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专利名称：一种基于2205双相不锈钢A-TIG焊活性剂

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410577374.3

专利申请（专利权）人：张家界航空工业职业技术学院
权利人地址：湖南省张家界市永定区大庸桥街道热水坑居委会

专利发明（设计）人：发明人:张攀,龚婷洁,宋斌,邵伟芹,邵绪威,邢龙,秦敏芳

专利摘要：本发明公开了一种基于2205双相不锈钢A?TIG焊活性剂，属于金属焊接技术领域；该A?TIG焊活性剂由以下质量百分比组成：SiO2粉末20～40％、Cr2O3粉末20～30％、Al2O3粉末10～30％、TiO2粉末5～10％、MnO2粉末15～30％、Y2O3粉末5～10％、NaCl粉末5～10％；B2O3粉末3～10％、MgO粉末2～10％、CuO粉末3～10％；利用此种活性剂后焊缝微观组织中奥氏体从铁素体析出更为成熟，组织性能优异，焊件屈服强度和抗拉强度显著提升；焊缝硬度显著提高，对于基于2205双相不锈钢A?TIG焊具有重大意义，具备极好的应用推广前景。

主权利要求：
1.一种基于2205双相不锈钢A?TIG焊活性剂，其特征在于，所述活性剂配制方法为：
采用电子天平将质量比为90％～95％混合均匀的活性剂粉末和质量比为5％～10％的无水乙醇掺合在一起，搅拌均匀，调制出糊状或者粘稠状的液体即可；
所述活性剂粉末由以下质量百分比组成：SiO2粉末20～30％、Cr2O3粉末20～30％、Al2O3粉末10％、TiO2粉末5～10％、MnO2粉末15～20％、Y2O3粉末5～10％、NaCl粉末5～10％；B2O3粉末3～10％、MgO粉末2～10％、CuO粉末3～10％。
2.如权利要求1中所述一种基于2205双相不锈钢A?TIG焊活性剂，其特征在于，所述活性剂粉末由以下质量百分比组成：SiO2粉末20％、Cr2O3粉末20％、Al2O3粉末10％、TiO2粉末
5％、MnO2粉末20％、Y2O3粉末5％、NaCl粉末5％；B2O3粉末3％、MgO粉末2％、CuO粉末10％。
3.如权利要求1中所述一种基于2205双相不锈钢A?TIG焊活性剂，其特征在于，所述活性剂粉末由以下质量百分比组成：SiO2粉末30％、Cr2O3粉末20％、Al2O3粉末10％、TiO2粉末
5％、MnO2粉末15％、Y2O3粉末5％、NaCl粉末5％；B2O3粉末5％、MgO粉末2％、CuO粉末3％。
4.如权利要求1中所述一种基于2205双相不锈钢A?TIG焊活性剂，其特征在于，所述活性剂粉末由以下质量百分比组成：SiO2粉末25％、Cr2O3粉末20％、Al2O3粉末10％、TiO2粉末
5％、MnO2粉末17.5％、Y2O3粉末5％、NaCl粉末5％；B2O3粉末4％、MgO粉末2％、CuO粉末6.5％。
5.如权利要求1中所述一种基于2205双相不锈钢A?TIG焊活性剂，其特征在于，所述活性剂使用方法为：在焊接开始之前，确保2205双相不锈钢焊接表面干净、无油脂或者其他污染物，采用角磨机或砂纸去除表面氧化膜；然后使用软毛刷子或专用喷涂设备将配制好的活性剂均匀涂抹在焊接区域，涂覆厚度控制在刚好能盖住金属母材，不能涂覆过多，以免造成浪费或潜在的焊接缺陷；最后待活性剂中的无水乙醇完全挥发后进行焊接。 说明书 : 一种基于2205双相不锈钢A?TIG焊活性剂技术领域[0001] 本发明涉及金属焊接技术领域，具体涉及一种基于2205双相不锈钢A?TIG焊活性剂。背景技术[0002] A?TIG焊接作为一门新型的焊接技术，在国内外具有广泛应用，但是国外对于焊接活性剂配方比例具有严格的保密要求，因此，探讨研究A?TIG更成熟焊接工艺参数具有重要意义。[0003] 现有技术中，公开了SiO2粉末、Cr2O3粉末、Al2O3粉末、TiO2粉末、MnO2粉末、Y2O3粉末、B2O3粉末为焊接活性剂的方案，但此种方案在焊接过程中存在以下问题：[0004] 1、焊缝的外观表面不平整，在焊接过程电弧不稳定，存在飞溅，影响结构外观和表面的强度，后期需要长时间打磨。[0005] 2、焊接参数不当易导致焊缝未能穿透工件的整个厚度，导致焊接结构的承载能力下降。[0006] 3、焊接区域的抗拉强度和冲击韧性易低于母材或设计要求，焊缝的抗拉强度和冲击韧性不高。