中大直径螺柱焊专用稳弧剂及焊接方法与流程

本发明涉及一种中碳调质钢及难焊结构基体上焊接钢螺柱的焊接技术，具体为中大直径螺柱焊专用稳弧剂及焊接方法。

背景技术：

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弧，在工件上形成熔池，当螺柱与工件被加热到合适温度时，将螺柱送入熔池形成焊接接头，其本质是与熔焊原理相同的焊接方法。螺柱焊作为一种熔焊方法相比较于传统的螺柱加工，具有效率高和节约材料的特点、并且由于不需要在板件表面开孔，可用于对密封性要求比较高的设备当中。基于以上特性，螺柱焊在桥梁建筑，重型机械加工和大型压力容器行业具有巨大的发展前景。

对于大直径螺柱螺柱焊，由于螺柱焊本质是熔焊一种焊接方法，所以对于传统螺柱焊接难题也出现在大直径螺柱螺柱焊当中。由于螺柱焊采用的放电方式为电容储能式放电，且中大直径螺柱的焊接面积较大，电弧很难同时燃烧、融化整个螺柱底面，所以实际的大直径螺柱焊接当中也出现了在传统熔焊中所没有出现的焊接问题。现在在实际使用螺柱焊过程当中主要出现的焊接问题为：1、对于中大直径的螺柱，焊接过程当中会出现明显的电弧燃烧不稳定现象，不能够完全的燃烧螺柱端面，造成螺柱熔化不均匀，焊接熔池形成不均匀，熔池凝固以后形成焊缝未焊合、未焊透等现象，严重影响焊接接头的静态力学性能同时造成焊接接头不能达到预期的外观效果(螺柱歪斜)。2、由于中大直径焊接时使用的板材为中厚板，所以在焊接过程当中焊接接头容易产生气孔和热裂纹，焊接结束以后焊接应力集中，极易产生硬脆相，焊接接头产生冷裂纹，严重影响焊接接头的冲击韧性和动态力学性能。目前还未能有行之有效的方法可以解决在螺柱焊接中出现的这些问题。

技术实现要素：

本发明为一种中大直径螺柱焊过程的专用稳弧剂及焊接方法，达到稳定焊接电弧，消除焊接缺陷，提高焊接质量的目的。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种中大直径螺柱焊专用稳弧剂，该稳弧剂包括：含量为70％-75％的Fe₂O₃，11.8％-12.7％的Al粉，1％-3％的K₂CO₃粉，2％-3％Na₂CO₃粉，2％-3％的钠水玻璃，1％-3％金红石型钛白粉，0.6％-2％的长石粉，其余为FeTiO₃粉。

进一步的，稳弧剂含量为75％的Fe₂O₃，12.7％的Al粉，2％的K₂CO₃粉，2％Na₂CO₃粉，3％的钠水玻璃，2％金红石型钛白粉，1.5％的长石粉，1.8％FeTiO₃粉。

进一步的，中大直径螺柱的直径范围为12mm—27mm。

进一步的，专用稳弧剂各成分颗粒度为600—800目。

一种使用中大直径螺柱焊专用稳弧剂的焊接方法。包括以下步骤：

步骤1、配制专用稳弧剂,配方为含量70％-75％的Fe₂O₃,11.8％-12.7％的Al粉，1％-3％的K₂CO₃粉，2％-3％Na₂CO₃粉，2％-3％的钠水玻璃，1％-3％金红石型钛白粉，0.6％-2％的长石粉，其余为FeTiO₃粉；

步骤2、将配好的专用稳弧剂包裹在铝箔内，并制成环状；

步骤3、加工螺柱，螺柱锥角为150°；

步骤4、机械打磨螺柱及母材表面；

步骤5、用丙酮清洗母材及螺柱表面，快速吹干；

步骤6、将做好的专用稳弧剂环置于与螺柱匹配的陶瓷环底部，并将陶瓷环套在螺柱上；

步骤7、夹取螺柱，将母材水平放置，将套有陶瓷圈的螺柱的锥形端向下，垂直母材，使螺柱对母材施以一定的压力；

步骤8、提升螺柱，拉弧，完成焊接。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1)可实现稳定电弧、减少焊接过程中的飞溅现象；2)操作简单，效率明显提高；3)可实现消除和减少焊接缺陷，得到优质焊接接头；4)可以焊接结构复杂且结构拘束度高的大型构件；

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明使用中大直径螺柱焊专用稳弧剂的焊接方法的流程图。

图2是本发明使用中大直径螺柱焊专用稳弧剂的焊接方法的示意图。

图3是实施例一中大直径螺柱焊的焊接效果图。

图4是实施例二中大直径螺柱焊的焊接效果图。

图5是实施例三中大直径螺柱焊的焊接效果图。

图6是实施例四中大直径螺柱焊的焊接效果图。

图7是实施例五中大直径螺柱焊的焊接效果图。

其中，1—螺柱；2—陶瓷环；3—陶瓷环；4—母材；5—专用稳弧剂。

具体实施方式

结合图1、图2，本发明的中大直径螺柱焊专用稳弧剂及焊接方法，包括以下步骤：

步骤1、配制专用稳弧剂；步骤2、将配好的专用稳弧剂包裹在铝箔内，并制成环状；步骤3、加工螺柱，螺柱锥角为150°；步骤4、机械打磨螺柱及母材表面；步骤5、用丙酮清洗母材及螺柱表面，快速吹干；步骤6、将做好的专用稳弧剂环置于与螺柱匹配的陶瓷环底部，并将陶瓷环套在螺柱上；步骤7、夹取螺柱，将母材水平放置，将套有陶瓷圈的螺柱的锥形端向下，垂直母材，使螺柱对母材施以一定的压力；步骤8、提升螺柱，拉弧，完成焊接。

