一种用于铝及铝合金TIG的活性焊剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种用于铝及铝合金TIG的活性焊剂及其制备方法，该活性焊剂的组分按质量百分数含量为：AlN50%~80%；TiO

说明书

技术领域

    本发明涉及焊接材料领域，具体涉及一种用于铝及铝合金TIG的活性焊剂及其制备方法。

背景技术

    铝及铝合金具有密度小、比强度高和耐腐蚀等优点，在现代工业生产中得到了广泛应用。由于铝及铝合金的导热系数和比热容都很大，焊接变形大，通常采用的都是能量集中的焊接方法，其中尤其是以TIG焊为最常见。采用传统的TIG焊接铝合金时，由于TIG焊单道焊接时焊缝熔深浅，一般不超过3mm，对于超过此厚度的焊件需要开坡口，进行多层填丝焊，甚至还需要预热才能施焊。所以采用TIG焊焊厚板时生产效率低，焊接变形大，进而提高了施工难度和焊接成本，从而限制了其推广应用。近年来国内外焊接学者对A-TIG焊给予很大重视，活性化TIG焊接可使焊接熔深比常规的TIG焊增加2～3倍，能大幅提高焊接效率。但以往进行的A-TIG研究主要针对的金属多为碳钢、不锈钢和钛合金等材料，对于铝合金A-TIG焊的研究，目前相关的报道研究成果还较少。专利CN1623721A及CN101347859A公开的活性剂中都含有剧毒物质，焊接过程中由于电弧的高温作用使其蒸发形成有害毒性烟雾，对焊工的身体产生严重危害，不利于推广应用。因此，研发出一种工艺性能好、使用性能佳而又低毒甚至无毒的专门针对铝及铝合金的活性焊剂具有重要的实际意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种用于铝及铝合金TIG的活性焊剂及其制备方法，克服了常规TIG焊熔深浅，效率低等缺点。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种用于铝及铝合金TIG的活性焊剂，包括AlN、TiO₂、NaF、Cr₂O₃、MgO和Al₂O₃，上述组分按质量百分数含量如下，AlN：50%~80%；TiO₂：5%~15%；NaF：1%~10%；Cr₂O₃：1%~10%；MgO：1%~5%；其余为Al₂O₃。

    作为优选，所述的组分按质量百分数含量如下，AlN：60%~80%；TiO₂：5%~10%；NaF：5%~10%；Cr₂O₃：1%~5%；MgO：1%~5%；其余为Al₂O₃。

作为优选，所述的组分按质量百分数含量如下，AlN：75%；TiO₂：5%；NaF：5%；Cr₂O₃：5%~5%；MgO： 5%； Al₂O₃：5%。

本发明还公开了上述活性焊剂的制备方法，包括以下步骤，

（1）按照各组分含量称取AlN、TiO₂、NaF、Cr₂O₃、MgO和Al₂O₃，将各组分的分析纯试剂混合，然后用球磨机球磨混匀，得到所述组分的混合物；

（2）采用100～300目筛子筛滤使混合物颗粒度达到要求；

（3）将混合物放入烘箱中加热到150℃～200℃，保温2小时以上，得到活性焊剂。

作为优选，步骤（1）中，球磨时间不低于2小时。

有益效果：本发明的活性焊剂在铝合金焊接使用中可以取得明显的增加熔深效果，在相同焊接工艺参数条件下，与传统的TIG焊相比，不仅表面成形良好，熔深增加在3倍以上，能在不预热，不开坡口的情况下一次焊透10mm的无间隙对接接头，大大简化焊接工艺，提高了生产效率。在该活性焊剂作用下，焊缝宽度明显减小，焊接变形减小，软化程度减小，通过X光射线探伤表明裂纹和气孔问题得到大大改善，经过金相观察表明焊缝晶粒细化，通过力学性能试验表明力学性能没有受到任何影响，而且所制得的活性剂毒性较低，使用时对人体伤害轻微，可大规模使用。本发明的活性焊剂的制备方法，工艺简单，有利于实现大批量、规模化生产。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明的一种用于铝及铝合金的活性焊剂及其制备方法作进一步详细说明。