[0007] 4、过高的热输入导致热影响区过宽，从而影响金属的微观结构和性能。[0008] 因此，急需一种性能更加优异的，基于2205双相不锈钢A?TIG焊活性剂配方，使得焊缝的各项性能得到显著提升。发明内容[0009] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于2205双相不锈钢A?TIG焊活性剂，属于金属焊接技术领域；该A?TIG焊活性剂由以下质量百分比组成：SiO2粉末20～40％、Cr2O3粉末20～30％、Al2O3粉末10～30％、TiO2粉末5～10％、MnO2粉末15～30％、Y2O3粉末5～10％、NaCl粉末5～10％；B2O3粉末3～10％、MgO粉末2～10％、CuO粉末3～10％；利用此种活性剂后焊缝微观组织中奥氏体从铁素体析出更为成熟，组织性能优异，焊件屈服强度和抗拉强度显著提升；焊缝硬度显著提高，对于基于2205双相不锈钢A?TIG焊具有重大意义，具备极好的应用推广前景。[0010] 为实现以上技术效果，采用如下技术方案：[0011] 一种基于2205双相不锈钢A?TIG焊活性剂，由以下质量百分比组成：SiO2粉末20～40％、Cr2O3粉末20～30％、Al2O3粉末10～30％、TiO2粉末5～10％、MnO2粉末15～30％、Y2O3粉末5～10％、NaCl粉末5～10％；B2O3粉末3～10％、MgO粉末2～10％、CuO粉末3～10％。[0012] 进一步的，所述活性剂由以下质量百分比组成：SiO2粉末20％、Cr2O3粉末20％、Al2O3粉末10％、TiO2粉末5％、MnO2粉末20％、Y2O3粉末5％、NaCl粉末5％；B2O3粉末3％、MgO粉末2％、CuO粉末10％。[0013] 进一步的，所述活性剂由以下质量百分比组成：SiO2粉末30％、Cr2O3粉末20％、Al2O3粉末10％、TiO2粉末5％、MnO2粉末15％、Y2O3粉末5％、NaCl粉末5％；B2O3粉末5％、MgO粉末2％、CuO粉末3％。[0014] 进一步的，所述活性剂由以下质量百分比组成：SiO2粉末25％、Cr2O3粉末20％、Al2O3粉末10％、TiO2粉末5％、MnO2粉末17.5％、Y2O3粉末5％、NaCl粉末5％；B2O3粉末4％、MgO粉末2％、CuO粉末6.5％。[0015] 进一步的，所述活性剂使用方法为：在焊接开始之前，确保2205双相不锈钢焊接表面干净、无油脂或者其他污染物，采用角磨机或砂纸去除表面氧化膜；然后使用软毛刷子或专用喷涂设备将配制好的活性剂均匀涂抹在焊接区域，涂覆厚度控制在刚好能盖住金属母材，不能涂覆过多，以免造成浪费或潜在的焊接缺陷；最后待活性剂中的无水乙醇完全挥发后进行焊接。[0016] 进一步的，所述活性剂的配制方法为：采用电子天平将质量比为90％～95％混合均匀的活性剂粉末和质量比为5％～10％的无水乙醇掺合在一起，搅拌匀称，调制出糊状或者粘稠状的液体即可。[0017] 上述活性剂在2205双相不锈钢A?TIG焊上的应用。[0018] 本发明的有益效果为：[0019] (1)焊缝表面平整光滑，没有过度的凸起和凹陷，焊趾平滑过度，无太多的飞溅物，符合美观和功能性要求。[0020] (2)焊缝质量高，无裂纹、孔洞、夹渣、未焊透等焊接缺陷。[0021] (3)焊缝的抗拉强度、冲击韧性、疲劳强度优于母材，均满足设计要求。[0022] (4)热影响区的机械性能与母材相近，无结构弱点。附图说明[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其它的附图。[0024] 图1为本发明实施例中采用活性剂4的2205双相不锈钢焊接焊缝正、反面的宏观形貌图；[0025] 图2为本发明实施例中采用活性剂1的2205双相不锈钢焊接焊缝正、反面的宏观形貌图；[0026] 图3为本发明实施例中采用活性剂4的焊缝中心不同熔深的微观组织结构图；[0027] 图4为本发明实施例中采用活性剂1的焊缝中心不同熔深的微观组织结构图；[0028] 图5为本发明实施例中采用不同活性剂4的A?Tig焊缝硬度曲线对比图。[0029] 图6为本发明实施例中活性剂涂覆焊接示意图。具体实施方式[0030] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0031] 应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。