專利名稱：一種用于鐵素體不銹鋼激光焊的活性劑及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種用于焊接的活性劑及其使用方法。
背景技術(shù)：
鐵素體不銹鋼(FSS)是鉻含量11%_30%的不銹鋼，因不含鎳或含少量鎳，在成本上相較于目前廣泛使用的奧氏體不銹鋼具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢，而且該類型鋼導(dǎo)熱系數(shù)大、熱膨脹系數(shù)小，并具有優(yōu)良的抗氧化和抗氯化物應(yīng)カ腐蝕性能。目前很多鋼鐵企業(yè)正致カ于 鐵素體不銹鋼的開發(fā)與推廣，其在建筑裝飾、家電用品、廚具餐具、車輛部件等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。不銹鋼在使用過程中，很多時候需要進行焊接，焊接質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到不銹鋼構(gòu)件的使用性能。目前限制鐵素體不銹鋼大量使用的主要原因是其焊接性相對較差。鐵素體不銹鋼對焊接熱輸入非常敏感，使用傳統(tǒng)的弧焊方法得到的焊縫組織主要為粗大的鐵素體晶粒，從而導(dǎo)致焊接接頭力學性能嚴重下降。這就對鐵素體不銹鋼的焊接エ藝提出新的要求。相比于焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊等傳統(tǒng)焊接エ藝，激光焊具有能量密度大、熔池冷卻速度快、熱影響區(qū)窄、金相組織變化范圍小等優(yōu)點，使用激光焊進行鐵素體不銹鋼的焊接可以避免焊接過程中晶粒嚴重粗化，有助于保證焊接接頭的性能?，F(xiàn)階段激光器的功率還比較低，尤其是Nd:YAG固體激光器，目前最大功率僅為IOkff左右；加之鐵素體不銹鋼材料對激光的吸收率較低，激光焊接時存在焊縫熔深淺、焊接效率低的問題，根本不適合中厚板的焊接，尋找出一種適合于低功率激光焊接鐵素體不銹鋼的方法具有明顯的經(jīng)濟效益和實用前景。烏克蘭巴頓焊接研究所的研究人員在20世紀60年代提出了活性TIG焊的概念，并成功應(yīng)用于鈦合金的焊接中。在20世紀90年代，此種焊接技術(shù)引起了英國、美國和日本等國家的高度重視，并逐漸發(fā)展成為ー類新的焊接方法——活性焊接方法，包括活性TIG焊、活性MIG焊、活性等離子弧焊、活性激光焊、活性電子束焊等?；钚院附臃椒ㄍㄟ^在待焊エ件表面涂覆ー層很薄的活性剤，用相同的參數(shù)焊接可取得比常規(guī)焊接大得多的焊縫熔深，其優(yōu)勢主要在于(I)提高焊接效率；(2)減小熱輸入量；(3)控制晶粒長大；(4)減小焊接變形；(5)可以通過冶金反應(yīng)過渡合金元素。目前人們已研制出適用于鋁合金、鎂合金、奧氏體不銹鋼等多種金屬材料激光焊的活性剤，但是沒有針對鐵素體不銹鋼的研究報道。關(guān)于活性劑可以増加激光焊焊縫熔深的原因主要有以下幾點1.待焊エ件表面涂覆的焊劑層使激光束被更好吸收；2.活性劑與高能量密度的激光發(fā)生反應(yīng)放熱，為焊接提供了額外能量；3.活性劑引入的活性元素引起熔池表面張カ梯度顯著改變，熔池中的金屬流動方式發(fā)生變化；4.活性劑可以抑制焊接過程中等離子體的產(chǎn)生，使照射到エ件表面的激光能量增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是鐵素體不銹鋼激光焊焊縫熔深淺、焊接效率低的技術(shù)問題，提供ー種用于鐵素體不銹鋼激光焊的活性劑及其使用方法，不僅可以顯著増加焊縫熔深，還可改善焊縫組織形態(tài)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實現(xiàn)ー種用于鐵素體不銹鋼激光焊的活性剤，該活性劑按重量份由以下組分組成
