一种中大直径螺柱拉弧式螺柱焊助焊剂发明专利

专利名称：一种中大直径螺柱拉弧式螺柱焊助焊剂

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202110131871.7

专利申请（专利权）人：南京理工大学
权利人地址：江苏省南京市孝陵卫200号

专利发明（设计）人：张德库,魏正标,王克鸿,周琦,殷宏宇

专利摘要：本发明公开了一种中大直径螺柱焊助焊剂，具体为中大直径螺柱拉弧式螺柱焊助焊剂，该助焊剂的组分及质量百分比为：10％‑15％的Cr2O3，12％‑17％的TiO2，20％‑25％的Fe2O3，10％‑15％的铝粉，1％‑2％的长石粉，2％‑3％的K2CO3粉，2％‑3％的Na2CO3粉，其余为铁粉。本发明所述的助焊剂可以解决中大直径螺柱焊过程中在小电流的情况下出现气孔多、容易偏弧且熔深不足、下在大的焊接参数将导致螺柱发生过烧的问题，本发明所述的助焊剂是在原本螺柱焊采用的稳弧剂的基础上结合了活性A‑TIG焊的优点。在使用该助焊剂后在较小的电流下，仍能形成可靠焊接并改善了中大直径螺柱焊接质量和焊缝成形。具有操作简单、效果明显等优点。

