CN108188540A - 一种筒形低合金超高强钢表面堆铜的cmt焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种筒形低合金超高强钢表面堆铜的CMT焊接方法，其方法步骤如下：⑴加工待焊接低合金超高强钢工件：将其加工成筒形待焊工件；⑵清理待焊件和焊丝：用丙酮和钢丝刷清理待焊件及焊丝表面，去除油污、铁锈、毛刺污物，必要时打磨直至露出待焊件金属光泽，确认焊接部位及其20mm范围内无缺陷；⑶定位待焊件：利用工装，将经过清理后的筒形待焊件进行固定，并使待焊件保持在水平位置，其内腔与外壁表面进行焊接的对应位置喷洒水溶性淬火液。本发明减少人为因素和工艺环节、有效地提高生产效率并获得稳定的焊接质量，焊接接头性能满足产品在制造、运输、储存和安全使用方面的要求。
Description
技术领域
本发明属于熔化极氩弧焊接技术领域，具体涉及一种筒形低合金超高强钢表面堆铜的CMT焊接方法。
背景技术
随着行业的发展，钢材的应用日趋广泛，35CrMnSiA、50SiMnVB、45CrNiMo1VA等钢材在产品设计上得到大量应用，同时焊接技术也在产品设计上不断得以运用，促成了利用焊接方式使铜及铜合金材料与钢基体实现无缝连接。超高强度钢碳当量较高，加上合金元素的作用，钢材的热敏感性高，淬硬倾向增大，可焊性差，焊后容易出现冷裂纹等严重焊接缺陷，尤其合金元素Mo含量高的45CrNiMo1VA钢材本身淬透性高，淬硬倾向更大，可焊性更差，更容易产生冷裂纹；铜及铜合金本身导热快等特点，一定程度上增加铜钢焊接难度，同时控制铜层熔深的要求，还应尽量减少焊接过程中的焊接热输入，降低热量扩散对基体性能影响。对于上述情况，国内外研究者前期进行了采用电弧堆焊技术在钢基体表面熔敷铜的工艺研究，但由于电弧堆焊是以基体作为一个电极，且由于电弧加热温度高和热输入量的不均匀性，基体极易熔化烧损，焊后产品性能降低较多，成为影响堆焊工艺的技术难点。近年来，国内一些研究者采用带极堆焊、感应熔敷焊、气体保护连续炉中熔敷焊和熔铸熔敷焊等方法，实现了无熔深表面熔敷，但熔敷工艺较为繁琐，效率较低；而CMT焊接技术是基于熔化极氩弧焊的一种新型焊接技术，其与熔化极氩弧焊的根本区别在于起弧后当焊丝熔滴过渡与工件短路时电弧迅速熄灭，同时焊丝回抽，随后油重新起弧，循环往复，形成可靠连接，虽然其焊接热输入量较低，但其对基体性能仍存在一定影响。如何才能简单便捷地在超高强钢基体表面电弧堆焊铜层，实现极高强度冶金结合的同时又不至于影响钢基体本身性能，便成为亟待解决的问题。因此，发明一种筒形低合金超高强钢表面堆铜的CMT焊接方法具有一定的必要性和现实性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种简单便捷地在超高强钢基体表面熔敷铜层，实现极高强度冶金结合的同时又不至于影响钢基体本身性能有良好的力学性能，满足产品设计要求的筒形低合金超高强钢表面堆铜的CMT焊接方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案 ：一种筒形低合金超高强钢表面堆铜的CMT焊接方法，其方法步骤如下 ：
⑴加工待焊接低合金超高强钢工件：将其加工成筒形待焊工件；
⑵清理待焊件和焊丝：用丙酮和钢丝刷清理待焊件及焊丝表面，去除油污、铁锈、毛刺污物，必要时打磨直至露出待焊件金属光泽，确认焊接部位及其20mm范围内无缺陷；
⑶定位待焊件：利用工装，将经过清理后的筒形待焊件进行固定，并使待焊件保持在水平位置，其内腔与外壁表面进行焊接的对应位置喷洒水溶性淬火液；
⑷焊接待焊件：采用左焊法，在待焊件的待焊表面进行自动CMT堆铜焊接，控制焊枪角度α、焊接位置和焊丝角度；焊枪角度α是焊接位置的切线方向与焊枪的夹角，焊枪角度α为83°～87°；焊接位置由通过工件最高点的直径与通过当前焊点的直径之间的夹角β来确定，通过工件最高点的直径与通过当前焊点直径之间的夹角β为5°～7°；焊丝伸出长度为10mm～15mm;
⑸检测：采用磁粉探伤法检测焊缝，目测观察无凹坑、咬边缺陷；机加后，焊缝表面不允许有裂纹、气孔；铜层与钢层界面清晰，铜层渗透深度为不超过0.2mm;