实施例1

本实施案例的活性焊剂用于纯铝的焊接，该活性焊剂各组分及含量（质量百分比）为：AlN：60%；TiO₂：15%；NaF：10%；Cr₂O₃：5%；MgO：5%；Al₂O₃：5%。首先按上述配方比例称取各单组分的分析纯试剂，混合后用球磨机球磨混匀，得到上述组分的混合物；球磨时间不低于2小时，然后用100～300目筛子筛滤使混合物颗粒度达到要求，最后将混合物放入烘箱中加热到150℃～200℃，保温2小时以上即可得到活性焊剂。将制得的活性焊剂均匀涂敷在待焊试件焊缝两侧表面，涂覆宽度为4-6mm，涂敷厚度0.2-0.3mm，并在外侧涂敷SiO₂，采用交流TIG焊在相同焊接工艺参数条件下一次焊接完成。焊接变形减小，熔深增加比（D/D₀，D为涂覆活性焊剂区熔深，D₀为无活性焊剂区熔深）达到3.09，活性焊剂增加熔深效果很显著，裂纹和气孔问题得到大大改善，经过金相观察表明焊缝晶粒细化，焊件性能明显提高。

实施例2

本实施案例的活性焊剂用于5083铝合金的焊接，该活性焊剂各组分及含量（质量百分比）为：AlN：65%；TiO₂：10%；NaF：10%；Cr₂O₃：5%；MgO：5%；Al₂O₃：5%。首先按上述配方比例称取各单组分的分析纯试剂，混合后用球磨机球磨混匀，得到上述组分的混合物；球磨时间不低于2小时，然后用100目筛子筛滤使混合物颗粒度达到要求，最后将混合物放入烘箱中加热到150℃，保温2小时以上即可得到活性焊剂。将制得的活性焊剂均匀涂敷在待焊试件焊缝两侧表面，涂覆宽度为4-6mm，涂敷厚度0.2-0.3mm，并在外侧涂敷SiO₂，采用交流TIG焊在相同焊接工艺参数条件下一次焊接完成。焊接变形减小，熔深增加比（D/D₀，D为涂覆活性焊剂区熔深，D₀为无活性焊剂区熔深）达到3.14，活性焊剂增加熔深效果很显著，裂纹和气孔问题得到大大改善，经过金相观察表明焊缝晶粒细化，焊件性能明显提高。

实施例3

本实施案例的活性焊剂用于5083铝合金的焊接，该活性焊剂各组分及含量（质量百分比）为：AlN：70%；TiO₂：10%；NaF：10%；Cr₂O₃：5%；MgO：1%；Al₂O₃：4%。首先按上述配方比例称取各单组分的分析纯试剂，混合后用球磨机球磨混匀，得到上述组分的混合物；球磨时间不低于2小时，然后用300目筛子筛滤使混合物颗粒度达到要求，最后将混合物放入烘箱中加热到200℃，保温3小时即可得到活性焊剂。将制得的活性焊剂均匀涂敷在待焊试件焊缝两侧表面，涂覆宽度为4-6mm，涂敷厚度0.2-0.3mm，并在外侧涂敷SiO₂，采用交流TIG焊在相同焊接工艺参数条件下一次焊接完成。焊接变形减小，熔深增加比（D/D₀, D为涂覆活性焊剂区熔深，D₀为无活性焊剂区熔深）达到3.18，活性焊剂增加熔深效果很显著，裂纹和气孔问题得到大大改善，经过金相观察表明焊缝晶粒细化，焊件性能明显提高。

实施例4

本实施案例的活性焊剂用于6061铝合金的焊接，该活性焊剂各组分及含量（质量百分比）为：AlN：75%；TiO₂：5%；NaF：5%；Cr₂O₃：5%；MgO：5%；Al₂O₃：5%。首先按上述配方比例称取各单组分的分析纯试剂，混合后用球磨机球磨混匀，得到上述组分的混合物；球磨时间不低于2小时，然后用200目筛子筛滤使混合物颗粒度达到要求，最后将混合物放入烘箱中加热到180℃，保温2.5小时即可得到活性焊剂。将制得的活性焊剂均匀涂敷在待焊试件焊缝两侧表面，涂覆宽度为4-6mm，涂敷厚度0.2-0.3mm，并在外侧涂敷SiO₂，采用交流TIG焊在相同焊接工艺参数条件下一次焊接完成。焊接变形减小，熔深增加比（D/D₀，D为涂覆活性焊剂区熔深，D₀为无活性焊剂区熔深）达到3.21，活性焊剂增加熔深效果很显著，裂纹和气孔问题得到大大改善，经过金相观察表明焊缝晶粒细化，焊件性能明显提高。

