一種用於耐候鋼mag焊接的活性劑及使用方法
2023-08-06 15:01:51 2
一種用於耐候鋼mag焊接的活性劑及使用方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於耐候鋼MAG焊接的活性劑及使用方法，由顆粒度均為10～80μm、純度均為95%～99%的Cr2O3、TiO2、NaF和MgO粉末顆粒混合物組成，其成分按重量百分比分配分別為Cr2O3：15%～60%，TiO2：8%～30%，NaF：1%～30%，MgO：0%～76%，經充分混合均勻後與有機溶液混合，攪拌成糊狀；將母材用不鏽鋼鋼絲刷仔細打磨，直至露出光亮的金屬，用丙酮擦拭工件表面以去除表面油汙；糊狀活性劑塗覆在焊接工件表面，以覆蓋住原有的金屬光澤為宜；自然風乾或者利用吹風機或風道風吹向工件表面，待有機溶液揮發後進行MAG焊接，改善焊縫成形、改善焊縫組織，增加焊縫熔深和提高焊縫性能。
【專利說明】—種用於耐候鋼MAG焊接的活性劑及使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及材料加工工程領域，尤其是一種用於耐候鋼MAG焊接的活性劑及使用方法。
【背景技術】
[0002]活性劑技術是在焊前將含有某些微量元素的活性物質塗敷在待焊工件表面，然後進行焊接，以改善焊縫質量和成形。這種焊接方法對於提高焊接效率，改善焊接質量，降低焊接成本，增大焊縫熔深都有著積極作用。
[0003]在軌道車輛運行過程中，轉向架承受著安裝部件的工作載荷、制動、牽引和慣性力。我國鐵路運輸的不斷發展和軌道車輛的不斷提速對轉向架焊接構架接頭性能也提出了更高的要求。轉向架焊接構架結構主要包括側梁、橫梁、縱向輔助梁、空氣簧座板、空氣簧支撐梁、定位臂以及其它吊座支架等部件，其中側梁與定位臂、橫梁與縱向輔助梁、側梁與橫梁等連接部位均採用 焊接的形式。
[0004]SMA490鋼具有較高的強度、塑性和韌性等綜合力學性能，同時也有良好的耐大氣腐蝕性能，專門用於製造高速動車組轉向架焊接構架。焊接轉向架構架結構複雜，焊縫數量多且分布密集，材質厚度大，在施焊過程中因受焊接操作空間限制等因素的影響，不可避免地產生未熔合、未焊透的缺陷。因此增加焊縫熔深，保證焊接接頭質量就顯得勢在必行。
[0005]用普通熔焊方法進行鋼、鈦、鋁等材料的焊接時，由於電弧熱量分散及電弧衝擊力數值低等原因，在正常焊接參數下，考慮焊縫深寬比等成形方面的要求，通常單層焊接只能夠獲得較小的熔深。對於厚度較大的板材、管材以及特殊接頭的焊接，在需要背面完全熔透的條件下，就需要進行坡口加工以及採用多層焊接。為了增加熔深，提高焊接效率，20世紀60年代中期，巴頓焊接研究所提出了活性化TIG焊的概念並做了相關研究。研究結果表明，把某種成分的活性劑塗敷在被焊件母材的焊接區，在正常規範下焊接熔深大幅度提高。近年來國外科研機構和產業部門對活性化焊方法有深入研究的傾向，並已形成了 A-TIG焊的概念和技術。活性劑的使用顯著提高了 TIG焊接效率，節省焊接工時。
[0006]與TIG焊相比，MAG焊接方法本身具有更高的熔敷效率和更大的焊接熔深。如果能將活性劑和MAG結合進而發展出A-MAG焊的概念和技術，則有可能進一步增加焊接熔深，提聞焊接效率。
[0007]申請號為201010230874.8的專利:一種提高鋁合金MIG焊焊縫熔深的方法，公開了一種提高鋁合金MIG焊焊縫熔深的方法，屬於材料加工工程領域，該方法的具體工藝步驟是:第一步，採用顆粒度為40-80 μ m、純度為99.9%? SiO2, Cr2O3> Al2O3和TiO2粉末顆粒，按一定成分配比組合經均勻混合後，製備成鋁合金MG焊專用活性劑，其成分按重量百分比計算(Wt.% ) =SiO2:78-96 ；Cr2O3:2~12 ；A1203:1_5 ；Ti02:1_5 ;第二步，按上述設計成分製備好的鋁合金MIG焊專用活性劑採用等離子噴塗於被焊鋁合金結構件表面，採用MIG焊焊接鋁合金結構件，可實現在同等熱輸入量的情況下顯著提高MIG焊焊縫的熔深。但是上述專利中的活性劑適用於鋁合金的焊接中，並不適用於耐候鋼的焊接。[0008]鑑於此提出本發明。
