焊接背面保护剂及其制备方法和在深熔TIG焊接中的应用技术

本发明专利技术公开焊接背面保护剂及其制备方法和在深熔TIG焊接中的应用，选取粉末NaCl5—10质量份、CaO10—15质量份、CaF215‑20质量份、SiO25‑10质量份、CaSiO325‑30质量份、TiO25‑10质量份、Cr2O35‑10质量份、Al2O31‑5质量份、MnO21‑5质量份和V2O51‑5质量份，在研钵中研磨使其混合均匀。将背面保护剂粉末与丙酮混合后，均匀涂敷在试件表面，待丙酮完全挥发后进行焊接。试验采用MHZ1000型直流焊机及自制的深熔TIG焊枪进行对接焊，基材采用AISI 316不锈钢以及X70管线钢。本发明专利技术采用背面保护粉末的深熔TIG焊可以实现背面焊缝的有效保护及防止背面焊缝的氧化，从而保证焊接质量，同时背面保护粉末的加入有利于熔池的形成，从而降低制造成本。

Welding Back Protective Agent and Its Preparation Method and Application in Deep Penetration TIG Welding

The invention discloses welding back protective agent and its preparation method and its application in deep penetration TIG welding. The powder NaCl5-10, CaO10-15, CaF215-20, SiO2 5-10, CaSiO325-30, titanium dioxide 25-10, Cr2O35-10, Al2O31-5, MnO2 1-5 and V2O51-5 are selected to be ground in a grinding bowl to make it possible. Mix well. After mixing the back protective powder with acetone, the powder was evenly coated on the surface of the specimen and welded after the acetone was completely volatilized. MHZ1000 DC welding machine and self-made deep penetration TIG welding torch were used for welding. AISI 316 stainless steel and X70 pipeline steel were used as substrates. The deep penetration TIG welding with back shielding powder can realize effective protection of back welding seam and prevent oxidation of back welding seam, thus ensuring welding quality, and the addition of back shielding powder is beneficial to the formation of molten pool, thereby reducing manufacturing cost.