所述低合金超高强钢材料牌号为35CrMnSiA、50SiMnVB、45CrNiMo1VA，其中50SiMnVB的化学成分：C 0.47%～0.52%，Si 1.35%～1.70%，Mn 0.95%～1.30%，Cr 0.15%～0.35%，V0.02%～0.06%，B 0.0005%～0.0035%；45CrNiMo1VA的化学成分：C 0.42%～0.48%，Si 0.15%～0.35%，Mn 0.60%～0.90%，Cr 0.90%～1.02%，Ni 0.40%～0.70%，Mo 0.90%～1.10%，V0.05%～0.10%，S ≤0.015%，P≤0.015%；加工成筒形工件的外径为120mm～160mm，壁厚为8mm～12mm，长度为不少于200mm。
所述待焊件材料为35CrMnSiA、50SiMnVB时，其内腔与外壁表面进行焊接的对应位置喷洒水溶性淬火液，流量为180L/min～210L/min，浓度为15%～18%。
所述焊丝选用HSCu，直径为1.0mm～1.2mm；焊接参数：气体流量为10L/min～15L/min，氩气纯度为99.99%，焊接电流为140A～180A，焊接电压为12V～16V，焊接速度为200mm/min ～220mm/min，直流反接。
本发明有益效果：焊接过程中热输入量极低，热影响区小，异种材料焊接界面分明、规则，无烧损，对于采用淬火液冷却工件，降低焊接热输入量的同时，进一步减少焊接热输入过程对钢基体性能的影响，改善了堆铜焊接时钢基体极易熔化烧损和性能大幅度降低的情况，使基体几乎没有熔化，铜向基体中扩散量较少且均匀，扩散深度不超过0.2 mm，冶金结合强度高，能够满足产品质量要求，堆焊的铜层表面无裂纹、气孔等缺陷，钢基体侧无渗透裂纹。本发明减少人为因素和工艺环节、有效地提高生产效率并获得稳定的焊接质量，焊接接头性能满足产品在制造、运输、储存和安全使用方面的要求；同时焊接接头具有抗载荷的焊接使用性能，达到承受膛压、惯性力所受力的影响，满足了产品的实际使用要求。
附图说明
图1为本发明铜焊丝在待焊件表面进行堆焊时的示意图（附图中标记1为待焊件，标记2为焊缝，标记3为焊枪）；
图2为本发明焊枪、待焊件三者之间的位置关系图（附图中标记1为待焊件，标记2为焊缝，标记3为焊枪）。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的几种具体实施方式做详细描述。如图1-2所示的：一种G50材料侵彻类壳体热处理工艺方法，其方法步骤如下 ：
具体实施方式一 ：
如图1和2所示，该实施方式是在低合金超高强钢筒形基体表面堆铜的CMT焊接，采用自动CMT焊接进行一次性堆焊，主要过程如下：
步骤⑴加工待焊件材料为50SiMnVB（化学成分：C 0.47%～0.52%，Si 1.35%～1.70%，Mn0.95%～1.30%，Cr 0.15%～0.35%，V 0.02%～0.06%，B 0.0005%～0.0035%）；加工成筒形工件的外径为120mm～160mm，壁厚为8mm，长度为215mm；
步骤⑵清理待焊件和焊丝：用丙酮和钢丝刷清理待焊件及焊丝表面，去除油污、铁锈、毛刺污物，必要时打磨直至露出待焊件金属光泽，确认焊接部位及其20mm范围内无缺陷；
步骤⑶定位待焊件：利用工装，将经过清理后的筒形待焊件进行固定，并使待焊件保持在水平位置，其内腔与外壁表面进行焊接的对应位置喷洒水溶性淬火液, 流量为200L/min～210L/min，浓度为15%～18%；
步骤⑷焊接待焊件：采用左焊法，在待焊件的待焊表面进行自动CMT堆铜焊接，焊丝选用HSCu，直径为1.0mm～1.2mm；焊接参数：气体流量为10L/min～15L/min，氩气纯度为99.99%，焊接电流为160A～180A，焊接电压为14V～16V，焊接速度为200 mm/min ～220mm/min，直流反接，控制焊枪角度α、焊接位置和焊丝角度；焊枪角度α是焊接位置的切线方向与焊枪的夹角，焊枪角度α为83°～87°；焊接位置由通过工件最高点的直径与通过当前焊点的直径之间的夹角β来确定，通过工件最高点的直径与通过当前焊点直径之间的夹角β为5°～7°；焊丝伸出长度为10mm～15mm；
