用于焊接不锈钢的活性助焊剂
阅读：996发布：2022-07-03
专利汇可以提供用于焊接不锈钢的活性助焊剂专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于 焊接 不锈 钢 的活性 助焊剂 ，其包含以重量百分比计的 氧 化 钛 25％至40％、氧化铬25％至30％、氧化 硅 10％至30％、硫化钼10％至15％及氧化钼5％至15％。氧化钛、氧化铬、氧化硅、硫化钼及氧化钼等是用以作为活化添加物，借以提升 不锈钢 工件 利用添加焊材方式进行 电弧 焊 接时的熔透深度及焊接特性。不锈钢用焊材是一 焊条 或焊线，可选择由一 焊料 包覆一助焊剂，或由助焊剂包覆焊料，借以增加焊接施工便利性及助焊剂供给匀称性。，下面是用于焊接不锈钢的活性助焊剂专利的具体信息内容。
1.一种用于焊接不锈钢的活性助焊剂，其特征是：它包含氧化钛、氧化铬、氧化硅、硫化钼及氧化钼，其中该氧化钛、氧化铬、氧化硅、硫化钼及氧化钼用以作为活化添加物，其中该氧化钛以重量百分比计占有25％至40％，该氧化铬以重量百分比计占有25％至30％，该氧化硅以重量百分比计占有10％至30％，该硫化钼以重量百分比计占有10％至15％，该氧化钼以重量百分比计占有5％至15％。
2.根据权利要求1所述的用于焊接不锈钢的活性助焊剂，其特征是：它另包含一种焊料，该焊料包覆在该助焊剂外，以共同结合成焊条或焊线之一。
3.根据权利要求1所述的用于焊接不锈钢的活性助焊剂，其特征是：它另包含一种焊料，该助焊剂包覆在该焊料外，以共同结合成焊条或焊线之一。
4.一种用于焊接不锈钢的活性助焊剂，其特征是：它包含氧化钛、氧化铬、氧化硅、硫化钼及氧化钼，其中该氧化钛、氧化铬、氧化硅、硫化钼及氧化钼用以作为活化添加物，该助焊剂结合一种焊料成为一个焊材，其中该氧化钛以重量百分比计占有25％至40％，该氧化铬以重量百分比计占有25％至30％，该氧化硅以重量百分比计占有10％至30％，该硫化钼以重量百分比计占有10％至15％，该氧化钼以重量百分比计占有5％至15％。
用于焊接不锈钢的活性助焊剂
技术领域
背景技术
[0002] 传统各式钢材欲进行焊接时，通常选用电弧焊接方式，电弧焊接方式包含：惰气钨极电弧焊接(Tungsten Inert Gas Welding，TIG)、惰气金属极电弧焊接(Metal Inert Gas Welding，MIG)、碳极电弧焊接(Carbon ArcWelding，CAW)、潜弧焊接(Submerged Arc Welding，SAW)及包药焊线电弧焊接(Flux Cored Arc Welding，FCAW)等。以惰气钨极电弧焊接为例，其是以钨棒作为电极，而与工件之间所产生的电弧，作为焊接用的热源。在焊接过程中，惰性保护气体由焊枪供给至工件欲焊接处，以防止电极、焊池、电弧及邻近受热区域发生氧化现象，以便焊接处顺利凝固且冷却形成焊道。然而，若将惰气钨极电弧焊接应用于形成工件的全熔透焊道时，时常会发生熔透深度不足、熔深不一致或焊池仅形成宽且浅的形态等问题，论究其主要原因是大多在于工件焊池中的合金元素微量变化所造成。如何提高一般传统惰气钨极电弧焊接制程的熔透深度，以确保焊道完全熔透并提升焊接生产效率，已成为焊接业者致力研究的课题。
[0003] 参阅图1-图3所示，其概要揭示传统惰气钨极电弧焊接的改良制程的预先加工处理及焊接后的剖面形态。为了改善焊池仅形成宽且浅的问题，传统惰气钨极电弧焊接制程通常预先在一工件1的一侧缘11利用一铣刀2铣削加工成一倾斜面12，并依相同方式加工另一工件1的侧缘11。接着，将二工件1的侧缘11及倾斜面12对接(butt joint)，以共同形成一开槽构造，进而方便利用钨棒电极的一焊枪3及一焊材100进行惰气钨极电弧焊接制程，藉此即可焊接而形成一焊道13。虽然预先加工形成该倾斜面12确实有利于控制焊道13倾向增加熔透深度，但此举却负面增加制程复杂度、加工成本及作业时间等。同时，焊道13仍旧存在焊接结构不良、接合强度低落及焊冠表面不平整等的问题。
