[发明专利]一种粉煤灰活性氩弧焊剂及其应用

说明书

技术领域

本发明属于钨极氩弧焊技术领域。具体涉及一种粉煤灰活性氩弧焊剂及其制备和应用。

背景技术

钨极氩弧焊(Tungsten Inert Gas)，作为一种优良的气体保护焊接手段，因其电弧具有优良的氩气保护、电弧稳定、无熔渣、焊接材料多样化而广泛应用于碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢和铝、铜、钛等金属及合金的焊接中，但其焊接成本高、焊接效率低等缺点极大程度上限制了钨极氩弧焊的应用范围—钨极氩弧焊在对碳钢及其低合金钢一次性对焊时其熔深最大仅为2～3mm，且焊前需要复杂的焊前准备工作，其工作效率及经济效益远不如手工电弧焊。但在某些场合钨极氩弧焊又有其他焊接手段难以替代的优势，如目前航空航天、军工和石油化工领域常用的钛合金一般采用钨极氩弧焊，其原因在于：钛合金在焊接过程中极易与C、H、N和O等元素反应而使焊缝产生严重的脆性倾向，故传统的CO₂保护焊、手工电弧焊和埋弧焊都无法满足钛合金焊接生产要求，采用电子束焊、激光焊以及等离子弧焊尽管可以满足生产要求，但对设备要求高，成本大，很难满足所有生产场合。钨极氩弧焊因其优良的惰性气体保护能力、焊缝成形美观、无熔渣且对设备要求不高而成为钛合金常用的焊接手段。

目前，针对碳钢、不锈钢、镁合金、铝合金及钛合金均已开发出了不同的焊接活性剂，已经确认可以用作活性焊剂的有SiO₂和B₂O₃等非金属氧化物、TiO₂和Al₂O₃及MnO₂等金属氧化物、NaF和CaF₂等卤化物，但迄今为止，绝大多数学者均采用分析纯级别的上述物质进行研究。

发明内容

本发明首先提供一种粉煤灰活性氩弧焊剂，所述的粉煤灰活性氩弧焊剂为纯的粉煤灰，或者为向纯的粉煤灰中加入分析纯级的SiO₂形成，其中，SiO₂的加入量为纯的粉煤灰质量的40～90％，优选加入40％。

所述的纯的粉煤灰中含有SiO₂和Al₂O₃成分总含量高达77％(质量百分含量)，在使用前，先对所述的纯的粉煤灰进行中温煅烧，然后过滤，得到粒度均匀的粉末。

本发明还提供一种所述的粉煤灰活性氩弧焊剂在以Q235钢为母材的熔覆层的制备中的应用，所述的熔覆层的制备包括如下步骤：

第一步，粉煤灰活性氩弧焊剂的选取和预处理；

纯的粉煤灰在使用前进行中温煅烧热活化预处理，然后向预处理的粉煤灰中加入相应含量的二氧化硅。

所述的粉煤灰活性氩弧焊剂为预处理后的纯粉煤灰，或者向预处理后的纯粉煤灰中加入二氧化硅，加入量为纯的粉煤灰质量的40～90％，所述二氧化硅的加入量优选为40％。

第二步，熔覆块的制备；

活性氩弧熔覆材料由还原铁粉、硼砂以及碳化硼组成；按照质量百分含量：还原铁粉(89％)，硼砂(5％)，碳化硼颗粒(6％)。将上述配方按比例称重共计10g，共混均匀后掺入0.2～0.3g模数为2.5的水玻璃，研磨，进行熔覆块体的压制，预置压力60MPa。脱模后室温干燥24h。

第三步，在熔覆块表面涂覆粉煤灰活性氩弧焊剂；

采用丙酮为溶剂，将粉煤灰活性氩弧焊剂与丙酮溶剂按照1g:4mL混合后搅拌，涂刷于熔覆块表面，刷涂完成后室温阴干24h后进行焊接。

第四步，熔覆焊接；

钨极材质及直径为铈钨极2.0mm，钨极尖角30°，8#陶瓷喷嘴直径12mm，焊接工艺参数选取为：焊接电流100～200A，氩气流量3.5～9L/min，焊接速度75～155mm/min，电弧长度2.5～5.5mm。

优选的焊接工艺参数为：焊接电流145A，氩气流量6L/min，焊接速度120mm/min，电弧长度5.0mm。

本发明的优点在于：

1、活性焊接技术是传统氩弧焊技术的延伸与改进，可大幅提高氩弧焊工作效率，拓展氩弧焊技术的应用领域，但活性焊接技术由于焊剂及焊接工艺的保密性强，导致其焊接成本高昂，限制了该技术的通用化。本发明采用粉煤灰为焊接活性剂，可以大幅降低活性焊接成本。

2、本发明首次将煤炭伴生资源应用到金属材料加工领域，可以有效实现煤炭伴生资源的高附加值、资源化利用，为煤炭伴生资源的利用开辟了新的方法和途径。

附图说明