下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例一

结合图1和图2，以直径为16mm，高为55mm的Q235钢螺柱式样为例。首先在焊前配制焊接专用稳弧剂稳弧剂成分为：75％的Fe₂O₃，12.7％的Al粉，2％的K₂CO₃粉，2％Na₂CO₃粉，3％的钠水玻璃，2％金红石型钛白粉，1.5％的长石粉，1.8％FeTiO₃粉；接下来将配好的专用稳弧剂包裹在铝箔内，并制成环状；对螺柱及母材表面进行机械打磨，去除锈迹及油污，用丙酮溶液清洗工件及螺柱表面，快速吹干。之后将做好的专用稳弧剂环置于与螺柱匹配的陶瓷环底部，并将陶瓷环套在螺柱上；夹取螺柱，将母材水平放置，将套有陶瓷圈的螺柱的锥形端向下，垂直母材，使螺柱对母材施以一定的压力；提升螺柱，拉弧，完成焊接预压深度为1mm，提升高度为3mm。焊接效果如图3，焊缝完整饱满，没有出现气孔，未焊合等缺陷，有效地消除了螺柱焊的偏弧问题。

实施例二

结合图1和图2，以直径为22mm，高为55mm的Q235钢螺柱式样为例。首先在焊前配制焊接稳弧剂稳弧剂成分为：71％的Fe₂O₃，12％的Al粉，3.1％的K₂CO₃粉，2.8％Na₂CO₃粉，3.5％的钠水玻璃，3％金红石型钛白粉，2.3％的长石粉，2.3％FeTiO₃粉；接下来将配好的专用稳弧剂包裹在铝箔内，并制成环状；对螺柱及母材表面进行机械打磨，去除锈迹及油污，用丙酮溶液清洗工件及螺柱表面，快速吹干。之后将做好的专用稳弧剂环置于与螺柱匹配的陶瓷环底部，并将陶瓷环套在螺柱上；夹取螺柱，将母材水平放置，将套有陶瓷圈的螺柱的锥形端向下，垂直母材，使螺柱对母材施以一定的压力；提升螺柱，拉弧，完成焊接预压深度为1mm，提升高度为3mm。焊接效果如图4，焊缝完整饱满，没有出现气孔，未焊合等缺陷，有效地消除了螺柱焊的偏弧问题。

实施例三

结合图1和图2，以直径为22mm，高为55mm的Q235钢螺柱式样为例。首先在焊前配制焊接稳弧剂稳弧剂成分为：72.5％的Fe₂O₃，12.25％的Al粉，2％的K₂CO₃粉，2.5％Na₂CO₃粉，2.5％的钠水玻璃，2％金红石型钛白粉，1.3％的长石粉，4.95％FeTiO₃粉；接下来将配好的专用稳弧剂包裹在铝箔内，并制成环状；对螺柱及母材表面进行机械打磨，去除锈迹及油污，用丙酮溶液清洗工件及螺柱表面，快速吹干。之后将做好的专用稳弧剂环置于与螺柱匹配的陶瓷环底部，并将陶瓷环套在螺柱上；夹取螺柱，将母材水平放置，将套有陶瓷圈的螺柱的锥形端向下，垂直母材，使螺柱对母材施以一定的压力；提升螺柱，拉弧，完成焊接预压深度为1mm，提升高度为3mm。焊接效果如图5，焊缝完整饱满，没有出现气孔，未焊合等缺陷，有效地消除了螺柱焊的偏弧问题。

实施例四

结合图1和图2，以直径为22mm，高为55mm的Q235钢螺柱式样为例。首先在焊前配制焊接稳弧剂稳弧剂成分为：73％的Fe₂O₃，12.5％的Al粉，2.7％的K₂CO₃粉，2.6％Na₂CO₃粉，3.7％的钠水玻璃，2.2％金红石型钛白粉，1.5％的长石粉，1.8％FeTiO₃粉；接下来将配好的专用稳弧剂包裹在铝箔内，并制成环状；对螺柱及母材表面进行机械打磨，去除锈迹及油污，用丙酮溶液清洗工件及螺柱表面，快速吹干。之后将做好的专用稳弧剂环置于与螺柱匹配的陶瓷环底部，并将陶瓷环套在螺柱上；夹取螺柱，将母材水平放置，将套有陶瓷圈的螺柱的锥形端向下，垂直母材，使螺柱对母材施以一定的压力；提升螺柱，拉弧，完成焊接预压深度为1mm，提升高度为3mm。焊接效果如图6，焊缝完整饱满，没有出现气孔，未焊合等缺陷，有效地消除了螺柱焊的偏弧问题。

实施例五

结合图1和图2，以直径为22mm，高为55mm的Q235钢螺柱式样为例。首先在焊前配制焊接稳弧剂稳弧剂成分为：68％的Fe₂O₃，8.7％的Al粉，4％的K₂CO₃粉，5％Na₂CO₃粉，5％的钠水玻璃，3％金红石型钛白粉，2.5％的长石粉，3.8％FeTiO₃粉；接下来将配好的专用稳弧剂包裹在铝箔内，并制成环状；对螺柱及母材表面进行机械打磨，去除锈迹及油污，用丙酮溶液清洗工件及螺柱表面，快速吹干。之后将做好的专用稳弧剂环置于与螺柱匹配的陶瓷环底部，并将陶瓷环套在螺柱上；夹取螺柱，将母材水平放置，将套有陶瓷圈的螺柱的锥形端向下，垂直母材，使螺柱对母材施以一定的压力；提升螺柱，拉弧，完成焊接预压深度为1mm，提升高度为3mm。焊接效果如图7，焊缝成形不佳，偏弧现象严重，出现未焊合，气孔等缺陷。