ZrO23-7
CaO0.9-1.5 MgO0.4 2.8
碳酸鹽I 2~j其中，碳酸鹽選自CaCO3或MgCO3中的ー種。優(yōu)選地，該活性劑按重量份由以下組分組成
ZrO25
CaOI
MgO2.8
碳酸鹽1.2其中，碳酸鹽選自CaCO3或MgCO3中的ー種。優(yōu)選地，所述碳酸鹽為CaC03。ー種用于鐵素體不銹鋼激光焊的活性劑的使用方法，該方法按照以下步驟進行a.按重量份分別稱取Γ7份的Zr02、0. 9 L 5份的Ca0、0. 4 2. 8份的MgO和L 2 3份的碳酸鹽，混合，經(jīng)充分研磨制成活性劑；b.將步驟(a)得到的活性劑按I : (O. 3^0. 8)的重量比加入溶劑調(diào)和成糊狀物；c.待焊エ件表面打磨，并用無水こ醇清洗去除表面油污；d.把步驟(b)得到的糊狀物涂覆在步驟(C)預(yù)處理后的待焊エ件表面；e.待步驟(d)得到的涂覆層充分干燥后，準備進行激光焊接。其中，步驟(b)中的溶劑選自丙酮、丁酮或無水こ醇其中的ー種。其中，步驟(C)中的打磨方式采用240#金相砂紙進行粗磨。其中，步驟(d)中的涂覆厚度以剛好覆蓋待焊エ件表面金屬光澤為準。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提供的活性劑由氧化物和少量碳酸鹽組成，不含毒性較大的氟化物成分?；旌铣煞值幕钚詣┏始毼⒎勰睿扛残Ч浅＠硐?。從試驗結(jié)果分析認為，活性劑的加入能增加工件表面對激光的吸收率，并可顯著改變?nèi)鄢乇砻鎻垾荻?，?jīng)試驗驗證，本發(fā)明提供的活性劑適用于鐵素體不銹鋼激光焊(一)在其他焊接參數(shù)保持不變的情況下，使用活性劑可以在更小的功率下焊透鐵素體不銹鋼板；(ニ)在同樣的焊接參數(shù)下，使用活性劑后可使焊縫熔深顯著增加；(三)在同樣的焊接參數(shù)下，活性劑對焊縫組織有細化作用，焊縫區(qū)等軸晶數(shù)量增カロ。此外，將本發(fā)明用于激光焊接，操作簡便，成本低廉，并可大大提高焊接效率。使用活性劑后可以在低功率條件下取得理想的焊縫熔深，相對而言減小了焊接熱輸入，可以有效避免接頭組織的晶粒粗化，在薄板焊接時還可以減小焊接變形，在實際生產(chǎn)中具有重要
意義。


圖1-1是不使用活性劑的焊縫截面照片，所用體視顯微鏡放大倍數(shù)為20倍；圖1-2是實例例I中使用本發(fā)明所提供的活性劑的焊縫截面照片，所用體視顯微鏡放大倍數(shù)為20倍；圖2-1是不使用活性劑的焊縫中心區(qū)域在不同放大倍數(shù)下的顯微組織照片，其中圖2-la的放大倍數(shù)為200倍，圖2_lb的放大倍數(shù)為500倍；圖2-2是實例例I中使用本發(fā)明所提供的活性劑的焊縫中心區(qū)域在不同放大倍數(shù)下的顯微組織照片，其中圖2_2a的放大倍數(shù)為200倍，圖2_2b的放大倍數(shù)為500倍。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提，給出了詳細的實施方式和實施過程。下述的實施例僅用來說明本發(fā)明，但不用于限制本發(fā)明的保護范圍。下述實施例所涉及的焊接設(shè)備有英國GSI公司生產(chǎn)的JK2003SM-Nd:YAG固體激光器、額定輸出功率為2kW ;焊接工作臺采用天津大學自主研制的基于DMC控制的TDJG-I型多軸數(shù)控激光加工機床以及按壓式夾具等。本實施例焊接時加側(cè)面惰性氣體保護，惰性氣體選用Ar或者He或者兩者的混合氣；焊接材料選為鐵素體不銹鋼的代表鋼種SUS430，鋼板厚度為3mm ;焊接方式均為表面堆焊。實施例I用電子天平按重量份分別稱取5份的Zr02、I份的Ca0、2. 8份的MgO和I. 2份的CaCO3,混合，經(jīng)充分研磨制成活性剤。取適量混合組分活性劑于干凈燒杯中，加入相當于其重量O. 5份的無水こ醇調(diào)和成糊狀，然后用扁平毛刷均勻涂覆在待焊鋼板表面，涂覆厚度以剛好覆蓋金屬表面光澤為宜?；钚詣┩扛睬按镐摪逍栌?40#金相砂紙進行表面打磨并用無水こ醇清洗以去除表面油污。待涂覆層干燥后用如下表I所示焊接規(guī)范進行激光焊。表I活性激光焊規(guī)范
