一種粉煤灰活性氬弧焊劑及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鎢極氬弧焊技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種粉煤灰活性氬弧焊劑及其制備和 應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 鶴極氬弧焊（Tungsten Inert Gas)，作為一種優(yōu)良的氣體保護(hù)焊接手段，因其電 弧具有優(yōu)良的氬氣保護(hù)、電弧穩(wěn)定、無熔渣、焊接材料多樣化而廣泛應(yīng)用于碳鋼、低合金鋼、 不銹鋼、耐熱鋼和鋁、銅、鈦等金屬及合金的焊接中，但其焊接成本高、焊接效率低等缺點(diǎn)極 大程度上限制了鎢極氬弧焊的應(yīng)用范圍一鎢極氬弧焊在對(duì)碳鋼及其低合金鋼一次性對(duì)焊 時(shí)其熔深最大僅為2~3_，且焊前需要復(fù)雜的焊前準(zhǔn)備工作，其工作效率及經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)不 如手工電弧焊。但在某些場(chǎng)合鎢極氬弧焊又有其他焊接手段難以替代的優(yōu)勢(shì)，如目前航空 航天、軍工和石油化工領(lǐng)域常用的鈦合金一般采用鎢極氬弧焊，其原因在于：鈦合金在焊接 過程中極易與C、H、N和O等元素反應(yīng)而使焊縫產(chǎn)生嚴(yán)重的脆性傾向，故傳統(tǒng)的0) 2保護(hù)焊、 手工電弧焊和埋弧焊都無法滿足鈦合金焊接生產(chǎn)要求，采用電子束焊、激光焊以及等離子 弧焊盡管可以滿足生產(chǎn)要求，但對(duì)設(shè)備要求高，成本大，很難滿足所有生產(chǎn)場(chǎng)合。鎢極氬弧 焊因其優(yōu)良的惰性氣體保護(hù)能力、焊縫成形美觀、無熔渣且對(duì)設(shè)備要求不高而成為鈦合金 常用的焊接手段。
[0003] 目前，針對(duì)碳鋼、不銹鋼、鎂合金、鋁合金及鈦合金均已開發(fā)出了不同的焊接活性 劑，已經(jīng)確認(rèn)可以用作活性焊劑的有SiOjP B A等非金屬氧化物、TiO 2和Al A及MnO 2等 金屬氧化物、NaF和0&匕等鹵化物，但迄今為止，絕大多數(shù)學(xué)者均采用分析純級(jí)別的上述物 質(zhì)進(jìn)行研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明首先提供一種粉煤灰活性氬弧焊劑，所述的粉煤灰活性氬弧焊劑為純的粉 煤灰，或者為向純的粉煤灰中加入分析純級(jí)的SiO 2形成，其中，SiO 2的加入量為純的粉煤灰 質(zhì)量的40~90%，優(yōu)選加入40%。
[0005] 所述的純的粉煤灰中含有SiOdP Al 203成分總含量高達(dá)77% (質(zhì)量百分含量）， 在使用前，先對(duì)所述的純的粉煤灰進(jìn)行中溫煅燒，然后過濾，得到粒度均勻的粉末。
[0006] 本發(fā)明還提供一種所述的粉煤灰活性氬弧焊劑在以Q235鋼為母材的熔覆層的制 備中的應(yīng)用，所述的熔覆層的制備包括如下步驟：
[0007] 第一步，粉煤灰活性氬弧焊劑的選取和預(yù)處理；
[0008] 純的粉煤灰在使用前進(jìn)行中溫煅燒熱活化預(yù)處理，然后向預(yù)處理的粉煤灰中加入 相應(yīng)含量的二氧化硅。
[0009] 所述的粉煤灰活性氬弧焊劑為預(yù)處理后的純粉煤灰，或者向預(yù)處理后的純粉煤灰 中加入二氧化硅，加入量為純的粉煤灰質(zhì)量的40~90%，所述二氧化硅的加入量?jī)?yōu)選為 40%〇
[0010] 第二步，熔覆塊的制備；