【發明內容】
[0009]本發明的目的為克服現有技術的不足，提供一種用於耐候鋼MAG焊接的活性劑，能改善焊縫成形、改善焊縫組織，增加焊縫熔深和提高焊縫性能。
[0010]本發明的另一目的為提供一種用於耐候鋼MAG焊接的活性劑的使用方法。
[0011]為了實現該目的，本發明採用如下技術方案:
[0012]一種用於耐候鋼MAG焊接的活性劑，所述活性劑由顆粒度均為10?80 μ m、純度均為95%?99%的Cr203、TiO2, NaF和MgO粉末顆粒混合物組成，其成分按重量百分比分配分別為 Cr2O3:15% ?60%, TiO2:8% ?30%, NaF:1% ?30%, MgO:0% ?76%。
[0013]所述的活性劑中Cr203、Ti02、NaF和MgO粉末顆粒組成，其成分按重量百分比分配，分別為 Cr2O3:15% ?55%, TiO2:8% ?20%, NaF:1% ?30%, MgO:10% ?70%。
[0014]所述的活性劑中Cr203、Ti02、NaF和MgO粉末顆粒組成，其成分按重量百分比分配，分別為 Cr2O3:15% ?40%, TiO2:8% ?18%, NaF:5% ?25%, MgO:20% ?60%。
[0015]所述的活性劑中Cr203、Ti02、NaF和MgO粉末顆粒組成，其成分按重量百分比分配，分別為 Cr2O3:15% ?30%, TiO2:15% ?18%, NaF:5% ?25%, MgO:20% ?50%。
[0016]所述的活性劑中Cr203、Ti02、NaF和MgO粉末顆粒組成，其成分按重量百分比分配，分別為 Cr2O3:20%, TiO2:15%，NaF:20%，MgO:45%。
[0017]所述的活性劑中Cr203、Ti02、NaF和MgO粉末顆粒組成，其成分按重量百分比分配，分別為 Cr2O3:55%, TiO2:20%，NaF:15%，MgO:10%。
[0018]用於耐候鋼MAG焊接的活性劑的使用方法，按照以下步驟進行:
[0019]第一步:按重量配比進行活性劑配料製成用於耐候鋼MAG焊接的活性劑，經充分混合均勻後與有機溶液混合，攪拌成糊狀；
[0020]第二步:將母材用不鏽鋼鋼絲刷仔細打磨，直至露出光亮的金屬，用丙酮擦拭工件表面以去除表面油汙；
[0021]第三步:將第一步中製備好的糊狀活性劑塗覆在焊接工件表面，以覆蓋住原有的金屬光澤為宜；
[0022]第四步:自然風乾或者利用吹風機或風道風吹向工件表面，待有機溶液揮發後進行MAG焊接。
[0023]所述的有機溶液為丙酮或1%的羥乙基纖維素溶液。
[0024]所述的活性劑塗覆寬度比焊縫寬度至少大20mm。
[0025]所述的活性劑塗覆量為5_7mg/cm2。
[0026]採用本發明所述的技術方案後，帶來以下有益效果:
[0027]1、塗覆活性劑焊接焊縫熔深為未塗覆活性劑焊接焊縫熔深的1.2倍及以上，在焊槍可達性差、難熔焊接結構中可以獲得優良的焊接熔深。
[0028]2、活性劑的添加可以提高焊縫中心硬度。
[0029]3、使用活性劑前後，接頭的斷裂形式均為韌性斷裂，但塗敷活性劑之後斷口的等軸韌窩變得更加細小均勻。
[0030]4、活性劑具有收縮電弧的作用，活性劑的使用可以減小熱影響區寬度。[0031]5、活性劑的使用可以提高焊接接頭的衝擊性能。熱影響區的衝擊功數值明顯提高:12mmVHT衝擊功由31.82J提升為33.86J ;16mmVHT衝擊功由136J提升為155J。
[0032]6、焊縫飽滿，表面規則，波紋緻密，寬度均勻，餘高適中，符合標準EN970 ;磁粉探傷未發現任何表面裂紋，符合標準EN1290 ;射線探傷未檢測到任何內部缺陷，符合標準EN1435:1997 ;焊接接頭拉伸試件均斷裂在母材，延伸率在20%以上；在180°的彎曲條件下，所有彎曲試件均未產生裂紋；衝擊試件缺口距離熔合線1mm，-40°C條件下的衝擊功高於保證值27J。
[0033]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細的描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1:本發明中焊接結構圖
