一种双相不锈钢用高效活性剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于焊接用活性剂领域，特别涉及一种双相不锈钢用高效活性剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、双相不锈钢是一种机械性能优异的铁基耐蚀合金，微观组织由铁素体和奥氏体两相组成，且两者含量接近1:1。正是由于双相不锈钢所具有的合理的两相微观组织结构，所以双相不锈钢兼顾铁素体和奥氏体两者的优点。双相不锈钢与主要的不锈钢性能进行比较可以发现，相比于铁素体不锈钢，其有更好的耐蚀性和韧性，比奥氏体不锈钢有更好的机械强度和耐应力腐蚀能力，因此双相不锈钢是一种具有高强度和优异的耐蚀性的功能化一体材料，近年来被广泛的应用于造纸、建筑、结构材料、核反应堆、石化工业和水下工程等。

3、tig焊(tungsten inert gas welding)，又称为非熔化极惰性气体保护电弧焊。在焊接0.5-4.0mm厚的不锈钢时，tig焊是最常用到的焊接方式。但tig焊存在接头熔深不足的缺点，目前一般采用活性剂来提高tig焊的熔深。例如：zl201910601454.7公开的焊接方法的焊缝熔深为8mm。专利cn108637529a公开了一种奥氏体不锈钢钨极氩弧焊活性剂，包括以下重量百分含量的组分：34-36％sio2粉末、25-27％tio2粉末、12-14％cr2o3粉末、7-9％nio粉末、3-5％mno粉末、7-9％cuo粉末和5-7％b2o3粉末。但其对于双相不锈钢的焊接未有涉及，最大熔深和接头性能也有待提升。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种双相不锈钢用高效活性剂及其制备方法和应用，解决了传统焊接方法焊缝熔深浅，焊接效率低的问题，改善焊缝组织和力学性能，使得电弧收缩和改变熔池流态，从而有效提高tig焊的熔深。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面，提供了一种双相不锈钢用高效活性剂，由如下重量百分数的原料组成：sio2粉末40-55％；tio2粉末30-40％；mno2粉末1-10％；nio粉末1-10％；b2o3粉末1-10％；mgo粉末1-10％，各原料的百分数之和为100％。

4、在一些实施方式中，由如下重量百分数的原料组成：47％-55％sio2粉末、35％-40％tio2粉末、1％-4％mno2粉末、1％-4％nio粉末、1％-4％b2o3粉末和1％-6％mgo粉末，各原料的百分数之和为100％。

5、在一些实施方式中，由如下重量百分数的原料组成：40％-47％sio2粉末、30％-35％tio2粉末、4％-10％mno2粉末、4％-10％nio粉末、4％-10％b2o3粉末和6％-10％mgo粉末，各原料的百分数之和为100％。

6、在一些效果较好的实施方式中，所述双相不锈钢用高效活性剂优选其组分按重量百分比计：47％sio2粉末、35％tio2粉末、4％mno2粉末、4％nio粉末、4％b2o3粉末和6％mgo粉末。

7、在一些实施方式中，所述sio2粉末、tio2粉末、mno2粉末、nio粉末、b2o3粉末和mgo粉末的粒径皆小于5μm，且纯度均为99.9％。

8、本发明以所述sio2粉末、tio2粉末、mno2粉末、nio粉末、b2o3粉末和mgo粉末为活性剂成分，综合考虑各单组元活性剂对增加焊接溶深、接头金相显微组织变化的影响，以及对合金系统的要求与估算合金损失，其中sio2、mno2、nio、b2o3和tio2对提高熔深及深宽比具有显著的作用，b2o3、sio2、nio、mno2、tio2可以细化焊缝晶粒，sio2、nio和mgo有利于减弱熔合线枝晶方向性，sio2可以改善接头凝固模式，tio2还可以补充接头中微量元素的烧损并能减弱杂质元素的负面影响，同时，活性剂中的sio2、nio和mno2等物质会使电弧产生收缩现象，电弧能量密度更高，电弧力增加，使电弧下熔池金属熔化体积增加，从而增加熔深，减小熔宽，达到提高接头的深宽比的目的。