[0004] 传统焊接用的助焊剂，如中国台湾专利公告第I231239号《不锈钢电弧焊用助焊剂》及美国专利公开第2005/0199317号《不锈钢电弧焊用助焊剂及其焊接方法(Welding Flux for Use in Arc-Welding of Stainless Steels，Method of Welding Stainless Steel Members Using the Welding Flux)》发明专利，其以氧化锰(MnO2)为底质，并选择包含氧化锌(ZnO)、氧化硅(SiO2)、氧化铬(CrO2)、氧化钛(TiO2)、二氧化钼(MoO2)及氧化铁(Fe2O3)的至少一种，以作为活化添加物。底质(氧化锰)的重量比为70％以上，活化添加物的重量比为30％以下。
[0005] 参阅图4-图5所示，在进行一工件1电弧焊接时，通过一液体介质将含上述组成之一助焊剂4研磨成一糊浆形态后，进一步利用一毛刷40将助焊剂4涂敷于二工件1对应交界的二侧缘11的上方，如此即可对工件1进行电弧焊接制程，以形成一焊道13。通过使用助焊剂4，工件1的焊道13附近几乎不产生飞溅物或焊渣，且焊道13的表面几乎可与工件1本身未熔融的表面保持平齐一致。同时，观察焊道13的剖面样本，焊道13可确实在工件1上产生宽度较窄且完全熔透的焊接现象。
[0006] 参阅图6-图7所示，论究其改善焊接品质的主要原因是在于助焊剂4添加底质(氧化锰)及活化添加物，如此助焊剂4可有效改善一焊池10内的液态金属的表面张力梯度变化，进而影响焊池10内的液态金属流动方向。更详言之，液态金属的表面张力梯度变化取决于焊池10表面张力的温度系数，而表面张力的温度系数则取决于有无活性元素的存在。
[0007] 如图6所示，当焊池10内不存在活性元素(或仅存在活性较低的元素)时，焊池10的表面张力将随着一焊枪3提供的电弧温度上升而减小，以致液态金属的液面形成由焊池10中央向其外缘流动的《外表面张力流》，进而使焊道13形成宽而浅的剖面形态。如图
7所示，当焊池10内存在活性元素时，则焊池10的表面张力将随着电弧温度上升而增加，以致液态金属的液面形成由焊池10外缘向其中央流动的《内表面张力流》，进而使焊道13形成窄而深的剖面形态。
7所示，当焊池10内存在活性元素时，则焊池10的表面张力将随着电弧温度上升而增加，以致液态金属的液面形成由焊池10外缘向其中央流动的《内表面张力流》，进而使焊道13形成窄而深的剖面形态。
[0008] 虽然上述传统助焊剂4已提供活化添加物，但助焊剂4的绝大部份成份却是对活化助益不大的底质(氧化锰)。再者，将助焊剂4涂覆于侧缘11上，相对亦造成焊接制程复杂化及调配处理上的不便。因此，基于上述原因，其确实仍有必要改良焊接用的助焊剂，以便更进一步提升不锈钢工件的焊接品质。
[0009] 有鉴于此，本发明改良上述的缺点，其是由氧化钛、氧化铬、氧化硅、硫化钼及氧化钼等组成一助焊剂，其皆用以作为活化添加物，且可用以增加不锈钢工件焊接时的熔透深度、焊接性、表面平整度、机械强度及冲击韧性等。藉此，本发明的助焊剂将可更进一步改善不锈钢工件的整体焊接品质，以相对减少焊接前的预先加工量或焊接后的表面加工量，进而提升焊接便利性及简化焊接制程。
发明内容
[0010] 本发明主要目的是提供一种用于焊接不锈钢的活性助焊剂，其主要包含氧化钼(MoO3，即三氧化钼)，达到增加不锈钢焊接熔透深度的目的。
[0011] 本发明第二目的是提供一种用于焊接不锈钢的活性助焊剂，其包含氧化硅(SiO2)，达到增加不锈钢焊接特性与熔透深度的目的。