【技术实现步骤摘要】
焊接背面保护剂及其制备方法和在深熔TIG焊接中的应用
本专利技术涉及焊接
，更加具体地说，涉及焊接背面保护剂及其制备方法和在深熔TIG焊接中的应用，具体涉及不锈钢和碳钢的深熔TIG焊焊接方法。
技术介绍
深熔TIG焊在传统TIG焊接的基础上通过大电流(>300A)形成的较大电弧压力与熔池液态金属的表面张力实现相对平衡，形成小孔而实现深熔焊接。它可以实现12mm厚不锈钢材料的单面焊双面成型，焊接过程稳定，波纹细腻，成型美观，是真正的高速、高效、低成本的焊接方法，是对传统TIG焊的革新。深熔TIG焊是一种小孔焊接方法，其与小孔等离子焊在焊接过程中形成小孔的原理有本质区别，等离子焊接需要压缩电弧，焊接能量密度很高，而深熔TIG焊接法形成的小孔是“自然”形成的，电弧不经过压缩，主要是靠大电流形成的电弧力与表面张力平衡形成小孔而焊接。深熔TIG焊焊接时，基材在高温电弧的作用下迅速被加热，表面温度在极短时间内升高到沸点，金属熔化或汽化。金属汽化时，产生的金属蒸汽以一定的速度离开熔池，金属蒸汽的逸出对熔化的液态金属产生一个反作用力，与电弧压力共同作用，使熔池金属表面向下凹陷，产生一个小凹坑，熔化的金属被挤向熔池四周。这个过程继续进行下去，便在液态金属中形成一个小孔。由于深熔TIG焊是一种穿孔焊接方法，在实际焊接过程中，深熔TIG焊的电弧在穿透试样之后会与空气接触，与空气接触的电弧会被产生氧化，从而影响焊缝的性能。通常意义的背面方法是用氩气保护，但是氩气保护技术应用范围较窄，工业应用场景较少。因此，需要寻求一种高效、应用范围广的背面保护方法。而背面保护粉末是在深熔TIG焊过程中，在焊件背面涂敷一层活性剂，最终获得焊缝保护效果的焊接方法。与传统的氩气保护相比，背面粉末保护可以简化焊接工艺，提高生产率，降低生产成本，具有广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供焊接背面保护剂及其制备方法和在深熔TIG焊接中的应用，通过该背面保护剂的使用，可完全焊透6mm厚的不锈钢及碳钢，保证背面焊缝不被氧化，从而保证焊缝性能。本专利技术主要是针对深熔TIG焊，背面保护剂的筛选和配比，采用背面保护粉末的深熔TIG焊可以实现背面焊缝的有效保护及防止背面焊缝的氧化，从而保证焊接质量，同时背面保护粉末的加入有利于熔池的形成；不仅可以节约大量的能源消耗，而且还可以应用在更广泛的焊接位置及场所，从而降低制造成本。本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现：焊接背面保护剂，由NaCl5—10质量份、CaO10—15质量份、CaF215-20质量份、SiO25-10质量份、CaSiO325-30质量份、TiO25-10质量份、Cr2O35-10质量份、Al2O31-5质量份、MnO21-5质量份和V2O51-5质量份组成。优选NaCl5—8质量份、CaO10—12质量份、CaF215—18质量份、SiO28—10质量份、CaSiO325—30质量份、TiO28—10质量份、Cr2O35—8质量份、Al2O33—5质量份、MnO21—3质量份和V2O51—3质量份组成。.上述焊接背面保护剂中各个组分选择粉末，粒径为100—300目，优选150—200目。在进行制备时，采用电子称称取各种试剂粉末，在研钵中研磨使其混合均匀，然后用筛子选取100-300目的粉末，研磨时间为10—30min。在进行使用时，将上述焊接背面保护剂和丙酮混合成糊状或膏状后，均匀涂敷在试件表面，即涂覆在待焊接工件表面的背面并覆盖焊缝，其中焊接背面保护剂为92—95质量份，丙酮为5—8质量份。涂敷厚度以刚好掩盖试件表面的金属光泽为宜，一般控制在0.1—0.5mm，优选0.1—0.3mm，待丙酮完全挥发后进行焊接。上述焊接背面保护剂在焊接AISI316不锈钢或者X70管线钢中的应用，对背面焊缝金属进行涂覆和保护。试验采用MHZ1000型直流焊机及自制的深熔TIG焊枪进行对接焊。焊接过程中采用直流正接的方式，焊枪保持不动工件沿纵向移动完成焊接过程。AISI316实验使用的焊接工艺参数为焊接电流为400—420A，焊接速度为200—300mm/min，电弧长度1—3mm，钨极直径8—10mm，钨极角度为50—60°，氩气流量20-25L/min。X70实验的焊接工艺参数为焊接电流为400—420A，焊接速度为250—300mm/min,电弧长度1—3mm，钨极直径8—10mm，钨极角度为50—60°，氩气流量20-25L/min。