一种空心主轴与实心轴头的焊接方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种焊接方法，尤其涉及一种空心主轴与实心轴头的焊接方法。
【背景技术】
[0002] 目前空心主轴一般采用45钢或35CrM〇等材料，其碳当量较高，淬硬性较高，因此 焊接性较差，在焊接过程中极易因为焊接工艺制定不当而产生热裂纹、密集性气孔等缺陷， 目前行业内对空心主轴焊接时，多数用氩弧焊打底，焊条电弧焊或二氧焊填充盖面的方法， 但当对坡口深度大于等于70mm的碳当量较高的45钢空心主轴进行焊接时，氩弧焊打底已 经很难做到，而用焊条电弧焊及二氧焊对之进行焊接更容易产生焊接缺陷，且焊缝成形较 差，焊接效率低，焊材利用率低。当空心主轴与实心轴头组合装配时，形成的组焊件几何尺 寸较大，因此具有非常大的刚性和约束，从而在焊接过程中产生较大的内应力，再加上整个 焊接过程时间较长，在焊接热循环过程中，从高温冷却时极易产生淬硬的马氏体组织，因此 在空心主轴与实心轴头焊接时必须采取严格的工艺措施。
[0003] 如公开号为CN103521887A的发明专利申请，公开了一种45钢与35CrMo铸钢的 焊接工艺，工艺采用如下步骤：a.预热，盘芯和盘片置退火炉内以40-60°C /h的升温速度 预热到300°C，保温Ih出炉组对，并用煤气继续加热保温，使焊接过程始终保持200-250°C 的预热温度；b.焊接方式，采用H08Mn2SiA焊丝，80% Ar+20% C02的富氩C02气体保护 焊；c.焊接参数，焊丝直径为I. 2mm，焊接电流为190-240A，焊接电压为28-32V，层间温度 200-250°C，气体流量，15-20LXmin-l，采用多层多道焊，焊道彼此重叠，重叠焊缝不少于焊 缝宽度的1/3,同时每焊完一层用风铲捶击焊缝以消除应力，焊后进炉作消除应力热处理， 其可大大降低约束应力，从而有效地控制了裂纹的出现。但是该方法仍采用的是富氩C02 气体保护焊，无法适用于坡口深度较大、碳当量较高的45钢空心主轴的焊接。
[0004] 如公开号为CN101856758A公开了一种硬质合金钢制件与45钢制件的焊接方法， 以其焊前预处理是在碱洗除油、脱脂和酸洗活化处理后，在硬质合金钢制件焊接面镀上一 层Ag-Cu-Zn-Sn钎料；而两者的焊接，是在氩气保护条件下，经电感应加热至600~900°， 保温0~20s实施焊接的，且焊后实现缓慢冷却为主要特征。具有工艺性能良好，表面不会 产生氧化，焊接质量可靠等特点。该专利采用的仍是富氩气体保护焊，无法适用于坡口深度 较大、碳当量较高的45钢空心主轴的焊接。
【发明内容】
[0005] 为克服现有技术中存在的厚壁45钢空心主轴与实心轴头的焊接问题，本发明提 供了一种空心主轴与实心轴头的焊接方法，包括如下步骤：
[0006] (1)将空心主轴和实心轴头的焊接坡口设计成U+V形坡口，并使焊接坡口的根部 留有2-6mm的间隙；
[0007] (2)将空心主轴置于焊接辊轮上，用开式加热器对空心主轴进行加热，然后将实心 轴头套入空心主轴内；
[0008] (3)采用分段对称定位焊将空心主轴与实心轴头固定，并将开式加热器套入实心 主轴接头进行加热；
[0009] (4)采用手工电弧焊对坡口进行封底焊接；
[0010] (5)采用半自动埋弧焊对坡口进行填充焊和盖面焊，填充焊时焊接导电嘴处于爬 坡焊位置，盖面焊时导电嘴处于下坡焊位置；
[0011] (6)焊接完成后对焊缝区域进行局部退火，缓冷至室温后拆下开式加热器，得到组 焊件完成焊接。