[0035]圖2:本發明中試件I的填充層3焊縫中心組織結構圖
[0036]圖3:本發明中試件2的填充層3焊縫中心組織結構圖
[0037]圖4:本發明中試件I的填充層2焊縫中心組織結構圖
[0038]圖5:本發明中試件2的填充層2焊縫中心組織結構圖
[0039]圖6:本發明中試件I的填充層3的熱影響區組織結構圖
[0040]圖7:本發明中試件2的填充層3的熱影響區組織結構圖
[0041]圖8:本發明中試件I的打底層的熱影響區組織結構圖
[0042]圖9:本發明中試件2的打底層的熱影響區組織結構圖
[0043]圖10:本發明中試件I結晶區組織結構圖
[0044]圖11:本發明中試件I剪切唇組織結構圖
[0045]圖12:本發明中試件I纖維區組織結構圖
[0046]圖13:本發明中試件2結晶區組織結構圖
[0047]圖14:本發明中試件2剪切唇組織結構圖
[0048]圖15:本發明中試件2纖維區組織結構圖
[0049]圖16:本發明中塗覆活性劑焊接示意圖
[0050]其中:1、活性劑，2、焊接工件，3、焊槍，4、熔池，5、焊縫。
【具體實施方式】
[0051]本發明所述一種用於耐候鋼MAG焊接的活性劑，所述活性劑由顆粒度均為10?80 μ m、純度均為95%?99%的Cr203、TiO2, NaF和MgO粉末顆粒混合物組成，其成分按重量百分比分配分別為 Cr2O3:15% ?60%, TiO2:8% ?30%, NaF:1% ?30%, MgO:0% ?76%。
[0052]優選活性劑中Cr203、Ti02、NaF和MgO粉末顆粒組成，其成分按重量百分比分配，分別為 Cr2O3:15% ?55%, TiO2:8% ?20%, NaF:1% ?30%, MgO:10% ?70%。
[0053]進一步優選活性劑中Cr203、TiO2, NaF和MgO粉末顆粒組成，其成分按重量百分比分配，分別為 Cr2O3:15% ?40%, TiO2:8% ?18%, NaF:5% ?25%, MgO:20% ?60%。
[0054]進一步優選活性劑中Cr203、TiO2, NaF和MgO粉末顆粒組成，其成分按重量百分比分配，分別為 Cr2O3:15% ?30%, TiO2:15% ?18%, NaF:5% ?25%, MgO:20% ?50%。
[0055]活性劑中Cr203、Ti02、NaF和MgO粉末顆粒組成，其成分按重量百分比分配，分別為Cr2O3:20%, TiO2:15%, NaF:20%, MgO:45%。
[0056]活性劑中Cr2O3、TiO2、NaF和MgO粉末顆粒組成，其成分按重量百分比分配，分別為Cr2O3:55%, TiO2:20%，NaF:15%，MgO:10%。
[0057]用於耐候鋼MAG焊接的活性劑的使用方法，按照以下步驟進行:
[0058]第一步:按重量配比進行活性劑配料製成用於耐候鋼MAG焊接的活性劑，經充分混合均勻後與有機溶液混合，攪拌成糊狀；
[0059]第二步:將母材用不鏽鋼鋼絲刷仔細打磨，直至露出光亮的金屬，用丙酮擦拭工件表面以去除表面油汙；
[0060]第三步:將第一步中製備好的糊狀活性劑塗覆在焊接工件表面，以覆蓋住原有的金屬光澤為宜；
[0061]第四步:自然風乾或者利用吹風機或風道風吹向工件表面，待有機溶液揮發後進行MAG焊接(見圖16)。
[0062]所述的有機溶液為丙酮或1%的羥乙基纖維素溶液，所述的活性劑塗覆寬度比焊縫寬度至少大20mm，所述的活性劑塗覆量為5-7mg/cm2，優選活性劑塗覆量為6mg/cm2。
[0063]平對接焊件焊接中，右側一半塗覆活性劑，左側一半沒有塗覆活性。焊接結果可看出活性劑使得工件焊透，未塗覆活性劑部分工件未焊透。焊接順序為先焊接有活性劑的一偵牝後焊接沒有活性劑的一側，焊接在同一工藝參數，即同一電流、電壓、間隙、焊接速度等參數下進行。
[0064]先焊接的部位對後焊接的部位有預熱的作用而容易造成後焊接部位的熔深更大，但是添加活性劑之後，熔深變化趨勢相反一先焊接的有活性劑一側的熔深更大，後焊接的無活性劑一側熔深反而較小。