[0032] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。[0033] 实施例1：[0034] 本实施例采用的活性剂配比如下：[0035] 活性剂1：由以下质量百分比组成：SiO2粉末20％、Cr2O3粉末20％、Al2O3粉末10％、TiO2粉末5％、MnO2粉末20％、Y2O3粉末5％、NaCl粉末5％；B2O3粉末3％、MgO粉末2％、CuO粉末10％。[0036] 活性剂2：由以下质量百分比组成：SiO2粉末30％、Cr2O3粉末20％、Al2O3粉末10％、TiO2粉末5％、MnO2粉末15％、Y2O3粉末5％、NaCl粉末5％；B2O3粉末5％、MgO粉末2％、CuO粉末3％。[0037] 活性剂3：由以下质量百分比组成：SiO2粉末25％、Cr2O3粉末20％、Al2O3粉末10％、TiO2粉末5％、MnO2粉末17.5％、Y2O3粉末5％、NaCl粉末5％；B2O3粉末4％、MgO粉末2％、CuO粉末6.5％。[0038] 取活性剂1，活性剂2和活性剂3进行焊接试验：将质量比为90％～95％混合均匀的活性剂粉末和质量比为5％～10％的无水乙醇掺合在一起，用玻璃棒在烧杯中搅拌匀称，调制出糊状或者粘稠状的液体，确保2205双相不锈钢焊接表面干净、无油脂或者其他污染物，采用角磨机或砂纸去除表面氧化膜；然后使用软毛刷子或专用喷涂设备将配制好的活性剂均匀涂抹在焊接区域，涂覆厚度控制在刚好能盖住金属母材，不能涂覆过多，以免造成浪费或潜在的焊接缺陷；最后待活性剂中的无水乙醇完全挥发后进行焊接，如图6所示。[0039] 试验所用材料为4～8mm的2205双相不锈钢板材，其力学性能如表1所示，焊接工艺参数如表2所示，试件尺寸为150mm×60mm×4mm～150mm×60mm×8mm。[0040] 表12205双相不锈钢力学性能[0041][0042] 表2焊接工艺参数[0043][0044] 对比例1：[0045] 活性剂4：由以下质量百分比组成：SiO2粉末20％、Cr2O3粉末20％、Al2O3粉末10％、TiO2粉末15％、MnO2粉末20％、Y2O3粉末10％；B2O3粉末5％。[0046] 活性剂5：由以下质量百分比组成：SiO2粉末20％、Cr2O3粉末20％、Al2O3粉末10％、TiO2粉末5％、MnO2粉末20％、Y2O3粉末10％；B2O3粉末3％、MgO粉末2％、CuO粉末10％。[0047] 活性剂6：由以下质量百分比组成：SiO2粉末20％、Cr2O3粉末20％、Al2O3粉末10％、TiO2粉末5％、MnO2粉末20％、Y2O3粉末5％、NaCl粉末5％；B2O3粉末5％、CuO粉末10％。[0048] 活性剂7：由以下质量百分比组成：SiO2粉末20％、Cr2O3粉末20％、Al2O3粉末10％、TiO2粉末5％、MnO2粉末20％、Y2O3粉末15％、NaCl粉末5％；B2O3粉末3％、MgO粉末2％。[0049] 采用活性剂4，活性剂5，活性剂6及活性剂7进行焊接试验：[0050] 试验所用材料为4～8mm的2205双相不锈钢板材，其力学性能如表1所示，焊接工艺参数如表2所示，试件尺寸为150mm×60mm×4mm～150mm×60mm×8mm。[0051] 不同活性剂方案下焊缝性能对比：[0052] 1、焊缝外观形貌对比[0053] 图示1为采用活性剂4进行焊接后，2205双相不锈钢焊接焊缝正、反面的宏观形貌，焊缝到达涂层区时试板被焊透，伴有黑色点状的熔渣，背面焊道成型较好；图示2中为采用活性剂1进行焊接后，2205双相不锈钢焊接焊缝正、反面的宏观形貌，由图可见，焊道在涂层区明显变窄，表面成型美观，外观鱼波纹均匀，同时正面焊道略有凹陷。[0054] 经分析，活性剂涂覆在母材表面，在焊接热场的影响下，一部分活性剂成分会蒸发形成离子。跋斓缁∈账酰涣硗庖徊糠衷蚪牒附尤鄢，影响熔池流动性。因此，分析得出焊缝中增加的化学元素，均来自于活性剂化学成分。O、Na、Mg等是很强的表面活性元素，可以使焊缝熔池产生正的表面张力温度梯度，Fe、Cu、Cr、Si等可使电弧收缩，在这两个原因的共同作用下，采用活性剂1进行焊接后，焊缝熔深得到大幅度增加。