主权利要求：
1.一种中大直径螺柱拉弧式螺柱焊助焊剂，其特征在于，该助焊剂包括：含量为10%‑
15%的Cr2O3，12%‑17%的TiO2，20%‑25%的Fe2O3，10%‑15%的铝粉，1%‑2%的长石粉，2%‑3%的K2CO3粉，2%‑3%的Na2CO3粉，其余为铁粉。
2.根据权利要求1所述的中大直径螺柱拉弧式螺柱焊助焊剂，其特征在于，所述的助焊剂各成分粒度为400—600目，并将配好的成分用混合机搅拌均匀。
3.根据权利要求1所述的中大直径螺柱拉弧式螺柱焊助焊剂，其特征在于，所述的中大直径螺柱的直径范围为12mm以上。
4.根据权利要求1所述的中大直径螺柱拉弧式螺柱焊助焊剂，其特征在于，所述的中大直径螺柱为实心螺柱或空心螺柱。
5.一种基于权利要求1‑4任一项所述的中大直径螺柱拉弧式螺柱焊助焊剂的应用方法，其特征在于，将助焊剂呈环状均匀刷在螺柱下方的基板上，涂刷助焊剂时，控制助焊剂厚度在40‑60微米，并留出引弧区域；
所配置的助焊剂为粉末与乙醇和丙酮适量混匀形成浆料形式方可使用；
完成涂抹助焊剂后应当对助焊剂进行吹干处理。 说明书 : 一种中大直径螺柱拉弧式螺柱焊助焊剂技术领域[0001] 本发明涉及中碳调质钢及难焊结构基体上螺柱焊的焊接领域，具体地说是一种中大直径钢螺柱拉弧式螺柱焊的助焊剂。背景技术[0002] 电弧螺柱焊是一种将螺状或者柱状的金属焊接在金属板材表面的焊接方法。其基本原理是在待焊螺柱与工件间引燃电弧，当螺柱与工件被加热到合适温度时，在外力作用下，将螺柱送入工件上的焊接熔池形成焊接接头。在车辆、造船、锅炉、钢结构、建筑、电子、仪表、医疗器械等工件行业中螺柱的加工固定，一般传统采用的是螺纹紧固的方法，但这种方法需要在母材上开螺纹，造成实际在大型工件的加工过程中难以加工，且对于密封性要求高的工件，传统加工螺纹的方法难以满足工件的使用要求。随着制造业的高速发展，螺柱的使用率越来越高，需要快速、高质量、高可靠、操作简便的螺柱焊接工艺方法，以满足现代化制造业的发展。[0003] 实现螺柱焊的方法有多种，如：拉弧式螺柱焊、储能式螺柱焊、电阻焊、凸焊等。目前用的最多的是拉弧式螺柱焊，但问题在于，拉弧式螺柱焊对于直径为6mm‑12mm螺柱，引弧较为容易；对于中大直径螺柱(一般直径为12mm以上)，采用小的焊接电流焊接引弧时，螺柱直径大，容易在螺柱一侧先引弧，电流不容易蔓延至整个螺柱端面，导致出现偏弧、熔深不足的现象，外观成型不良，及内部未熔合缺陷。而采取提高焊接电流或焊接时间的方法，虽然能够使电流蔓延至整个螺柱端面，增加熔深，但同时螺柱容易发生过烧现象，影响螺柱的质量。这些问题在焊接空心螺柱时尤为严重。在焊接空心螺柱时存在焊接结合面积少、强度低、焊接内部存在缺陷、焊缝外观成型差、效率低下等缺点。因此针对上述问题，亟须开发一种中大直径螺柱焊在较低的焊接参数下仍能具备充足的熔深、焊缝成形美观的助焊剂。发明内容[0004] 本发明目的在于提供一种中大直径螺柱拉弧式螺柱焊助焊剂。[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为：[0006] 一种中大直径螺柱拉弧式螺柱焊助焊剂，助焊剂包括：含量为10％‑15％的Cr2O3，12％‑17％的TiO2，20％‑25％的Fe2O3，10％‑15％的铝粉，1％‑2％的长石粉，2％‑3％的K2CO3粉，2％‑3％的Na2CO3粉，其余为铁粉。[0007] 进一步的，专用助焊剂各成分粒度为400—600目，并将配好的成分用混合机搅拌均匀。[0008] 进一步的，中大直径螺柱的直径范围为12mm以上。[0009] 进一步的，中大直径螺柱为实心螺柱或空心螺柱。[0010] 本发明提供一种中大直径螺柱拉弧式螺柱焊助焊剂的应用方法，将助焊剂呈环状均匀刷在螺柱下方的基板上，要求涂刷助焊剂时，控制助焊剂厚度在40‑60微米左右，并留出引弧区域。[0011] 进一步的，所配置的助焊剂为粉末与乙醇和丙酮适量混匀形成浆料形式方可使用。[0012] 进一步的，完成涂抹助焊剂后应当对助焊剂进行吹干处理。[0013] 本发明与现有技术相比，其显著优点：1)增强螺柱焊接电弧的收缩，解决中大直径螺柱焊接时偏弧的现象，有效改善了焊缝成型的美观性；2)利用活化成分增加了熔池的熔深，增加了螺柱与板材的结合强度；3)在低电流的情况下仍能够获得良好的焊缝金相组织，减少了气孔，并且在焊接过程中所生成的氧化物对焊缝起着持续保护作用，有效提高了焊缝的质量。附图说明[0014] 图1是本发明使用的一种中大直径螺柱拉弧式螺柱焊助焊剂的流程图。[0015] 图2是本发明使用的中大直径空心螺柱焊助焊剂环状铺放示意图。[0016] 图3是本发明使用的中大直径实心螺柱焊助焊剂环状铺放示意图。[0017] 图4(a)，图4(b)是实施例一添加助焊剂与否时中大直径螺柱焊焊接效果图对比图。[0018] 图5是实施例一未添加助焊剂时中大直径螺柱焊焊后焊缝图示意图。[0019] 图6(a)，图6(b)是实施例二添加助焊剂与否时中大直径螺柱焊焊接效果图示意图。具体实施方式[0020] 下面结合实施例对本发明做进一步说明[0021] 结合图1、图2，本发明的一种中大直径螺柱拉弧式螺柱焊助焊剂，包括以下步骤：[0022] 步骤1、配置好专用助焊剂；[0023] 步骤2、加工螺柱，使螺柱锥角为150°；[0024] 步骤3、机械打磨螺柱及母材表面，用丙酮清洗去除表面污渍，快速吹干；[0025] 步骤4、将助焊剂呈环状均匀刷在螺柱周边母材上，并留出引弧区域。