步骤⑸检测：采用磁粉探伤法检测焊缝，目测观察无凹坑、咬边缺陷；机加后，焊缝表面不允许有裂纹、气孔；铜层与钢层界面清晰，铜层渗透深度为不超过0.2mm。
具体实施方式二：
如图1和2所示，该实施方式是在低合金超高强钢筒形基体表面堆铜的CMT焊接，采用自动CMT焊接进行一次性堆焊，主要过程如下：
步骤⑴加工待焊件材料为35CrMnSiA；加工成筒形工件的外径为120mm～160mm，壁厚为11mm，长度为215mm；
步骤⑵清理待焊件和焊丝：用丙酮和钢丝刷清理待焊件及焊丝表面，去除油污、铁锈、毛刺污物，必要时打磨直至露出待焊件金属光泽，确认焊接部位及其20mm范围内无缺陷；
步骤⑶定位待焊件：利用工装，将经过清理后的筒形待焊件进行固定，并使待焊件保持在水平位置，其内腔与外壁表面进行焊接的对应位置喷洒水溶性淬火液, 流量为200L/min～210L/min，浓度为15%～18%；
步骤⑷焊接待焊件：采用左焊法，在待焊件的待焊表面进行自动CMT堆铜焊接，焊丝选用HSCu，直径为1.0mm～1.2mm；焊接参数：气体流量为10L/min～15L/min，氩气纯度为99.99%，焊接电流为160A～180A，焊接电压为14V～16V，焊接速度为200 mm/min ～220mm/min，直流反接，控制焊枪角度α、焊接位置和焊丝角度；焊枪角度α是焊接位置的切线方向与焊枪的夹角，焊枪角度α为83°～87°；焊接位置由通过工件最高点的直径与通过当前焊点的直径之间的夹角β来确定，通过工件最高点的直径与通过当前焊点直径之间的夹角β为5°～7°；焊丝伸出长度为10mm～15mm；
步骤⑸检测：采用磁粉探伤法检测焊缝，目测观察无凹坑、咬边缺陷；机加后，焊缝表面不允许有裂纹、气孔；铜层与钢层界面清晰，铜层渗透深度为不超过0.2mm。
具体实施方式三：
如图1和2所示，该实施方式是在低合金超高强钢筒形基体表面堆铜的CMT焊接，采用自动CMT焊接进行一次性堆焊，主要过程如下：
步骤⑴加工待焊件材料为45CrNiMo1VA（化学成分：C 0.42%～0.48%，Si 0.15%～0.35%，Mn 0.60%～0.90%，Cr 0.90%～1.02%，Ni 0.40%～0.70%，Mo 0.90%～1.10%，V 0.05%～0.10%，S ≤0.015%，P≤0.015%）；加工成筒形工件的外径为120mm～160mm，壁厚为11mm，长度为215mm；
步骤⑵清理待焊件和焊丝：用丙酮和钢丝刷清理待焊件及焊丝表面，去除油污、铁锈、毛刺污物，必要时打磨直至露出待焊件金属光泽，确认焊接部位及其20mm范围内无缺陷；
步骤⑶定位待焊件：利用工装，将经过清理后的筒形待焊件进行固定，使待焊件保持在水平位置，其内腔与外壁表面进行焊接的对应位置不应喷洒水溶性淬火液；
步骤⑷焊接待焊件：采用左焊法，在待焊件的待焊表面进行自动CMT堆铜焊接，焊丝选用HSCu，直径为1.0mm～1.2mm；焊接参数：气体流量为10L/min～15L/min，氩气纯度为99.99%，焊接电流为140A～150A，焊接电压为12V～14V，焊接速度为200 mm/min ～220mm/min，直流反接，控制焊枪角度α、焊接位置和焊丝角度；焊枪角度α是焊接位置的切线方向与焊枪的夹角，焊枪角度α为83°～87°；焊接位置由通过工件最高点的直径与通过当前焊点的直径之间的夹角β来确定，通过工件最高点的直径与通过当前焊点直径之间的夹角β为5°～7°；焊丝伸出长度为10mm～15mm；
步骤⑸检测：采用磁粉探伤法检测焊缝，目测观察无凹坑、咬边缺陷；机加后，焊缝表面不允许有裂纹、气孔；铜层与钢层界面清晰，铜层渗透深度为不超过0.2mm。
具体实施方式四：
如图1和2所示，该实施方式是在低合金超高强钢筒形基体表面堆铜的CMT焊接，采用自动CMT焊接进行一次性堆焊，主要过程如下：
步骤⑴加工待焊件材料为45CrNiMo1VA（化学成分：C 0.42%～0.48%，Si 0.15%～0.35%，Mn 0.60%～0.90%，Cr 0.90%～1.02%，Ni 0.40%～0.70%，Mo 0.90%～1.10%，V 0.05%～0.10%，S ≤0.015%，P≤0.015%）；加工成筒形工件的外径为120mm～160mm，壁厚为8mm，长度为215mm；