9、本发明的第二个方面，提供了一种双相不锈钢用高效活性剂的制备方法，包括：

10、将sio2、tio2、mno2、nio、b2o3和mgo粉末烘干、研磨至粒径小于5μm，分别密封保存在干燥箱内；

11、使用时，按照上述的配比进行组合，即得。

12、更具体的，包括：

13、(1)在室温下将sio2、tio2、mno2、nio、b2o3和mgo粉末放进烘干箱烘干1小时，除去活性剂粉末中的结晶水；

14、(2)所述sio2粉末、tio2粉末、mno2粉末、nio粉末、b2o3粉末和mgo粉末充分研磨为粒径独立地为小于5μm，且纯度均为99.9％；

15、(3)将上述充分研磨后的sio2粉末、tio2粉末、mno2粉末、nio粉末、b2o3粉末和mgo粉末分类密封保存在干燥箱内；

16、(4)使用时，按照比例配比，得到双相不锈钢用高效活性剂。

17、本发明对所述混合方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合方式即可，具体的，如搅拌。

18、本发明的第三个方面，提供了上述的双相不锈钢用高效活性剂在焊接领域中的应用。

19、本发明的第四个方面，提供了一种双相不锈钢焊接方法，包括：

20、对待焊接的双相不锈钢板材进行预处理；

21、将上述的活性剂和有机溶剂混合均匀，得到活性剂溶液；

22、将所述性剂溶液涂覆在双相不锈钢板材的待焊区，静置，使有机溶剂完全挥干，焊接，即得。

23、更具体的，包括：

24、s1，打磨、洗涤待焊接的双相不锈钢板材，清理待焊区两侧各25mm范围内的油污、铁锈、水分等杂物，直至露出金属光泽；

25、s2，将活性剂和有机溶剂充分混合搅拌调制成粘稠状溶液；

26、s3，通过刷涂或喷涂的方式将上述活性剂调制好的粘稠溶液均匀地涂在待焊区，涂覆厚度能盖住金属表面即可；

27、s4，按上述涂覆后，静置2-3min，待极性有机溶剂自然挥发或利用热风枪等设备吹干后再进行焊接。

28、本发明将所述双相不锈钢用高效活性剂用有机溶剂调成粘稠状液体，涂覆在待焊接的不锈钢表面，待极性有机溶剂挥发后再进行焊接。

29、本发明对所述调和的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的双相不锈钢用高效活性剂与有机溶剂的调和方法即可。本发明对所述有机溶剂的用量没有限制，推荐用丙酮或酒精按照1:2.15的比例调和成糊膏状或粘稠状备用。

30、在本发明中，所述双相不锈钢在涂覆前优选包括依次进行砂纸或使用角磨机打磨、丙酮洗涤或乙醇洗涤的步骤。本发明对所述砂纸或角磨机打磨、丙酮洗涤或乙醇洗涤的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的操作方式即可。

31、本发明对所述涂覆的厚度没有特殊的限定，优选能够将不锈钢表面完全涂覆即可，更优选地涂覆厚度为0.3-1mm。

32、本发明对所述涂覆的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的涂覆方式即可，具体的，如用毛刷刷涂或喷涂。

33、在一些实施方式中，所述焊接的工艺参数为：焊接电流175-180a，焊接速度70-95mm/min，电弧电压13-14v，焊枪氩气流量15-18l/min、背面保护氩气流量20-24l/min，钨极直径3.2mm，涂覆厚度0.3-1mm，组对间隙0.2-1mm，错边量0.2-0.3mm，板平面度小于2mm。

34、本发明的有益效果

35、(1)本发明提供的活性剂全部由氧化物组成，无毒无害，且不含贵金属、成本低，每公斤成本不超过170元，本发明主要是解决传统tig焊接板材单道焊缝熔深浅，效率低的问题，采用a-tig焊既能保留tig焊焊接质量高，成型美观的优点又能大幅增加焊接熔深，提高生产效率，且本发明的双相不锈钢用高效活性剂能细化焊缝晶粒，有效地阻碍了位错运动，提高接头力学性能，有利于提高焊接生产效率，降低焊接生产成本，可实现17.5mm单面焊双面成型。

36、(2)本发明的双相不锈钢用高效活性剂焊接质量稳定，活性剂涂敷层在焊接过程中不容易发生脱落，焊接完成后的活性剂渣壳易清理，焊后接头按awsd 1.6-2007标准进行100％射线检测和100％渗透检测，接头射线和渗透探伤均合格，无裂纹、未焊透、未熔合、咬边等一系列缺陷，焊缝呈银白色，成形美观。

37、(3)本发明的双相不锈钢用高效活性剂在焊接时无需昂贵的焊接设备，与其他焊接方法相比，a-tig所需设备简单，易于操作和维修，适用于各种焊接位置，目前a-tig焊接方法已经广泛应用到能源生产、航空航天、汽车工业、动力机械等领域，如核反应堆、汽车轮毂和压力容器等。在相同的参数下利用本发明的活性剂焊接的双相不锈钢的晶粒和组织明显细化，晶界的面积增加，更多晶界的出现有效地阻碍了位错的运动，起到了晶界强化的作用。在接头中析出了更多的δ铁素体，相比于传统氩弧焊，活性剂焊接接头铁素体含量由44.35％增加到57.67％，而且δ铁素体相比于奥氏体具有更高的机械强度，可以提高焊接接头的力学性能，但是接头中δ铁素体不是越多越好，它存在一个范围，如果δ铁素体过多会形成较多的σ相，会消耗大量的cr造成接头脆化，对于双相不锈钢而言δ铁素体含量一般控制在40％-60％。本发明种接头铁素体含量为57.67％，处于规定的范围内，因此涂敷本发明的活性剂对接头并没有恶化作用。

38、(4)本发明针对的材质为s32101双相不锈钢而非321奥氏体不锈钢，最大熔深可达17.5mm，相比于cn108637529a最大熔深为16mm，接头性能更高。

39、(5)相比于mno，mno2氧元素含量更高，更有利于促进熔池流动，氧化物中的氧原子具有良好的亲和电子和表面活性能力，会促使熔池表面张力温度梯度由负变为正(比氟化物效果要好)，引起marangoni对流逆转，对流流速增大，增加电弧的穿透能力，对熔池底部传热效率提高，此外，这种双相钢具有50％的铁素体和50％的奥氏体，锰能确保奥氏体和铁素体到达相应的均衡，并使得镍含量减少；添加mgo有利于减弱熔合线枝晶方向性；相比于奥氏体不锈钢，双相不锈钢本身含cr量更高为21.00-23.00％(奥氏体不锈钢为16.00-18.00％)，而cr是铁素体形成元素，为保证铁素体和奥氏体相比例趋近于平衡，因此本发明的活性剂不添加cr2o3；cu是奥氏体形成元素，不利于铁素体的形成，通过调控cu、cr、mn的含量来确保奥氏体和铁素体到达相应的均衡。