[0012] 本发明第三目的是提供一种用于焊接不锈钢的活性助焊剂，其包含氧化钛(TiO2)及氧化铬(Cr2O3)，达到增加不锈钢焊接的机械强度与冲击韧性的目的。
[0013] 本发明第四目的是提供一种用于焊接不锈钢的活性助焊剂，其包含硫化钼(MoS2)，达到辅助增加不锈钢焊接熔透深度及表面平整度的目的。
[0015] 本发明的目的是这样实现的：一种用于焊接不锈钢的活性助焊剂，其特征是：它包含氧化钛、氧化铬、氧化硅、硫化钼及氧化钼，其中该氧化钛、氧化铬、氧化硅、硫化钼及氧化钼是用以作为活化添加物。
[0016] 以重量百分比计该氧化钛占有25％至40％。该氧化铬占有25％至30％。该氧化硅占有10％至30％。该硫化钼占有10％至15％。该氧化钼占有5％至15％。
[0017] 它另包含一种焊料，该焊料包覆在该助焊剂外，以共同结合成焊条或焊线之一。还另包含一种焊料，该助焊剂是包覆在该焊料外，以共同结合成焊条或焊线之一。
[0018] 另一种用于焊接不锈钢的活性助焊剂，其特征是：它包含氧化钛、氧化铬、氧化硅、硫化钼及氧化钼，其中该氧化钛、氧化铬、氧化硅、硫化钼及氧化钼用以作为活化添加物，该助焊剂结合一种焊料成为一个焊材。
[0019] 以重量百分比计该氧化钛占有25％至40％，该氧化铬占有25％至30％，该氧化硅占有10％至30％，该硫化钼占有10％至15％，该氧化钼占有5％至15％。
[0020] 本发明的主要优点是：
[0021] 用于焊接不锈钢的活性助焊剂，其包含以重量百分比计的氧化钛25％至40％、氧化铬25％至30％、氧化硅10％至30％、硫化钼10％至15％及氧化钼5％至15％。氧化钛、氧化铬、氧化硅、硫化钼及氧化钼等用以作为活化添加物，借以提升不锈钢工件利用添加焊材方式进行电弧焊接时的熔透深度及焊接特性；不锈钢用焊材是一焊条或焊线，可选择由一焊料包覆一助焊剂，或由助焊剂包覆焊料，借以增加焊接施工便利性及助焊剂供给匀称性。附图说明
[0022] 图1：传统惰气钨极电弧焊接制程对一般钢材工件进行预先加工处理的示意图。
[0023] 图2：传统惰气钨极电弧焊接制程对不锈钢工件焊接时的剖面形态的示意图。
[0024] 图3：传统惰气钨极电弧焊接制程对不锈钢工件焊接后的剖面形态的示意图。
[0025] 图4：另一传统惰气钨极电弧焊接制程对一般钢材工件进行预先加工处理的示意图。
[0026] 图5：另一传统惰气钨极电弧焊接制程对不锈钢工件焊接后的剖面形态的示意图。
[0027] 图6：一般钢材工件焊接时未添加活化元素时的焊池液态金属流动状态的示意图。
[0028] 图7：一般钢材工件焊接时有添加活化元素时的焊池液态金属流动状态的示意图。
[0029] 图8：本发明实施例1的用于焊接不锈钢的活性助焊剂及焊料的局部立体放大图。
[0030] 图9：本发明实施例2的用于焊接不锈钢的活性助焊剂及焊料的局部立体放大图。
[0031] 图10：本发明实施例3的用于焊接不锈钢的活性助焊剂及焊料的局部立体放大图。
[0032] 图11：本发明实施例4的用于焊接不锈钢的活性助焊剂及焊料的局部立体放大图。
[0033] 图12：本发明实施例1-4的用于焊接不锈钢的活性助焊剂及焊料的使用示意图。
具体实施方式
[0034] 为让本发明的目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合附图作详细说明如下：
[0035] 参阅下列表一所示，本发明较佳实施例的用于焊接不锈钢的活性助焊剂是包含氧化钛(TiO2)、氧化铬(Cr2O3)、氧化硅(SiO2)、硫化钼(MoS2)及氧化钼(MoO3，即三氧化钼等)，其皆是用以作为活化添加物，借以提升不锈钢工件利用添加焊材方式进行电弧焊接时的熔透深度、焊接性、焊道表面平整度、机械强度及冲击韧性等。