实施例5

本实施案例的活性焊剂用于6061铝合金的焊接，该活性焊剂各组分及含量（质量百分比）为：AlN：80%；TiO₂：5%；NaF：5%；Cr₂O₃：5%；MgO：2.5%；Al₂O₃：2.5%。首先按上述配方比例称取各单组分的分析纯试剂，混合后用球磨机球磨混匀，得到上述组分的混合物；球磨时间为3小时，然后用100～300目筛子筛滤使混合物颗粒度达到要求，最后将混合物放入烘箱中加热到150℃～200℃，保温2小时以上即可得到活性焊剂。将制得的活性焊剂均匀涂敷在待焊试件焊缝两侧表面，涂覆宽度为5mm，涂敷厚度0.25mm，并在外侧涂敷SiO₂，采用交流TIG焊在相同焊接工艺参数条件下一次焊接完成。焊接变形减小，熔深增加比（D/D₀, D为涂覆活性焊剂区熔深，D₀为无活性焊剂区熔深）达到3.24，活性焊剂增加熔深效果很显著，裂纹和气孔问题得到大大改善，经过金相观察表明焊缝晶粒细化，焊件性能明显提高。

实施例6

本实施案例的活性焊剂用于6061铝合金的焊接，该活性焊剂各组分及含量（质量百分比）为：AlN：80%；TiO₂：10%；NaF：8%；Cr₂O₃：1%；MgO：1%。首先按上述配方比例称取各单组分的分析纯试剂，混合后用球磨机球磨混匀，得到上述组分的混合物；球磨时间不低于2小时，然后用100～300目筛子筛滤使混合物颗粒度达到要求，最后将混合物放入烘箱中加热到150℃～200℃，保温2小时以上即可得到活性焊剂。将制得的活性焊剂均匀涂敷在待焊试件焊缝两侧表面，涂覆宽度为4.5mm，涂敷厚度0.23mm，并在外侧涂敷SiO₂，采用交流TIG焊在相同焊接工艺参数条件下一次焊接完成。焊接变形减小，熔深增加比（D/D₀, D为涂覆活性焊剂区熔深，D₀为无活性焊剂区熔深）达到3.36，活性焊剂增加熔深效果很显著，裂纹和气孔问题得到大大改善，经过金相观察表明焊缝晶粒细化，焊件性能明显提高。

实施例7

本实施案例的活性焊剂用于6061铝合金的焊接，该活性焊剂各组分及含量（质量百分比）为：AlN：80%；TiO₂：5%；NaF：8%；Cr₂O₃：1%；MgO：1%；Al₂O₃：5%。首先按上述配方比例称取各单组分的分析纯试剂，混合后用球磨机球磨混匀，得到上述组分的混合物；球磨时间不低于2小时，然后用100～300目筛子筛滤使混合物颗粒度达到要求，最后将混合物放入烘箱中加热到150℃～200℃，保温2小时以上即可得到活性焊剂。将制得的活性焊剂均匀涂敷在待焊试件焊缝两侧表面，涂覆宽度为4-6mm，涂敷厚度0.2-0.3mm，并在外侧涂敷SiO₂，采用交流TIG焊在焊接电流240A，焊接速度60mm/min的焊接参数下，可以一次焊透10mm的铝合金。焊接变形减小，活性焊剂增加熔深效果很显著，裂纹和气孔问题得到大大改善，焊缝质量合格。

通过上述各实施例可以看出，本发明的活性焊剂可以显著增加焊缝熔深，降低焊接热输入，减小焊接变形；减小热影响区宽度，从而显著减小热影响区的软化程度；有效改善裂纹和气孔问题，焊缝质量明显提高。无需预热，无需开坡口，大大简化焊接工艺，提高生产效率，降低生产成本。并且该活性剂毒性较低甚至无毒，可保障安全生产。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。