专利名称：：高阻尼铜合金与钢的焊接工艺的制作方法
技术领域：
：本发明属于金属材料焊接，主要涉及一种高阻尼铜合金与钢的焊接工艺。技术背景焊接是实1^属材料连接的一种常用工艺之一。在不需要#^^吏用要求的部位，一般涉及到的大都是同种金属材料的焊接，如钢与钢的焊接、铜合金与铜合金的焊接等。但在有特殊要求的场合，如大型设备的动力传动系统，由于传动过程中齿轮的啮合弓l起齿弹性刚度的变化，以及齿的加工i^而产生激振力，使齿轮本條动，声值高达100dB以上。在这种情况下，就需要借助使用具有特殊功能材料如阻尼合金材料，来达到减振降噪的目的。高阻尼铜合金既是一种功能材料，具有良好的P腿和机械性能，但其5艘、耐磨性能无法替代现有齿圈材料，可用做齿轮辐板。这就必须解决与齿圈及轮毂现有材料的焊接问题。而高阻尼铜合金与钢异种金属的焊接存在着以下的难点由于高阻尼铜合M有Mn、Al、Fe、Ni、Zn、Cr等合金元素，在;J^ft驗下，Mn、Al会剧烈氧化，生成不溶于液絲属的MnO和难熔的AlA，其它元素也会生成一些相应的氧化物。在焊接过程中，这些氧化物或浮于熔池表面，阻碍焊接操作柳顷利进行，或沉悬于熔池金属内部，形成夹渣、裂纹等。因此如何防止和清総些氧化物是焊接该类合金的一大关键。另外，液态的Mn极易蒸发，且其蒸气压很高，这将在金属凝固过程中容易造成焊缝金属的多L性，Mn和Cu在舰状态下均具有很大的吸气能力，特别X^口氢的溶解度很大，但随着温度的降低，其溶解度又急剧下降，溶入熔池的气体若在熔池结晶过程中来不及逸出，便会形成大量气L和很大的内应力，并可导致裂纹产生。再者，齿圈及纖为高5艘和fi艘的结构钢，与高fflJB铜合金的导热系数、热膨胀系数、熔点等存在较大的差异，容易在焊皿头中产生应力集中，导致各种的焊接裂纹，^f获得优质接头非常不利，造成焊接困难。钢与铜合金采用熔化焊时，经常发生铜渗到钢晶粒之间，产生热应力，使焊缝发生断裂，使其接头的力学性能恶化；同时合金元素易烧损、易蒸发，且在焊缝中肖辦产生元素偏析。因此，焊接时需要采用特殊的工艺措施。在涉及到高阻尼铜合金与钢焊接的国内外文献检索中，均未见与本发明所采用的高阻尼铜合金与钢异种金属焊接工艺相类似的相关专利文献。
发明内容本发明的目的即是提出一种高阻尼铜合金与钢的焊接工艺。本发明所提出的高阻尼铜合金与钢的焊接工艺为采用钨极氩弧焊，在高阻尼铜合金与钢的焊接面上采取K型坡口或X型坡口，即高阻尼铜合M接面加工K型坡口或结构钢的连接面加工K型坡口或高阻尼铜合金和结构钢的连接面均加工K型坡口；首先在结构钢上堆焊镍焊丝，形成过渡层，而后采用白铜焊丝与高阻尼铜合金对焊，实现钢与高阻尼铜合金的连接。焊接方式为鹆极氩弧焊。其优点为a.氩气是,气体，既不会和金属起化学反应，也不溶于液絲属，合金元素不会烧损，也不容易形成气L。再者，氩气的密度较空气重1.25倍，形成坚实的氩气隔离层，可获得十分优秀的焊接质量；b.氩气在弧柱中所产生的正离子，其质量和动M比较大，在电弧电场作用下，向阴极高速运动。当工件为负极时，受此正离子的撞击，能破坏母材表面的氧化膜，有清理作用；但钩极易烧损，一皿用钩极氩弧焊正接。c.实焊部分可见度好，便于操作；d.填充焊丝熔后性好，对母体金属的润湿性高，工艺性能良好，易获得金属，高、气密性好的焊缝质量。焊接^t才高阻尼铜合金成分(wt%):Mn25.065.0，Al2.06.0，Fe1.04.0，M0.54.0,Zm04.0,Cr:01.5，Cu余量。对焊材料含有Cr、Ni、Mn、Mo等合金元素，具有高强度、硬度结构钢。焊丝材料采用两种焊丝材料，分别为镍焊丝与白铜焊丝。W"铜合金和钢双方有良好的相容性，铜与镍无限固溶，无产生裂纹的隐患，而钢与镍的固溶度很大，且避免了铜与钢直接焊接时铜向钢侧金属大量侵入而出现液晶裂纹。因此在齿圈、，上采用镍焊丝打底。若由镍向高阻尼铜合金直接过渡，两种材料存在热错ias:模量错配，为此用白铜焊丝过渡，增加材料匹配性。镍焊丝堆焊工艺:焊接电流50150A，氩气流量1525L/min，堆焊厚度25咖o焊接工艺参数见表1，层间鹏《層。C，每道7爐摘理，焊道每层进行冲击波消应力处理。表1焊接工艺織<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>采用本发明的焊接工艺，可高效、低成本的解决高阻尼铜合金与钢的焊接问题，帝恪出的焊擞牛焊缝力学性能优良。