[0012] 进一步，所述步骤（2)中将空心主轴置于焊接辊轮上之前，先将空心主轴坡口及 管壁内外油污、锈斑、杂质清理干净，开式加热器为IXD-Q型，加热时温度为300-400°C，保 持加热0. 5-2h ;优选温度为350°C，保持加热Ih ;将实心轴头套入空心主轴后，调整实心轴 头与空心主轴位置，使其同心度小于3_。
[0013] 进一步，所述步骤（3)中对定位焊的起头和收尾处进行圆滑处理，定位焊起头和 收尾之间长度为80-100mm，定位焊时焊接参数稍大于正常焊接时的焊接参数，检查定位焊 是否完好无缺陷，有缺陷需铲除并重新焊接。
[0014] 进一步，所述步骤（3)中开式加热器为IXD-Q型，开式加热器套装位置偏实心轴 头一侧，加热时用测电偶传感空心主轴和实心轴头的温度，仪表设置温度400-500°C，保 温1-3小时，仪表设置温度优选450°C，保温2小时；加热升温速度大于HKTC /h，不大于 125°C /h，预热温度在200-250°C之间。
[0015] 进一步，所述步骤（4)中手工电弧焊选用E5015(J507) Φ4. 0焊条，电流150-170A， 焊条使用前先在温度为300-400°C的条件下烘干0. 5-2小时，优选在温度为350°C的条件下 烘干1小时；存放于保温筒，随用随取；手工电弧焊时先启动滚轮，使其缓慢转动，确定焊接 点位置使接头呈微上坡状；焊接过程中采用摆动焊法，使熔敷金属与坡口两侧边缘完全熔 合，优选采用小电流焊接以减少焊缝中母材金属的熔合比，原点固焊跳过，但必须保证整条 焊缝的连贯与平滑，焊缝表面呈内凹船形焊焊缝，底层焊接结束后去除焊渣、飞溅、氧化皮。
[0016] 进一步，所述步骤（5)中进行半自动埋弧焊之前，调试埋弧焊焊接工装，确保工装 各按钮正常运行；检查焊接现场线路管路，确保焊接现场无安全隐患，核对焊接材料，测量 确认轴头与轴管的同心度，跳动误差值< 3mm，调整坡口两侧150-200mm范围温度，使其保 持在200-250°C之间。
[0017] 进一步，所述步骤（5)中进行半自动埋弧焊之前，还进行红外线跟踪定位确定导 电嘴位置，确定导电嘴位置后，将焊丝紧贴于坡口底部打底焊层中心位置，安装好绝缘挡料 纸板，调节送料、下料按钮开始添加焊剂，控制焊丝干伸长度在15-20_之间，焊剂覆盖层 厚度在25-30mm之间。
[0018] 进一步，所述步骤（5)中根据参数关系及坡口大小设置工艺参数及层道叠加顺 序，下表表1为试验所测得数据：
[0019] 表1焊接工艺参数
[0020]
【主权项】
1. 一种空心主轴与实心轴头的焊接方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 将空心主轴和实心轴头的焊接坡口设计成U+V形坡口，并使焊接坡口的根部留有 2-6mm的间隙； (2) 将空心主轴置于焊接辊轮上，用开式加热器对空心主轴进行加热，然后将实心轴头 套入空心主轴内； (3) 采用分段对称定位焊将空心主轴与实心轴头固定，并将开式加热器套入实心主轴 接头进行加热； (4) 采用手工电弧焊对坡口进行封底焊接； (5) 采用半自动埋弧焊对坡口进行填充焊和盖面焊，填充焊时焊接导电嘴处于爬坡焊 位置，盖面焊时导电嘴处于下坡焊位置； (6) 焊接完成后对焊缝区域进行局部退火，缓冷至室温后拆下开式加热器，得到组焊件 完成焊接。
2. 根据权利要求1所述的一种空心主轴与实心轴头的焊接方法，其特征在于：所述步 骤（2)中将空心主轴置于焊接辊轮上之前，先将空心主轴坡口及管壁内外油污、锈斑、杂质 清理干净，开式加热器为IXD-Q型，加热时温度为300-400°C，保持加热0. 5-2h，将实心轴头 套入空心主轴后，调整实心轴头与空心主轴位置，使其同心度小于3mm。
