[发明专利]一种适用于铁素体不锈钢钨极氩弧焊母材自熔化焊接工艺的活性焊剂

说明书

本发明提供一种适用于铁素体不锈钢钨极氩弧焊母材自熔化焊接工艺的活性焊剂，包括以下质量百分比的组分：SiO₂：19.99～29.99％；CaF₂：10.49～14.49％；TiO₂：9.99～14.99％；NaF：7.99～14.99％；ZnF₂：8.79～14.79％；Al₂O₃：3.99～7.99％；Cr₂O₃：4.49～14.49；MgO：8.99～20.99％。采用本发明活性焊剂获得的铁素体不锈钢接头不仅熔深和深宽比大幅增加，K值大于0.76，而且晶粒也得到了细化，获得优良的力学性能和耐蚀性能；在一定程度上消除焊接成形缺陷如气孔、夹渣、咬边和焊缝塌陷，从而获得优良的焊缝成形。

技术领域

本发明涉及活性焊剂技术领域，尤其是一种适用于铁素体不锈钢钨极氩弧焊母材自熔化焊接工艺的活性焊剂。

背景技术

铁素体不锈钢是指组织为铁素体相的一类不锈钢，是不锈钢的重要组成部分，其化学成分特点为铬含量11.5-30％，不含镍或含有少量的镍，同时添加有钛、铌和钼等合金元素，现代铁素体不锈钢具有超低C+N和S、P等杂质含量，综合性能更加优良。与奥氏体不锈钢相比，铁素体不锈钢具有良好的导电性，导热性，热胀系数低，优良的耐点蚀性能，抗热疲劳性等，成本低廉，因此近年来在许多领域得到了越来越广泛的应用。但是由于铁素体不锈钢具有较强的尺寸效应，及性能随截面厚度急剧下降，因此一般以薄截面尺寸应用于对力学性能要求不高的场合。

在许多应用场合，焊接加工是重要的加工工艺，然而铁素体晶粒在受热后晶粒极易发生粗化，且无法通过热处理或机械处理的方法细化，因此铁素体不锈钢的应用受到了极大的限制，焊接性是铁素体不锈钢在实际应用中的瓶颈环节。

多年来，焊接工作和研究人员采用多种方法试图抑制铁素体不锈钢在焊接过程中的晶粒粗化程度，包括降低焊接热输入，采用能量密度集中的热源如等离子弧、激光及复合热源，以及采用在焊接时超声波振动和焊后快冷等工艺和方法，都没有获得满意的细化晶粒的效果。

活性焊剂钨极氩弧焊接工艺发明于1960年代，已应用于焊接不锈钢、碳钢、镍基合金和钛合金等材料，以在相同焊接参数下获得更大的熔深和减小焊接变形。根据被焊接金属的不同以及对焊接接头的技术要求，焊接成分各不相同。

活性焊剂主要是提高液相物质活度的氧化物及氟化物，由于各种活性物质对于焊接熔池的影响和焊缝成形作用不同，因此活性焊接的配方具有较强的针对性，不同金属材料的活性焊接的配方各不相同，以获得期望的焊缝成形，微观组织和力学性能等。

我国的活性焊接的研究起步晚，理论研究及技术积累较少，相关的文献及技术资料少，国内外在关于活性焊剂在增加熔深方面的机理上也存在一定的争议。但是活性焊剂在实际焊接中可以显著增加熔深改善焊缝成形的作用已得到确认，国内外也研发出针对不同材料的活性焊剂专利配方，取得了较好的效果。

国内外关于活性焊剂在不锈钢上应用多以奥氏体不锈钢为主，通过采用活性焊剂钨极氩弧焊接的工艺以实现在相同焊接条件下的熔深增加，虽然也可以通过采用等离子焊接方法获得深熔深，但是等离子焊接设备复杂，对焊接工装夹具要求高，占地面积大，且灵活性差，只适用形状规则的焊接接头，因此，活性焊剂TIG焊接在一定程度上弥补了这一缺陷。近年来随着铁素体不锈钢的快速发展，质量有了较大的提升，牌号和规格也越来越多，应用领域越来越广泛，因此，铁素体不锈钢的焊接工艺及焊接性也越来越受到焊接研究工作者的重视。

国内外关于活性焊剂在铁素体不锈钢焊接中的研究工作和应用较少，随着冶金技术进步和铁素体不锈钢纯度的提高，铁素体不锈钢的综合性能也显著提高，但是焊接性仍然没有得到实质性的提高，其根本原因在于在焊接热循环作用下，铁素体晶粒急剧粗化，尤其是采用自熔化焊接工艺焊接薄板时，焊缝组织以粗大的柱状晶为主，HAZ的晶粒也显著粗化，接头区塑性和韧性差，无法满足后期的加工和使用要求。