[0011] 活性氬弧熔覆材料由還原鐵粉、硼砂以及碳化硼組成；按照質(zhì)量百分含量：還原 鐵粉（89 % )，硼砂（5 % )，碳化硼顆粒（6 % )。將上述配方按比例稱重共計(jì)10g，共混均勻 后摻入0. 2~0. 3g模數(shù)為2. 5的水玻璃，研磨，進(jìn)行熔覆塊體的壓制，預(yù)置壓力60MPa。脫 模后室溫干燥24h。
[0012] 第三步，在熔覆塊表面涂覆粉煤灰活性氬弧焊劑；
[0013] 采用丙酮為溶劑，將粉煤灰活性氬弧焊劑與丙酮溶劑按照lg:4mL混合后攪拌，涂 刷于熔覆塊表面，刷涂完成后室溫陰干24h后進(jìn)行焊接。
[0014] 第四步，熔覆焊接；
[0015] 鎢極材質(zhì)及直徑為鈰鎢極2. 0mm，鎢極尖角30°，8#陶瓷噴嘴直徑12mm，焊接工藝 參數(shù)選取為：焊接電流100~200A，氬氣流量3. 5~9L/min，焊接速度75~155mm/min，電 弧長(zhǎng)度2. 5~5. 5mm〇
[0016] 優(yōu)選的焊接工藝參數(shù)為：焊接電流145A，氬氣流量6L/min，焊接速度120mm/min， 電弧長(zhǎng)度5. 0mm。
[0017] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0018] 1、活性焊接技術(shù)是傳統(tǒng)氬弧焊技術(shù)的延伸與改進(jìn)，可大幅提高氬弧焊工作效率， 拓展氬弧焊技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，但活性焊接技術(shù)由于焊劑及焊接工藝的保密性強(qiáng)，導(dǎo)致其焊 接成本高昂，限制了該技術(shù)的通用化。本發(fā)明采用粉煤灰為焊接活性劑，可以大幅降低活性 焊接成本。
[0019] 2、本發(fā)明首次將煤炭伴生資源應(yīng)用到金屬材料加工領(lǐng)域，可以有效實(shí)現(xiàn)煤炭伴生 資源的高附加值、資源化利用，為煤炭伴生資源的利用開辟了新的方法和途徑。
【附圖說明】
[0020] 圖1為熔覆層截面形貌，其中圖（a)、圖（b)、圖（c)分別為無活性劑、純粉煤灰和 粉煤灰活性氬弧焊劑添加情況下得到的熔覆層截面形貌；
[0021 ] 圖2為活性氬弧熔覆層XRD測(cè)試結(jié)果；
[0022] 圖3為活性氬弧熔覆層金相組織。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024] 本發(fā)明提供一種粉煤灰活性氬弧焊劑，包括粉煤灰和二氧化硅，具體為，按照質(zhì)量 百分比，向純的粉煤灰中加入40~90%的二氧化硅，優(yōu)選加入量為40%。
[0025] 將所述的粉煤灰活性氬弧焊劑用于Q235鋼上熔覆層的制備，具體如下：
[0026] 第一步，粉煤灰活性劑的選取及預(yù)處理：
[0027] 焊接母材即基體選用Q235熱軋鋼板，將該鋼板采用剪板機(jī)切割，切割后得到尺寸 為100mmX20mmX6mm，采用砂紙打磨除銹，保證母材露出金屬光澤同時(shí)具有一定粗糙度，以 便后續(xù)活性劑涂覆、避免焊接過程中氧化物產(chǎn)生夾雜。
[0028] 采用的粉煤灰中SiOjP Al2O3成分總含量高達(dá)77% (質(zhì)量百分含量），采用遼寧 阜新某地粉煤灰，其成分如1所示。
[0029] 表1粉煤灰成分
[0030]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種粉煤灰活性氬弧焊劑，其特征在于：所述的粉煤灰活性氬弧焊劑為純的粉煤 灰，所述的純粉煤灰中含有SiOjP Al 203成分質(zhì)量百分含量總含量高達(dá)77%，使用前，先對(duì) 所述的純的粉煤灰進(jìn)行中溫煅燒，然后過篩，得到粒度均勻的粉末。