[0036] 在较佳实施比例上，本发明的用于焊接不锈钢的活性助焊剂较佳是包含以重量百分比计的氧化钛25％至40％、氧化铬25％至30％、氧化硅10％至30％、硫化钼10％至15％及氧化钼5％至15％。
[0037] 再者，在本发明较佳实施例的用于焊接不锈钢的活性助焊剂中，氧化钼成份较佳选自三氧化钼，其是用以实质增加不锈钢焊接时的熔透深度，以提升焊道深度/宽度比值，减小焊接时的热影响区。
[0038] 氧化硅成份是用以实质增加不锈钢焊接时的焊接特性，同时亦具备辅助增加熔透深度的效果。
[0039] 氧化钛与氧化铬成份是用以实质增加不锈钢焊接的机械强度与冲击韧性。
[0040] 硫化钼成份是用以减少焊道外观产生焊渣，以提升焊道表面平整度，使焊接后形成良好的焊道外观。
[0041] 另外，就本发明较佳实施例的用于焊接不锈钢的活性助焊剂而言，其适用于辅助各种不锈钢材工件进行各种电弧焊接制程，以进一步改善不锈钢工件的整体焊接品质。上述不锈钢材的种类可选自JIS、AISI、DIN、BS或MIL等国际通用标准所规范的不锈钢材，例如JIS制的SUS 304沃斯田铁型不锈钢或SUS 316沃斯田铁型不锈钢等。上述电弧焊接制程可选自惰气钨极电弧焊接(TIG)、惰气金属极电弧焊接(MIG)、碳极电弧焊接(CAW)、潜弧焊接(SAW)及包药焊线电弧焊接(FCAW)等。
[0042] 本发明下文将利用SUS 304不锈钢材的惰气钨极电弧焊接制程详细说明本发明的焊材助焊剂成份的较佳实施比例，然而本发明的焊材助焊剂成份并不限于该实施比例，其仍可依不锈钢材及焊材的组成成份适当调控使用比例。
[0043] 表一、本发明的用于焊接不锈钢的活性助焊剂的组成比例。
[0044]实施 氧化 氧化 氧化 硫化 氧化 熔透 机械 冲击 焊道 焊接
钛 铬 硅 钼 钼 性
比例 深度 强度 韧性 外观
I 25％ 25％ 30％ 15％ 5％ 优 优 优 优 优
II 30％ 30％ 15％ 10％ 15％ 可 可 可 可 优
III 40％ 30％ 10％ 10％ 10％ 优 优 优 可 可
钛 铬 硅 钼 钼 性
比例 深度 强度 韧性 外观
I 25％ 25％ 30％ 15％ 5％ 优 优 优 优 优
II 30％ 30％ 15％ 10％ 15％ 可 可 可 可 优
III 40％ 30％ 10％ 10％ 10％ 优 优 优 可 可
[0045] 请再参阅表一所示，本发明实施例1比例的用于焊接不锈钢的活性助焊剂包含以重量百分比计的氧化钛25％、氧化铬25％、氧化硅30％、硫化钼15％及氧化钼5％。
[0046] 再者，本发明实施例2比例的用于焊接不锈钢的活性助焊剂包含以重量百分比计的氧化钛30％、氧化铬30％、氧化硅15％、硫化钼10％及氧化钼15％。
[0047] 另外，本发明实施例3比例的用于焊接不锈钢的活性助焊剂包含以重量百分比计的氧化钛40％、氧化铬30％、氧化硅10％、硫化钼10％及氧化钼10％。
[0048] 值得注意的是，若氧化钼的含量在5％以下或15％以上时，将相对降低焊池的深度/宽度比值，或影响其它成份的有效改质程度。若氧化硅的含量在10％以下或30％以上时，将相对降低焊接性，或影响其它成份的有效改质程度。若氧化钛的含量在25％以下或40％以上时，将相对降低焊接的机械强度与冲击韧性，或影响其它成份的有效改质程度。若氧化铬的含量在25％以下或30％以上时，亦将相对降低焊道机械强度与冲击韧性，或影响其它成份的有效改质程度。若硫化钼的含量在10％以下或15％以上时，将造成焊道外观累积焊渣，进而相对降低焊道表面平整度，或影响其它成份的有效改质程度。特别是，氧化钛、氧化铬及氧化硅三者的用量总和必需保持在总重的80wt％至90wt％之间；而氧化钛与氧化铬的用量比(TiO2/Cr2O3)较佳需介于1至1.4之间。