權(quán)利要求
1.一種用于鐵素體不銹鋼激光焊的活性劑，其特征在于，該活性劑按重量份由以下組分組成ZrO2:卜 7CaO0.9-1..5MgO0.4 2.8碳酸鹽I 2~3其中，碳酸鹽選自CaCO3或MgCO3中的一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于鐵素體不銹鋼激光焊的活性劑，其特征在于，該活性劑按重量份由以下組分組成ZrO25CaOIMgO2 8碳酸鹽1.2其中，碳酸鹽選自CaCO3或MgCO3中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于鐵素體不銹鋼激光焊的活性劑，其特征在于，所述碳酸鹽為CaCO3。
4.一種權(quán)利要求I所述用于鐵素體不銹鋼激光焊的活性劑的使用方法，其特征在于， 該方法按照以下步驟進行a.按重量份分別稱取3 7份的Zr02、0.9^1. 5份的Ca0、0. Γ2. 8份的MgO和I. 2^3份的碳酸鹽，混合，經(jīng)充分研磨制成活性劑；b.將步驟(a)得到的活性劑按I: (O. 3^0. 8)的重量比加入溶劑調(diào)和成糊狀物；c.待焊工件表面打磨，并用無水乙醇清洗去除表面油污；d.把步驟(b)得到的糊狀物涂覆在步驟(c)預(yù)處理后的待焊工件表面；e.待步驟(d)得到的涂覆層充分干燥后，準備進行激光焊接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于鐵素體不銹鋼激光焊的活性劑的使用方法，其特征在于，步驟(b )中的溶劑選自丙酮、丁酮或無水乙醇其中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于鐵素體不銹鋼激光焊的活性劑的使用方法，其特征在于，步驟(c)中的打磨方式采用240#金相砂紙進行粗磨。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于鐵素體不銹鋼激光焊的活性劑的使用方法，其特征在于，步驟(d)中的涂覆厚度以剛好覆蓋待焊工件表面金屬光澤為準。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于鐵素體不銹鋼激光焊的活性劑及其使用方法，按重量份分別稱取3~7份的ZrO2、0.9~1.5份的CaO、1~3份的MgO和1~3份的碳酸鹽，混合，經(jīng)充分研磨制成活性劑；將得到的活性劑按1(0.3~0.8)的重量比加入溶劑調(diào)和成糊狀物；待焊工件表面打磨，并用無水乙醇清洗去除表面油污；把糊狀物涂覆在預(yù)處理后的待焊工件表面；待涂覆層充分干燥后，可以進行激光焊接。經(jīng)試驗驗證，在同樣的焊接參數(shù)下，采用本發(fā)明提供的活性劑可以在更小的功率下焊透鐵素體不銹鋼板；可使焊縫熔深顯著增加；對焊縫組織有細化作用，焊縫區(qū)等軸晶數(shù)量增加。將活性劑用于激光焊接，操作簡便，成本低廉，并可大大提高焊接效率。
文檔編號B23K26/20GK102699575SQ20121021553
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者宋梟, 張延龍, 王勇慧, 申俊琦, 胡繩蓀 申請人:天津大學