銲接助銲劑，其中，該用於銲接鉻鉬鋼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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