[0065]有活性劑一側的背部受熱影響而產生的「彩色」區域的平均寬度為23.0mm,沒有活性劑一側背部受熱影響而產生的「彩色」區域的平均寬度為34.6mm。在有活性劑和沒有活性劑交接的地方產生了「彩色」區域寬度的突變。說明活性劑的添加收縮了電弧，可減小熱影響區的寬度。
[0066]如圖1所示，為塗覆活性劑的焊接示意圖，活性劑塗覆寬度為塗覆寬度比焊縫寬度至少大20mm，即假設焊縫寬度為d，塗覆寬度應不小於(d+20)mm，活性劑塗覆量為5_7mg/cm2。焊槍垂直於焊接工件表面。
[0067]本發明中優選採用松下YD—500GL3型氣體保護焊焊機進行的MAG焊接，焊絲選用Φ 1.2mm的CHW-55CNH實芯焊絲，保護氣體選用80%Ar+20%C02的混合氣體。對兩組試件進行焊接，試件I焊接工藝參數見表1、試件2焊接工藝參數見表2所示。
[0068]表1:
【權利要求】
1.一種用於耐候鋼MAG焊接的活性劑，其特徵在於:所述活性劑由顆粒度均為10?80 μ m、純度均為95%?99%的Cr203、TiO2, NaF和MgO粉末顆粒混合物組成，其成分按重量百分比分配分別為 Cr2O3:15% ?60%, TiO2:8% ?30%, NaF:1% ?30%, MgO:0% ?76%。
2.根據權利要求1所述的一種用於耐候鋼MAG焊接的活性劑，其特徵在於:所述的活性劑中Cr203、TiO2, NaF和MgO粉末顆粒組成，其成分按重量百分比分配，分別為Cr2O3:15% ?55%，TiO2:8% ?20%，NaF:1% ?30%，MgO:10% ?70%。
3.根據權利要求2所述的一種用於耐候鋼MAG焊接的活性劑，其特徵在於:所述的活性劑中Cr203、TiO2, NaF和MgO粉末顆粒組成，其成分按重量百分比分配，分別為Cr2O3:15% ?40%，TiO2:8% ?18%，NaF:5% ?25%，MgO:20% ?60%。
4.根據權利要求3所述的一種用於耐候鋼MAG焊接的活性劑，其特徵在於:所述的活性劑中Cr203、TiO2, NaF和MgO粉末顆粒組成，其成分按重量百分比分配，分別為Cr2O3:15% ?30%，TiO2:15% ?18%，NaF:5% ?25%，MgO:20% ?50%。
5.根據權利要求4所述的一種用於耐候鋼MAG焊接的活性劑，其特徵在於:所述的活性劑中Cr2O3、TiO2、NaF和MgO粉末顆粒組成，其成分按重量百分比分配，分別為Cr2O3:20%，TiO2:15%, NaF:20%，MgO:45%。
6.根據權利要求2所述的一種用於耐候鋼MAG焊接的活性劑，其特徵在於:所述的活性劑中Cr2O3、TiO2、NaF和MgO粉末顆粒組成，其成分按重量百分比分配，分別為Cr2O3:55%，TiO2:20%, NaF:15%，MgO:10%。
7.根據權利要求1-6任一所述用於耐候鋼MAG焊接的活性劑的使用方法，其特徵在於，按照以下步驟進行: 第一步:按重量配比進行活性劑配料製成用於耐候鋼MAG焊接的活性劑，經充分混合均勻後與有機溶液混合，攪拌成糊狀； 第二步:將母材用不鏽鋼鋼絲刷仔細打磨，直至露出光亮的金屬，用丙酮擦拭工件表面以去除表面油汙； 第三步:將第一步中製備好的糊狀活性劑塗覆在焊接工件表面，以覆蓋住原有的金屬光澤為宜； 第四步:自然風乾或者利用吹風機或風道風吹向工件表面，待有機溶液揮發後進行MAG焊接。
8.根據權利要求7所述的用於耐候鋼MAG焊接的活性劑的使用方法，其特徵在於，所述的有機溶液為丙酮或1%的羥乙基纖維素溶液。
9.根據權利要求7所述的用於耐候鋼MAG焊接的活性劑的使用方法，其特徵在於，所述的活性劑塗覆寬度比焊縫寬度至少大20mm。
10.根據權利要求7所述的用於耐候鋼MAG焊接的活性劑的使用方法，其特徵在於，所述的活性劑塗覆量為5-7mg/cm2。
【文檔編號】B23K9/235GK103962752SQ201310177977
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年5月14日 優先權日:2013年5月14日
【發明者】路浩, 王心紅, 張洪濤, 邢立偉, 陶傳琦, 李京信 申請人:南車青島四方機車車輛股份有限公司