一种铝青铜与低合金钢的焊接工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种铝青铜与低合金钢的焊接工艺，工艺步骤为：焊前准备及一次预热：母材清理并预热250~300℃，并对焊条进行烘焙，烘干温度是200℃~250℃，烘干时间2h；堆焊过渡层：用焊条电弧焊在低合金钢母材上堆焊一层过渡层；二次预热：将母材及过渡层一起预热至150℃~200℃；焊接：用熔化极氩弧焊焊接连接焊缝；焊后保温缓冷处理，冷却速度不大于50℃/h，150℃以下空气中冷却后即得成品。通过此焊接工艺，可以得到与母材熔合良好、抗裂性好的焊缝，同时提高了焊接效率。
【专利说明】 一种绍青铜与低合金钢的焊接工艺
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种铝青铜与低合金钢的焊接工艺。
【背景技术】
[0002]铝青铜具有优良的力学、抗蚀与耐磨性能，是综合性能优越的工程结构材料，因而在民用、军用工业中占有重要的地位，被广泛应用于机械、飞机和汽车制造业、船舶和海洋工业、冶金、石化工业以及建筑业等。而在制造某些金属结构时，常需要把铝青铜与钢焊接在一起，这样不仅能制造使用性能合理的焊接结构，而且能节省成本较高的招青铜的使用量。
[0003]铝青铜与钢的熔点、热导率、线膨胀系数以及力学性能都有很大的差别。焊接时低熔点的铝青铜先熔化，而高熔点的铁仍处在固体加热状态，二者难以熔合。而且焊接过程中接头处会产生较大的热应力，增加裂纹倾向。目前铝青铜与低合金钢的焊接主要有几种方法:(I)采用钎焊或氧乙炔气焊，由于需要加入钎焊焊剂，焊接工艺比较繁琐；(2)采用热输入较小的钨极氩弧焊或焊条电弧焊，该焊接方法效率较低；(3)选用焊接性良好的镍基焊材进行焊接，而此种焊材成本较高。因此，需要提供一种新的技术方案来解决上述问题。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提供一种铝青铜与低合金钢的焊接工艺。母材与焊缝熔合良好，焊缝成形美观，裂纹倾向低，且焊接效率高，成本较低。
[0005]本发明采用的技术方案:
一种铝青铜与低合金钢的焊接工艺，包括以下步骤:
步骤1:焊前准备及一次预热，焊接前将铝青铜母材与低合金钢母材表面的水分、油月旨、杂质及金属氧化膜进行仔细清理，均要露出金属光泽；接着对铝青铜、低合金钢母材进行预热，预热温度为250°c ?30(TC，并对焊条进行烘焙，烘干温度是200°C ?250°C，烘干时间2h ；
步骤2:堆焊过渡层，用焊条电弧焊在低合金钢基体上堆焊一层过渡层，焊条电弧堆焊工序中，电流为10(Γ150Α，电压为2f24V，焊接速度为ri5cm/min，层间温度控制在2500C?300°C范围内，堆焊完成后将堆焊的过渡层表面打磨光滑；
步骤3: 二次预热，将铝青铜、低合金钢母材以及过渡层一起预热，预热温度为150。。?200。。；
步骤4:焊接，采用熔化极氩弧焊在过渡层上焊接连接焊缝，熔化极氩弧焊接工序中，电流为20(Γ260Α，电压为22?25Α，焊接速度为3(T50cm/min，层间温度在150°C "250°C，焊接时起弧、收弧均匀，以焊道无脱层、气孔、夹渣、裂纹或未熔合缺陷为准；
步骤5:焊后处理，焊接完成后，立即用保温棉覆盖，保温缓冷，冷却速度不大于50°C /h，150°C以下空气中冷却后即得成品。
[0006]铝青铜材料具有以下质量百分含量的成分:A1:5%?15%’ N1:2%?6%，Mn: ( 5%，Cu 75% ;低合金钢材料具有以下质量百分含量的成分:C:彡0.18%，S1:彡0.6%，Mn:(2.5%，碳当量 Ceq < 0.45。
[0007]步骤2中，堆焊过渡层焊条的熔敷金属化学成分范围为:Si彡1.5%，6% ^ Al ^ 10%, Fe ( 8%, Pb ( 0.02%, Cu 彡 80%。
[0008]步骤4中，熔化极氩弧焊采用的焊丝的熔敷金属化学成分范围为:Mn彡15%，1.5% ^ Ni ^ 5%, 5% ^ Al ^ 12%, Fe ( 8%, Pb ( 0.02%, Cu 彡 70%。
[0009]本发明的有益效果是:采用上述焊接工艺，施焊完毕检验焊缝外观，焊缝成形良好，未发现裂纹、气孔、咬边等缺陷，48小时后对焊评试板进行了 100%渗透探伤检查，焊接接头未发现任何焊接缺陷。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明的焊接接头形式的示意图；
图2是本发明焊接工艺的步骤流程图；
图3是本发明焊接工艺得到的焊缝金相组织图。