在焊接不锈钢和管线管时,由于该类材料中的元素与氧的亲和能力大,如果不采取焊缝保护措施,背面的焊缝金属很容易在焊接过程中被氧化,发生合金元素的烧损,且易产生焊接缺陷,造成焊缝金属的力学性能和耐蚀性下降。为保证焊接质量,在进行此类材料焊接时,不可避免的需要对焊缝背面进行保护，而常用保护方法为焊缝背面充氩保护。背面充氩保护存在着一些自身很难克服的缺点：工作效率低。由于充氩气和焊接操作是同时进行的,因此两个操作存在相互干涉的问题,尤其在检修焊接时,检修空间的狭小往往会影响施工效率和焊接质量；浪费严重。充氩用气量跟打底层焊接时间成正比,所以当焊接大口径管道时,氩气的用量是相当大的。另外焊接过程中的“常气流”现象也是造成充氩气保护成本高的重要因素；充氩气保护无法解决的问题是在缺陷焊口处,挖补时无法进行充氩保护,进而使得焊补处成为安全隐患。在本专利技术中，提供适用于深熔TIG焊的焊缝背面保护剂，在焊接过程中,可以应用保护剂对焊缝背面进行保护,从而给不锈钢和管线钢的焊接带来很大的方便,同时为焊缝保护提供一种新的方法。在待焊接工件表面的背面并覆盖焊缝后，既可以免去充气保护，同时在焊接时背面保护剂参与反应并进行吸热，起到对焊接工件的冷却作用，从而在一定程度上冷却熔池，使热影响区变窄。与现有技术相比，本专利技术通过添加背面保护剂的深熔TIG焊实现了6mm厚的AISI316奥氏体不锈钢及X70钢的背面保护效果，该方法简化了焊接保护工艺，提高了生产效率，降低了生产成本，具有较高的应用价值。本专利技术通过使用背面保护剂可以有效防止焊缝背面在焊接过程中的氧化，节约了能源消耗，同时一定程度上冷却熔池，对焊接过程中的熔池的稳定起了一定的效果，保证了焊缝的性能。附图说明图1是没有使用背面保护剂的焊缝背面的照片(AISI316)。图2是使用背面保护剂的焊焊缝背面的照片(AISI316)。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。药品名称分子式纯度规格生产厂家氯化钠NaCl≥98％分析纯天津江天化工技术有限公司氧化钙CaO≥98％分析纯天津江天化工技术有限公司氟化钙CaF2≥98％分析纯天津江天化工技术有限公司二氧化硅SiO2≥98％分析纯天津江天化工技术有限公司硅酸钙CaSiO3≥98％分析纯天津江天化工技术有限公司二氧化钛TiO2≥98％分析纯天津江天化工技术有限公司三氧化铬Cr2O3≥99％分析纯天津风船化学试剂有限公司氧化铝Al2O3≥98％分析纯天津江天化工技术有限公司氧化锰MnO2≥98％分析纯天津江天化工技术有限公司氧化钒V2O5≥98％分析纯天津江天化工技术有限公司基材前处理：基材采用AISI316不锈钢(其化学成分如表1所示)以及X70管线钢(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.焊接背面保护剂，其特征在于，由NaCl 5—10质量份、CaO 10—15质量份、CaF2 15‑20质量份、SiO2 5‑10质量份、CaSiO3 25‑30质量份、TiO2 5‑10质量份、Cr2O3 5‑10质量份、Al2O3 1‑5质量份、MnO2 1‑5质量份和V2O5 1‑5质量份组成。

【技术特征摘要】
1.焊接背面保护剂，其特征在于，由NaCl5—10质量份、CaO10—15质量份、CaF215-20质量份、SiO25-10质量份、CaSiO325-30质量份、TiO25-10质量份、Cr2O35-10质量份、Al2O31-5质量份、MnO21-5质量份和V2O51-5质量份组成。2.根据权利要求1所述的焊接背面保护剂，其特征在于，优选NaCl5—8质量份、CaO10—12质量份、CaF215—18质量份、SiO28—10质量份、CaSiO325—30质量份、TiO28—10质量份、Cr2O35—8质量份、Al2O33—5质量份、MnO21—3质量份和V2O51—3质量份组成。3.根据权利要求1或者2所述的焊接背面保护剂，其特征在于，各个组分选择粉末，粒径为100—300目，优选150—200目。4.如权利要求1所述的焊接背面保护剂的制备方法，其特征在于，采用电子称称取各种试剂粉末，在研钵中研磨使其混合均匀，然后用筛子选取100-300目的粉末，研磨时间为10—30min。5.如权利要求1所述的焊接背面保护剂的使用方...

【专利技术属性】
技术研发人员：敖三三，张旭，罗震，刘为东，郝志壮，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12