[0055] 2、微观组织对比[0056] 2.1金相分析[0057] 如图3所示，采用活性剂4进行焊接后，焊缝微观组织由深灰色铁素体和白色奥氏体构成，并且可以看到在深灰色铁素体内部有条块状晶内奥氏体和魏氏形态的奥氏体析出，在焊缝中铁素体的晶粒大小、尺寸及形状各异，以条状、短杆状和近似等轴状的形式存在分布，这是因为2205双相钢在熔化后是以铁素体形态进行凝固，焊缝中绝大多数都为铁素体组织。而奥氏体主要从铁素体中析出，以短柱、树状形式存在。[0058] 如图4所示，采用活性剂1进行焊接后，焊缝的冷却速度变慢，元素的扩散和晶体的结构转变更为成熟，奥氏体由细小的条状慢慢的变粗大，而铁素体组织也逐渐长大，即由细长的柱状晶向大块的等轴晶转变，铁素体等轴晶能够析出更多的奥氏体组织，微观组织中奥氏体从铁素体析出也就更为成熟，组织性能更加优异。[0059] 3、力学性能对比[0060] 3.1弯曲试验[0061] 表3采用活性剂4?7进行焊接后弯曲试验结果[0062][0063] 表4采用活性剂1?3进行焊接后弯曲试验结果[0064][0065][0066] 如表3和表4所示，按照GB/T2653?2008标准要求，对焊缝接头进行面弯和背弯两项试验，压头直径4倍试样厚度，弯曲180°后，采用活性剂4?7明显存在面、背部裂纹缺陷，采用活性剂1?3满足规范要求，可靠性高。[0067] 3.2拉伸试验[0068] 焊接接头拉伸试验以及焊缝金属拉伸试验分别按照《金属材料焊缝破坏性试验横向拉伸试验》(GB/T2651—2023)与《金属材料焊缝破坏性试验纵向拉伸试验》(GB/T2652—2023)标准进行。[0069] 表5采用活性剂4?7的A?TIG焊拉伸试验结果[0070][0071] 表6采用活性剂1?3的A?TIG焊拉伸试验结果[0072][0073] 如表5和表6所示，采用活性剂1?3的A?TIG焊拉伸试验结果明显优于采用活性剂4?7的A?TIG焊拉伸试验结果。[0074] 3.3硬度测试试验[0075] 图5是采用活性剂4、采用活性剂5、采用活性剂6、采用活性剂7和采用活性剂1下A?Tig焊缝硬度曲线对比图(布氏硬度)，可以看出，采用活性剂1时，其A?Tig焊缝硬度曲线明显好于采用活性剂4?7的A?Tig焊缝硬度曲线。[0076] 4、化学性能对比[0077] Si在碳钢中起到脱氧的作用，在焊接过程中可以有效去除焊缝中残存的有害气体，防止产生气孔和氧化物，还可以起到细化晶粒的作用，使钢材强度提高，而其塑性和韧性有所下降。Mn也具有很好的脱氧作用，在固溶处理后，可以提高焊缝的抗拉强度和冷加工硬化，Mn还可促进焊缝奥氏体晶粒的长大，粗大的晶粒组织会降低材料的塑性和韧性，使焊缝金属抵抗外界冲击载荷的能力降低。[0078] 通过对焊接接头化学成分测试分析，采用活性剂1?3配方所得焊缝的化学成分相比于采用活性剂4?7配方所得焊缝的化学成分，Cr、Ni、Mo元素含量均有增加，可提高双相不锈钢的耐腐蚀性能，如表7所示。[0079] 表7采用活性剂1?3的A?TIG焊焊缝化学成分(质量分数/％)[0080][0081] 表8采用活性剂4?7的A?TIG焊焊缝化学成分(质量分数/％)[0082][0083] 综上所述，本发明公开了一种基于2205双相不锈钢A?TIG焊活性剂，属于金属焊接技术领域；该A?TIG焊活性剂由以下质量百分比组成：SiO2粉末20～40％、Cr2O3粉末20～30％、Al2O3粉末10～30％、TiO2粉末5～10％、MnO2粉末15～30％、Y2O3粉末5～10％、NaCl粉末5～10％；B2O3粉末3～10％、MgO粉末2～10％、CuO粉末3～10％；利用此种活性剂后焊缝微观组织中奥氏体从铁素体析出更为成熟，组织性能优异，焊件屈服强度和抗拉强度显著提升；焊缝硬度显著提高，对于基于2205双相不锈钢A?TIG焊具有重大意义，具备极好的应用推广前景。[0084] 至此，本领域技术人员认识到，虽然本文已详尽展示和描述了本发明的实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导符合本发明原理的许多其他变形或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变形或修改。

专利地区：湖南

专利申请日期：2024-05-10

专利公开日期：2024-10-15

专利公告号：CN118287890B