[0026] 步骤5、水平放置母材，将套有匹配陶瓷圈的螺柱锥形端向下，垂直母材，施加一定压力。[0027] 步骤6、启动螺柱焊机进行焊接。[0028] 下面结合实例对本发明做进一步详细描述：[0029] 实施例一[0030] 以直径为18mm的Q235空心螺柱和14mm厚板材为例。[0031] 首先在700A的焊接电流下，在焊前配制专用助焊剂，助焊剂成分为：12％的Cr2O3，14％的TiO2，24％的Fe2O3，15％的铝粉，2％的长石粉，3％的K2CO3粉，2％的Na2CO3粉，28％的铁粉，并将助焊剂与适量丙酮、乙醇混合成浆料状。接下来对直径为18mm的空心螺柱1及母材3表面进行机械打磨，去除锈迹及油污，用丙酮溶液清洗母材3及螺柱1表面，并用酒精进行擦拭，快速吹干。将配制好的助焊剂4呈环状均匀铺在母材3待焊区域上，并留出引弧位置，吹干助焊剂，装配好陶瓷环2，夹取螺柱1，将母材3水平放置，将螺柱1锥形端向下，垂直母材3，使螺柱1对母材3施以一定的压力；启动螺柱焊机进行焊接。发现引弧瞬间助焊剂融化，电弧自动扩展至整个端面，整个焊接过程顺利完成。焊接效果如图4(b)，焊缝完整，凸台处气孔减少，抗剪强度约为230MPA，实测熔深为5.0mm。熔深不足、气孔多以及偏弧问题得到改善。[0032] 实施例二[0033] 以直径为27mm的Q235螺柱和30mm厚板材为例。[0034] 首先在2000A的焊接电流下，在焊前配制专用助焊剂，助焊剂成分为：14％的Cr2O3，17％的TiO2，24％的Fe2O3，15％的铝粉，2％的长石粉，3％的K2CO3粉，2％的Na2CO3粉，23％的铁粉，并将助焊剂与适量丙酮、乙醇混合成浆料状。接下来对直径为22mm的实心螺柱1及母材3表面进行机械打磨，去除锈迹及油污，用丙酮溶液清洗母材3及螺柱1表面，并用酒精进行擦拭，快速吹干。将配制好的助焊剂4呈环状均匀铺在母材3待焊区域上，并留出引弧位置，吹干助焊剂。装配好陶瓷环2，夹取螺柱1，将母材3水平放置，将螺柱1锥形端向下，垂直母材3，使螺柱1对母材3施以一定的压力；启动螺柱焊机进行焊接。发现在螺柱提升瞬间，助焊剂融化，诱导电弧自动扩展，整个引弧过程顺利完成，焊缝均匀，接头成型好。焊接效果如图6(b)，焊缝完整美观，气孔多、熔深不足及偏弧问题得到改善，抗剪强度为247MPA，熔深实测为5.2mm。[0035] 对比例一[0036] 步骤1、选取直径为18mm的Q235空心螺柱和14mm厚板材；[0037] 步骤2、首先在700A的焊接电流下，对直径为18mm的空心螺柱1及母材3表面进行机械打磨，去除锈迹及油污，用丙酮溶液清洗母材3及螺柱1表面，并用酒精进行擦拭，快速吹干。装配好陶瓷环2，夹取螺柱1，将母材3水平放置，将螺柱1锥形端向下，垂直母材3，使螺柱1对母材3施以一定的压力；启动螺柱焊机进行焊接。焊接效果如图5，螺柱周围出现偏弧现象，存在较多缩孔，且熔深不足。焊缝图如图4(a)所示，焊缝内气孔较多，抗剪强度约为120MPA，熔深实测为4.4mm。对比添加助焊剂后，熔深和抗剪强度以及焊缝成形明显得到了改善。[0038] 对比例二[0039] 步骤1、选取直径为27mm的Q235螺柱和30mm厚板材；[0040] 步骤2、首先在2000A的焊接电流下，对直径为22mm的实心螺柱1及母材3表面进行机械打磨表面进行机械打磨，去除锈迹及油污，用丙酮溶液清洗母材3及螺柱1表面，并用酒精进行擦拭，快速吹干。装配好陶瓷环2，夹取螺柱1，将母材3水平放置，将螺柱1锥形端向下，垂直母材3，使螺柱1对母材3施以一定的压力；启动螺柱焊机进行焊接。焊缝图如图6(a)所示，焊缝内气孔较多，抗剪强度约为187MPA，熔深实测为4.6mm。对比添加助焊剂后，熔深和抗剪强度以及焊缝成形明显得到了改善。[0041] 本发明所解决的技术问题在于：对中大直径钢螺柱与钢板焊接时存在的熔深不足、气孔多以及偏弧现象的问题，提供了一种采用涂刷助焊剂的方法，焊接时采用工件直流反接，焊接前，将助焊剂内丙酮和酒精吹干。在引弧开始时，螺柱周围的助焊剂融化，金属氧化物由于具有较小的电子附着直径，因而具有较高的解离温度，产生大量的蒸发原子和分子，这些原子分子充斥在电弧外部，使得电弧发生收缩，解决了焊接过程中外加磁场后容易产生偏弧的现象。此时助焊剂充当电绝缘体，表面覆盖磁通将产生更多的电阻，使得电弧热量提高。焊剂中的Al粉和Fe2O3在环境下产生自蔓延反应，增加熔池的温度，进而增加熔深，并且由于反应产生的Al2O3覆盖并保护焊缝，生成的铁以及多余的铁粉融化进入熔池进行补充，减少了孔洞的形成。同时，由于采用A‑TIG活化剂成分，熔池中的氧气浓度足够高，产生的Marangoni对流将从向外流动变为向内流动，将氧原子聚集在熔池顶面，在热量作用下氧原子分解，提高了熔池温度，使得电弧更集中作用于下部，增加了熔深，解决了偏弧现象。而+ +助焊剂中的Na和K由于金属逸出功小，电子更容易摆脱，提高了焊接电弧的稳定性。从而实现中大直径螺柱焊的成功焊接。

专利地区：江苏

专利申请日期：2021-01-30

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN114833486B