鹏于动力传动系统，无论在低扭矩、高转速，还是高扭矩、低$，均可满足使用要求，与原来的钢制模拟件进行比较，降噪效果良好。图l一图3为本发明焊接坡口示意图。图中，1、纖，2、过渡层，3、对焊层，4、辐板，5、齿圈。具体实駄式实施例1以船用动力系统齿轮辐板CuMn50合金,齿圈、纖材质为40CrNiMoA为例辐皿用CuMn50合金，主要是利用其高阻尼特性，降低传^^齿轮的噪音，辐板CuMn50合金与齿圈、繊的连接面采用图1K型坡口，B卩在辐板与齿圈、繊的连接面上加工K型坡口，坡口两侧30im范围内表面的油脂、水份及其它杂质以脸属表面氧倾都必须进行仔细盼凊理，直至露出金属光泽。采用铈钩电极，直流手工钩极氩弧焊，保护氩气的纯度》99.99%。在齿轮(齿圈、繊)结构钢连接面上細ERNi-1堆焊，4>2.5咖焊丝，堆焊厚度3mm，焊接层间M《50。C，焊接电流100A。CuMn50合織板与齿圈、$^|接采用HSCuNi焊丝，辐板与齿圈装配平行度不大于0.3咖，辐板与轮毂(轴)装配同心度不大于0.5im，垂M不大于l咖。焊接工艺参微U表2，层间驢《100。C，每道7鄉行清理，焊道每层进行冲击波消应力处理。表2焊接工艺:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>焊缝外观均匀连续，平滑过渡，无应力集中和裂纹，x-射线探伤检查，等级符合使用要求。采用Jd^接工艺，40mm厚的CuMn50和40CrNiMoA焊^头性能常温拉伸强度(!VMPa)430465;冲击功(Ak乂J)100110;冷弯角(d=4a)80180°(侧弯)；焊缝疲劳寿命107的条件下，应力大于100MPa。焊缝的力学性能均可满足使用要求。实施例2以齿轮辐板用CuMn50合金，坡口型式如图2所示，齿圏、$&|^才质均为合.金钢30CrMoA为例采用如例1所述的相同焊接工艺，25mm厚的CuMn50和30CrMoA焊,头性能常温拉伸强度(R7MPa)460500;冲击功(Ak/J)100110;冷弯角(d=4a)65°80。。焊缝疲劳寿命107的^(牛下，应力大于100MPa。均达到了指标要求。实施例3以齿轮辐棚CuMn50合金，坡口型式如图3所示，齿圈、f^^才质均为合金钢20CrMnMo为例采用如实施例一0M的相同焊接工艺，25咖厚的CuMn50和20CrMnMo焊接接头性能常温拉伸3M(RyMPa)460500;冲击功(Ak/J)90110;,角(d=4a)60°80°。均达到了所要求的指标。权利要求1.一种高阻尼铜合金与钢的焊接工艺，其特征是采用钨极氩弧焊，在高阻尼铜合金与钢的焊接面上采取K型坡口或X型坡口，即高阻尼铜合金连接面加工K型坡口或结构钢的连接面加工K型坡口或高阻尼铜合金和结构钢的连接面均加工K型坡口；首先在结构钢上堆焊镍焊丝，形成过渡层，而后采用白铜焊丝与高阻尼铜合金对焊，实现钢与高阻尼铜合金的连接。2、根据权利要求1戶脱的高卩鹏铜合金与钢的焊接工艺，其特征是镍焊丝堆焊工艺，悍接电流50150A，氩气流量1525L/min，堆焊厚度25咖。3、根据权利要求1所述的高阻尼铜合金与钢的焊接工艺，，征是对焊的参数为层间驗《100。C,焊接电流第1道次100200A，氩气流量正面1030L/min，氩气流量反面515L/min。4、根据权利要求1戶脱的高阻尼铜合金与钢的焊接工艺，辦征是堆焊的镍焊丝为ERNi-l焊丝。5、根据权利要求1戶，的高阻尼铜合金与钢的焊接工艺，其特征是堆焊的铜焊丝为HSCuNi焊丝。全文摘要本发明属于金属材料焊接。提出的高阻尼铜合金与钢的焊接工艺采用钨极氩弧焊，在高阻尼铜合金与钢的焊接面上采取K型坡口或X型坡口，即高阻尼铜合金连接面加工K型坡口或结构钢的连接面加工K型坡口或高阻尼铜合金和结构钢的连接面均加工K型坡口；首先在结构钢上堆焊镍焊丝，形成过渡层，而后采用白铜焊丝与高阻尼铜合金对焊，实现钢与高阻尼铜合金的连接。采用本发明的焊接工艺，可高效、低成本的解决高阻尼铜合金与钢的焊接问题，制备出的焊接件焊缝力学性能优良。应用于动力传动系统，无论在低扭矩、高转速，还是高扭矩、低转速，均可满足使用要求，与原来的钢制模拟件进行比较，降噪效果良好。文档编号B23K9/23GK101244480SQ20071005400公开日2008年8月20日申请日期2007年2月14日优先权日2007年2月14日发明者刚何,王永朝,雷竹芳申请人:中国船舶重工集团公司第七二五研究所