焊剂组合物以及用于焊接金属的相应方法技术

本发明专利技术涉及用于制造焊接接头的方法，其包括以下顺续步骤：Ⅰ.提供至少两个金属基材，其中至少一个金属基材为钢基材，以及Ⅱ.将至少两个金属基材用焊头焊接，同时在至少两个金属基材上在焊头前方施加包含钛酸盐和选自TiO2、SiO2、ZrO2、Y2O3、Al2O3、MoO3、CrO3、CeO2、La2O3及其混合物的纳米颗粒氧化物的焊剂。其混合物的纳米颗粒氧化物的焊剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】焊剂组合物以及用于焊接金属的相应方法
[0001]本专利技术涉及用焊剂焊接金属基材。其特别好地适用于建筑、造船、运输行业(铁路和汽车)、能源相关的结构、油气行业以及海上行业。
[0002]用不同的焊接技术例如气体保护金属极电弧焊(Gas Metal Arc Welding，GMAW)、气体保护钨极电弧焊(Gas Tungsten Arc Welding，GTAW)(也称为钨极惰性气体焊(Tungsten Inert Gas Welding，TIGW))、埋弧焊(Submerged Arc Welding，SAW)、激光束焊(Laser Beam Welding，LBW)、窄间隙焊(Narrow Gap Welding，也称为窄坡口焊)、激光电弧混合焊来焊接金属基材是公知的。焊接可以在焊剂的帮助下进行，以增加在基材中的熔深。这种焊剂不同于主要用于保护焊接区在焊接期间免受氧化的可能的保护熔剂。
[0003]专利申请WO00/16940公开了使用钛酸盐例如Na2Ti3O7或K2TiO3来实现深熔深气体保护钨极弧焊。钛酸盐作为焊剂的一部分或者作为填充焊丝的一部分被施加至焊接区以在碳钢、铬
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钼钢、不锈钢以及基于镍的合金中提供深熔深焊缝。WO00/16940的钛酸盐化合物以约325目或更细的高纯度粉末的形式使用，325目对应于44μm。为了控制电弧漂移、焊道一致性以及焊件的熔渣和表面外观，可以向基于钛酸盐的填充焊丝中任选地添加多种另外的组分，包括过渡金属氧化物例如TiO、TiO2、Cr2O3和Fe2O3，二氧化硅，锰硅化物，氟化物和氯化物。熔剂的所有化合物都具有微米尺寸。
[0004]虽然用WO00/16940中公开的熔剂改善了熔深，但该熔深对于钢基材不是最佳的。
[0005]因此，需要改善钢基材中的焊缝熔深并因此改善经焊接的钢基材的机械特性。还需要提高焊接的沉积速率和生产率。
[0006]为此，本专利技术涉及用于制造焊接接头的方法，所述方法包括以下顺续步骤：
[0007]Ⅰ.提供至少两个金属基材，其中至少一个金属基材为钢基材，以及Ⅱ.将至少两个金属基材用焊头焊接，同时在至少两个金属基材上在焊头前方施加包含钛酸盐和选自TiO2、SiO2、ZrO2、Y2O3、Al2O3、MoO3、CrO3、CeO2、La2O3及其混合物的纳米颗粒氧化物的焊剂。
[0008]根据本专利技术的方法还可以具有以下列出的单独或组合考虑的任选特征：
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钛酸盐选自：Na2Ti3O7、NaTiO3、K2TiO3、K2Ti2O5、MgTiO3、SrTiO3、BaTiO3、CaTiO3、FeTiO3和ZnTiO4或其混合物，
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焊剂的厚度为10μm至140μm，
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焊剂中纳米颗粒氧化物的百分比小于或等于80重量％，
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焊剂中纳米颗粒氧化物的百分比大于或等于10重量％，
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纳米颗粒的尺寸为5nm至60nm，
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焊剂中钛酸盐的百分比大于或等于45重量％，
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钛酸盐的直径为1μm至40μm，
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焊剂用熔剂仓施加，
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在焊接的同时，还在至少两个金属基材上在焊头前方施加保护熔剂，使得保护熔剂覆盖焊剂，
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保护熔剂用熔剂仓施加，
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焊剂也是保护熔剂，
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焊剂还包括呈微米和/或毫米尺寸的颗粒形式的石灰、二氧化硅、氧化锰和氟化钙，