3. 根据权利要求1所述的一种空心主轴与实心轴头的焊接方法，其特征在于：所 述步骤（3)中对定位焊的起头和收尾处进行圆滑处理，定位焊起头和收尾之间长度为 80-100mm，检查定位焊是否完好无缺陷，有缺陷需铲除并重新焊接。
4. 根据权利要求1所述的一种空心主轴与实心轴头的焊接方法，其特征在于：所述步 骤（3)中开式加热器为LCD-Q型，开式加热器套装位置偏实心轴头一侧，加热时用测电偶传 感空心主轴和实心轴头的温度，仪表设置温度400-500°C，保温1-3小时，加热升温速度大 于100°C/h，不大于125°C/h，预热温度在200-250°C之间。
5. 根据权利要求1所述的一种空心主轴与实心轴头的焊接方法，其特征在于：所述步 骤（4)中手工电弧焊选用E5015(J507) (64. 0焊条，电流150-170A，焊条使用前先在温度为 300-400°C的条件下烘干0. 5-2小时，存放于保温筒，随用随取；手工电弧焊时先启动滚轮， 使其缓慢转动，确定焊接点位置使接头呈微上坡状；焊接过程中采用摆动焊法，使熔敷金属 与坡口两侧边缘完全熔合，焊缝表面呈内凹船形焊焊缝，底层焊接结束后去除焊渣、飞溅、 氧化皮。
6. 根据权利要求1所述的一种空心主轴与实心轴头的焊接方法，其特征在于：所 述步骤（5)中进行半自动埋弧焊之前，调整坡口两侧150-200mm范围温度，使其保持在 200-250°C之间。
7. 根据权利要求6所述的一种空心主轴与实心轴头的焊接方法，其特征在于：所述步 骤（5)中进行半自动埋弧焊之前，还进行红外线跟踪定位确定导电嘴位置，确定导电嘴位 置后，将焊丝紧贴于坡口底部打底焊层中心位置，安装好绝缘挡料纸板，调节送料、下料按 钮开始添加焊剂，控制焊丝干伸长度在15_20mm之间，焊剂覆盖层厚度在25-30mm之间。
8. 根据权利要求1所述的一种空心主轴与实心轴头的焊接方法，其特征在于：所述步 骤（5)中根据参数关系及坡口大小设置工艺参数及层道叠加顺序。
9. 根据权利要求1所述的一种空心主轴与实心轴头的焊接方法，其特征在于：所述步 骤（5)中进行半自动埋弧焊时，焊丝位于接头中心，起始焊时单层一道，随着层次的增加同 一层采用两道或多道焊焊接，并做好叠加顺序记号；停弧时，按停止按钮分两步进行，先按 下一半不要松手，使焊丝停止送进；电弧逐渐拉长，弧坑慢慢被填满，待电弧熄灭后将按钮 按到底。
10.根据权利要求1所述的一种空心主轴与实心轴头的焊接方法，其特征在于：所述步 骤（6)中局部退火时，用IXD-Q型对开式加热器对焊缝区进行加热，加热温度为600-700°C， 升温速率不大于150°C/h.，并保持温度在600-700°C条件下2-4小时。
【专利摘要】本发明提供了一种空心主轴与实心轴头的焊接方法，包括如下步骤：(1)设计U+V形坡口，在根部留有2-6mm的间隙；(2)将空心主轴置于焊接辊轮上，加热后将实心轴头套入空心主轴内；(3)采用分段对称定位焊点固，并将开式加热器套入实心轴头和空心主轴接头进行加热；(4)用手工电弧焊进行封底焊接；(5)半自动埋弧焊，填充焊采用爬坡焊位置，盖面焊采用下坡焊位置；(6)焊接完成后对焊缝区域进行局部退火，缓冷至室温后拆下加热器，得到组焊件完成焊接。本发明的有益效果是：利用半自动埋弧焊和焊条电弧焊相结合，选取合适的焊接材料和焊剂，调整焊接工艺参数及对焊接过程进行控制，解决了厚壁45钢空心主轴的焊接难题。
【IPC分类】B23K9-235, B23K9-18, B23K33-00, B23K9-028
【公开号】CN104785911
【申请号】CN201510205035
【发明人】崔恒兵, 张云彩, 张志权, 陈曦, 袁留兵
【申请人】江苏金通灵流体机械科技股份有限公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月27日