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉煤灰活性氬弧焊劑，其特征在于：所述的粉煤灰活性 氬弧焊劑為向中溫煅燒后的粉煤灰中加入分析純級(jí)的SiO 2，其中，SiO2的加入量為粉煤灰 質(zhì)量的40~90%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種粉煤灰活性氬弧焊劑，其特征在于：SiO 2的加入量為粉 煤灰質(zhì)量的40%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種粉煤灰活性氬弧焊劑的應(yīng)用，其特征在于： 第一步，粉煤灰活性焊劑的選取和預(yù)處理； 所述的粉煤灰活性氬弧焊劑為預(yù)處理后的純粉煤灰，或者向預(yù)處理后的純粉煤灰中加 入SiO2，加入量為純的粉煤灰質(zhì)量的40~90% ;純的粉煤灰在使用前進(jìn)行中溫煅燒熱活化 預(yù)處理； 第二步，熔覆塊的制備； 活性氬弧熔覆材料由還原鐵粉、硼砂以及碳化硼組成；按照質(zhì)量百分含量：還原鐵粉 89 %，硼砂5 %，碳化硼顆粒6 % ;將上述配方按比例稱重共計(jì)10g，共混均勻后摻入0. 2~ 〇. 3g模數(shù)為2. 5的水玻璃，研磨，進(jìn)行熔覆塊體的壓制，預(yù)置壓力60MPa，脫模后室溫干燥 24h，得到熔覆塊； 第三步，在熔覆塊表面涂覆粉煤灰活性氬弧焊劑； 采用丙酮為溶劑，將粉煤灰活性氬弧焊劑與丙酮溶劑按照lg: 4mL混合后攪拌，涂刷于 熔覆塊表面，刷涂完成后室溫陰干24h后進(jìn)行焊接； 第四步，熔覆焊接； 鎢極材質(zhì)及直徑為鈰鎢極2. 0mm，鎢極尖角30°，8#陶瓷噴嘴直徑12mm，焊接工藝參數(shù) 選取為：焊接電流100~200A，氬氣流量3. 5~9L/min，焊接速度75~155mm/min，電弧長(zhǎng) 度 2. 5 ~5. 5mm〇
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種粉煤灰活性氬弧焊劑的應(yīng)用，其特征在于：焊接工藝參 數(shù)為：焊接電流145A，氬氣流量6L/min，焊接速度120mm/min，電弧長(zhǎng)度5. 0mm。
6. -種活性氬弧熔覆層，其特征在于：采用權(quán)利要求5或6中的制備方法得到所述的 熔覆層，熔覆層中存在Fe、Fe 2B、Fe3B、Fe3.5B和FeSi，還有含Al新相Fe 2AlBjP Fe 3Al2Si3。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種活性氬弧熔覆層，其特征在于：活性氬弧熔覆層顯微硬 度為300HV~450HV，宏觀硬度即洛氏硬度為42. 7HRC，活性氬弧熔覆層耐磨性相對(duì)基體提 高了 2. 33倍；耐酸性是基體的4. 26倍；耐鹽性是基體的2. 31倍；不同轉(zhuǎn)速下，耐沖蝕性是 基體的4. 28~6. 46倍；不同沖蝕介質(zhì)濃度下，耐沖蝕性是基體的1. 30~4. 57倍。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種粉煤灰活性氬弧焊劑及其應(yīng)用，屬于鎢極氬弧焊技術(shù)領(lǐng)域。所述的粉煤灰活性氬弧焊劑為向粉煤灰中加入分析純級(jí)的SiO2形成。所述的應(yīng)用為熔覆層的制備，在熔覆塊表面涂覆粉煤灰活性氬弧焊劑，進(jìn)行熔覆焊接；本發(fā)明可大幅降低活性焊接成本，有效實(shí)現(xiàn)煤炭伴生資源的高附加值利用，為煤炭伴生資源的利用開辟了新的方法和途徑。
【IPC分類】B23K35-362, B23K9-167, B23K9-04
【公開號(hào)】CN104668817
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510044487
【發(fā)明人】馬壯, 董世知
【申請(qǐng)人】遼寧工程技術(shù)大學(xué), 遼寧科技學(xué)院
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月28日