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焊接通过埋弧焊、基于埋弧焊的窄间隙焊或基于埋弧焊的激光电弧混合焊进行。
[0022]本专利技术还涉及焊接设备，其包括焊头、定位在焊头前方并且适用于施加保护熔剂的第一熔剂仓和适用于施加焊剂并且比第一熔剂仓更远地定位在焊头前方的第二熔剂仓。
[0023]对以下术语进行定义：
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纳米颗粒是尺寸为1纳米(nm)至100纳米的颗粒。
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钛酸盐是指包含钛、氧和至少一种另外的元素例如碱金属元素、碱土元素、过渡金属元素或金属元素的无机化合物。它们可以呈其盐形式。
[0026]不希望受任何理论的束缚，认为根据本专利技术的焊剂主要改变了熔池物理性质。似乎在本专利技术中，不仅化合物的性质，而且等于或小于100nm的氧化物颗粒的尺寸改变了熔池物理性质。
[0027]事实上，熔剂被熔化并以溶解物质的形式并入熔融金属中，如果焊接技术涉及电弧，则以电离物质的形式并入电弧中。由于电弧中存在钛酸盐和氧化物纳米颗粒，电弧收缩。
[0028]此外，溶解在熔融金属中的熔剂改变了Marangoni流，其是由于表面张力梯度而产生的液
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气界面处的质量传递。特别地，熔剂的组分改变了表面张力沿界面的梯度。这种表面张力的改变引起流体流向焊池中心的反转。这种反转引起焊缝熔深和焊接效率的提高，从而引起沉积速率的增加，并因此提高生产率。不希望受任何理论的束缚，认为纳米颗粒比微米颗粒在更低的温度下溶解，因此更多的氧溶解在熔池中，这激活了反向Marangoni流。
[0029]当焊接技术涉及电弧时，反向Marangoni流的作用与由于电弧收缩引起的较高等离子体温度结合，这进一步提高了焊缝熔深和材料沉积速率。当焊接技术涉及激光束时，反向Marangoni流有助于保持适当的钥孔形状，这继而防止气体截留，并因此防止焊缝中的孔。
[0030]此外，溶解氧充当表面活性剂，从而改善熔融金属对基础金属的润湿性，并因此避免焊件中容易出现的关键缺陷，例如边缘熔合不足。
[0031]此外，由于熔剂的组分使表面张力随温度增加，焊缝材料的润湿性沿边缘(其比熔池中心更冷)增加，这防止了夹渣。
[0032]通过阅读以下描述将更好地理解本专利技术，提供该描述仅为了解释的目的，而绝不旨在为限制性的。
[0033]本专利技术涉及钢基材的焊接。优选地，钢基材为碳钢。
[0034]钢基材可以任选地在其一侧的至少一部分上镀覆有防腐镀层。优选地，防腐镀层包括选自锌、铝、铜、硅、铁、镁、钛、镍、铬、锰及其合金的金属。
[0035]在一个优选的实施方案中，防腐镀层为基于铝的镀层，其包含小于15重量％的Si、小于5.0重量％的Fe、任选的0.1重量％至8.0重量％的Mg和任选的0.1重量％至30.0重量％的Zn，剩余部分为铝和由制造过程引起的不可避免的杂质。在另一个优选实施方案中，防腐镀层为基于锌的镀层，其包含0.01重量％至8.0重量％的Al、任选的0.2重量％至8.0重量％的Mg，剩余部分为Zn和由制造过程引起的不可避免的杂质。
[0036]防腐镀层优选地施加在钢基材的两侧上。
[0037]钢材可以焊接至相同组成或不同组成的钢基材。其也可以焊接至另一种金属，例如铝。
[0038]焊剂包含钛酸盐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制造焊接接头的方法，包括以下顺续步骤：Ⅰ.提供至少两个金属基材，其中至少一个金属基材为钢基材，以及Ⅱ.将所述至少两个金属基材用焊头焊接，同时在所述至少两个金属基材上在所述焊头前方施加包含钛酸盐和选自TiO2、SiO2、ZrO2、Y2O3、Al2O3、MoO3、CrO3、CeO2、La2O3及其混合物的纳米颗粒氧化物的焊剂。2.根据权利要求2所述的方法，其中所述钛酸盐选自：Na2Ti3O7、NaTiO3、K2TiO3、K2Ti2O5、MgTiO3、SrTiO3、BaTiO3、CaTiO3、FeTiO3和ZnTiO4或其混合物。3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述焊剂的厚度为10μm至140μm。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述焊剂中的所述纳米颗粒氧化物的百分比小于或等于80重量％。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述焊剂中的所述纳米颗粒氧化物的百分比大于或等于10重量％。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述纳米颗粒的尺寸为5nm至60nm。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔瓦罗，
申请(专利权)人：韦尔迪西奥解决方案AIE公司，
类型：发明
国别省市：