[0049] 参阅图8-图11所示，本发明的实施例1-4较佳是皆由一焊料101及一助焊剂102(或称焊药)共同结合成一焊材100(或称焊条或称焊线)。如图8所示，焊材100是可选择将助焊剂102填入中空圆柱状的焊料101内。如图9所示，焊材100可选择由助焊剂
102包覆在圆柱状的焊料101外。如图10所示，焊材100可选择由片状的焊料101经滚压成环状而包覆在助焊剂102外。如图11所示，焊材100亦可选择由片状的焊料101经滚压成环状而包覆在助焊剂102外，同时使焊料101向内形成至少一内延伸端103。
102包覆在圆柱状的焊料101外。如图10所示，焊材100可选择由片状的焊料101经滚压成环状而包覆在助焊剂102外。如图11所示，焊材100亦可选择由片状的焊料101经滚压成环状而包覆在助焊剂102外，同时使焊料101向内形成至少一内延伸端103。
[0050] 请再参阅图8-图12所示，本发明的0实施例1-4的焊料101及助焊剂102的使用比例是依各自组成成份及不锈钢材的种类而变化。焊料101可取自各种传统不锈钢焊料，故本发明不限制其组成成份。再者，在进行惰气钨极电弧焊接制程时，将一焊枪3(即钨棒电极)在氩气或氦气或氩氦混合气等惰性气体的保护下靠近至由不锈钢材制成的二工件1，以提供电弧热能对二工件1对应交界的二侧缘11进行电弧焊。此时，将焊材100靠近电弧处理的焊接处，以便熔融焊材100的焊料101，同时利用焊材100的助焊剂102辅助提升焊料101与该工件1的液态金属的焊接性。
[0051] 请另参阅图5及图7所示，本发明的实施例1-4所包含的适量氧化钛、氧化铬、氧化硅、硫化钼及氧化钼等是用以作为活化添加物，因此可有效改善工件1的一焊池10内的液态金属的表面张力梯度变化，进而影响焊池10内的液态金属流动方向。在助焊剂102的辅助作用下，焊池10的表面张力将随着电弧温度上升而增加，促使液态金属的液面形成由该焊池10外缘向其中央流动的《内表面张力流》。藉此，促使焊池10内的液态金属产生紧缩现象，并使得位于焊池10中的阳极斑点区(anode spot)的电流密度提高。进而使焊道13形成窄而深的剖面形态。亦即，可提升焊池10的深度/宽度比值，减小焊接时的热影响区，以避免影响非焊接邻近位置的不锈钢基材性质。
[0052] 请再参阅表一所示，通过使用本发明的实施例1-3比例的助焊剂102，由于包含多种作用不同的活化添加物，因此工件1的焊道13具有极佳的熔透深度、机械强度、冲击韧性及焊接特性等，且焊道13附近几乎不产生飞溅物或焊渣，且焊道13的表面几乎可与工件1本身未熔融的表面保持平齐一致。同时，观察焊道13的剖面样本，焊道13可确实在工件1(5mm厚，SUS 304不锈钢板)上产生宽度较窄且完全熔透的焊接现象。藉此，有利于省略或减少对工件1的侧缘11预先加工的需求。
[0053] 此外，本发明的实施例1-3比例的助焊剂102可进一步与焊料101直接结合成同一焊材100(如图8-12所示的实施例1-4构造)，其亦有利于增加焊接施工便利性与助焊剂的供给匀称性。
[0054] 如上所述，相较于图1的传统一般钢材电弧焊接制程并未采用助焊剂，以致需预先多次相对工件1的侧缘11与轻斜面12之间进行重复加工；或相较于图2的传统一般钢材电弧焊接制程是将助焊剂4涂覆于侧缘11上，相对造成制程复杂化，操作不便，且助焊剂4的活化添加物含量相对较少等缺点，而图8-图12的本发明由氧化钛、氧化铬、氧化硅、硫化钼及氧化钼等组成助焊剂102，其用以增加不锈钢的工件1在焊接时的熔透深度、焊接性、表面平整度、机械强度及冲击韧性等。藉此，本发明的助焊剂102将可更进一步改善不锈钢材的工件1的整体焊接品质，以相对减少焊接前的预先加工量或焊接后的表面加工量，进而提升焊接便利性、简化焊接制程、提高生产效率及降低加工成本等。
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