步骤⑵清理待焊件和焊丝：用丙酮和钢丝刷清理待焊件及焊丝表面，去除油污、铁锈、毛刺污物，必要时打磨直至露出待焊件金属光泽，确认焊接部位及其20mm范围内无缺陷；
步骤⑶定位待焊件：利用工装，将经过清理后的筒形待焊件进行固定，使待焊件保持在水平位置，其内腔与外壁表面进行焊接的对应位置不应喷洒水溶性淬火液；
步骤⑷焊接待焊件：采用左焊法，在待焊件的待焊表面进行自动CMT堆铜焊接，焊丝选用HSCu，直径为1.0mm～1.2mm；焊接参数：气体流量为10L/min～15L/min，氩气纯度为99.99%，焊接电流为140A～150A，焊接电压为12V～14V，焊接速度为200 mm/min ～220mm/min，直流反接，控制焊枪角度α、焊接位置和焊丝角度；焊枪角度α是焊接位置的切线方向与焊枪的夹角，焊枪角度α为83°～87°；焊接位置由通过工件最高点的直径与通过当前焊点的直径之间的夹角β来确定，通过工件最高点的直径与通过当前焊点直径之间的夹角β为5°～7°；焊丝伸出长度为10mm～15mm；
步骤⑸检测：采用磁粉探伤法检测焊缝，目测观察无凹坑、咬边缺陷；机加后，焊缝表面不允许有裂纹、气孔；铜层与钢层界面清晰，铜层渗透深度为不超过0.2mm。
Claims (4)
1.一种筒形低合金超高强钢表面堆铜的CMT焊接方法，其方法步骤如下 ：
⑴加工待焊接低合金超高强钢工件：将其加工成筒形待焊工件；
⑵清理待焊件和焊丝：用丙酮和钢丝刷清理待焊件及焊丝表面，去除油污、铁锈、毛刺污物，必要时打磨直至露出待焊件金属光泽，确认焊接部位及其20mm范围内无缺陷；
⑶定位待焊件：利用工装，将经过清理后的筒形待焊件进行固定，并使待焊件保持在水平位置，其内腔与外壁表面进行焊接的对应位置喷洒水溶性淬火液；
⑷焊接待焊件：采用左焊法，在待焊件的待焊表面进行自动CMT堆铜焊接，控制焊枪角度α、焊接位置和焊丝角度；焊枪角度α是焊接位置的切线方向与焊枪的夹角，焊枪角度α为83°～87°；焊接位置由通过工件最高点的直径与通过当前焊点的直径之间的夹角β来确定，通过工件最高点的直径与通过当前焊点直径之间的夹角β为5°～7°；焊丝伸出长度为10mm～15mm；
⑸检测：采用磁粉探伤法检测焊缝，目测观察无凹坑、咬边等缺陷；机加后，焊缝表面不允许有裂纹、气孔；铜层与钢层界面清晰，铜层渗透深度为不超过0.2mm。
2.根据权利要求1所述的一种筒形低合金超高强钢表面堆铜的CMT焊接方法，其特征在于：所述低合金超高强钢材料牌号为35CrMnSiA、50SiMnVB、45CrNiMo1VA，其中50SiMnVB的化学成分：C 0.47%～0.52%，Si 1.35%～1.70%，Mn 0.95%～1.30%，Cr 0.15%～0.35%，V0.02%～0.06%，B 0.0005%～0.0035%；45CrNiMo1VA的化学成分：C 0.42%～0.48%，Si 0.15%～0.35%，Mn 0.60%～0.90%，Cr 0.90%～1.02%，Ni 0.40%～0.70%，Mo 0.90%～1.10%，V0.05%～0.10%，S ≤0.015%，P≤0.015%；加工成筒形工件的外径为120mm～160mm，壁厚为8mm～12mm，长度为不少于200mm。
3.根据权利要求1所述的一种筒形低合金超高强钢表面堆铜的CMT焊接方法，其特征在于：所述待焊件材料为35CrMnSiA、50SiMnVB时，其内腔与外壁表面进行焊接的对应位置喷洒水溶性淬火液，流量为180L/min～210L/min，浓度为15%～18%。
4.根据权利要求1所述的一种筒形低合金超高强钢表面堆铜的CMT焊接方法，其特征在于：所述焊丝选用HSCu，直径为1.0mm～1.2mm；焊接参数：气体流量为10L/min～15L/min，氩气纯度为99.99%，焊接电流为140A～180A，焊接电压为12V～16V，焊接速度为200 mm/min～220mm/min，直流反接。
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