[0011]其中，1、铝青铜母材，2、低合金钢母材，3、过渡层，4、焊缝。
【具体实施方式】
[0012]下述实施例仅用于说明本发明，但并不能限定本发明的保护范围。
[0013]实施例1
图1、2、3所示，一种铝青铜与低合金钢的焊接工艺，包括以下步骤:
步骤1:焊前准备及一次预热，焊接前将铝青铜母材I与低合金钢母材2表面的水分、油脂、杂质及金属氧化膜进行仔细清理，均要露出金属光泽；接着对铝青铜、低合金钢母材1、2进行预热，预热温度为250°C，并对焊条进行烘焙，烘干温度是200°C，烘干时间2h ；步骤2:堆焊过渡层3，用焊条电弧焊在低合金钢基体上堆焊一层过渡层3，焊条电弧堆焊工序中，电流为100A，电压为21V，焊接速度为7cm/min，层间温度控制在250°C范围内，堆焊完成后将堆焊的过渡层表面打磨光滑；
步骤3:二次预热，将铝青铜、低合金钢母材1、2以及过渡层3 —起预热，预热温度为150。。；
步骤4:焊接，采用熔化极氩弧焊在过渡层上焊接连接焊缝4，熔化极氩弧焊接工序中，电流为200A，电压为22A，焊接速度为30cm/min，层间温度在150°C，焊接时起弧、收弧均匀，以焊道无脱层、气孔、夹渣、裂纹或未熔合缺陷为准；
步骤5:焊后处理，焊接完成后，立即用保温棉覆盖，保温缓冷，冷却速度不大于50°C /h，150°C以下空气中冷却后即得成品。
[0014]铝青铜材料具有以下质量百分含量的成分:A1:5%?15%’ N1:2%?6%，Mn: ( 5%，Cu:彡75% ;低合金钢材料具有以下质量百分含量的成分:C:彡0.18%，S1:彡0.6%，Mn:(2.5%，碳当量 Ceq < 0.45。
[0015]步骤2中，堆焊过渡层焊条的熔敷金属化学成分范围为:Si彡1.5%，6% ^ Al ^ 10%, Fe ( 8%, Pb ( 0.02%, Cu 彡 80%。
[0016]步骤4中，熔化极氩弧焊采用的焊丝的熔敷金属化学成分范围为:Mn彡15%，1.5% ^ Ni ^ 5%, 5% ^ Al ^ 12%, Fe ( 8%, Pb ( 0.02%, Cu 彡 70%。
[0017]实施例2
图1、2、3所示，一种铝青铜与低合金钢的焊接工艺，包括以下步骤:
步骤1:焊前准备及一次预热，焊接前将铝青铜母材I与低合金钢母材2表面的水分、油脂、杂质及金属氧化膜进行仔细清理，均要露出金属光泽；接着对铝青铜、低合金钢母材1、2进行预热，预热温度为280°C，并对焊条进行烘焙，烘干温度是225°C，烘干时间2h ；步骤2:堆焊过渡层3，用焊条电弧焊在低合金钢基体上堆焊一层过渡层3，焊条电弧堆焊工序中，电流为125A，电压为23V，焊接速度为llcm/min，层间温度控制在280°C范围内，堆焊完成后将堆焊的过渡层表面打磨光滑；
步骤3:二次预热，将铝青铜、低合金钢母材1、2以及过渡层3 —起预热，预热温度为180 0C ；
步骤4:焊接，采用熔化极氩弧焊在过渡层上焊接连接焊缝4，熔化极氩弧焊接工序中，电流为230A，电压为23A，焊接速度为40cm/min，层间温度在200°C，焊接时起弧、收弧均匀，以焊道无脱层、气孔、夹渣、裂纹或未熔合缺陷为准；
步骤5:焊后处理，焊接完成后，立即用保温棉覆盖，保温缓冷，冷却速度不大于50°C /h，150°C以下空气中冷却后即得成品。
[0018]铝青铜材料具有以下质量百分含量的成分:A1:5%?15%’ N1:2%?6%，Mn: ( 5%，Cu:彡75% ;低合金钢材料具有以下质量百分含量的成分:C:彡0.18%，S1:彡0.6%，Mn:(2.5%，碳当量 Ceq < 0.45。
[0019]步骤2中，堆焊过渡层焊条的熔敷金属化学成分范围为:Si彡1.5%，6% ^ Al ^ 10%, Fe ( 8%, Pb ( 0.02%, Cu 彡 80%。
[0020]步骤4中，熔化极氩弧焊采用的焊丝的熔敷金属化学成分范围为:Mn彡15%，1.5% ^ Ni ^ 5%, 5% ^ Al ^ 12%, Fe ( 8%, Pb ( 0.02%, Cu 彡 70%。
[0021]实施例3
图1、2、3所示，一种铝青铜与低合金钢的焊接工艺，包括以下步骤:
步骤1:焊前准备及一次预热，焊接前将铝青铜母材I与低合金钢母材2表面的水分、油脂、杂质及金属氧化膜进行仔细清理，均要露出金属光泽；接着对铝青铜、低合金钢母材1、2进行预热，预热温度为300°C，并对焊条进行烘焙，烘干温度是250°C，烘干时间2h ；步骤2:堆焊过渡层3，用焊条电弧焊在低合金钢基体上堆焊一层过渡层3，焊条电弧堆焊工序中，电流为150A，电压为24V，焊接速度为15cm/min，层间温度控制在300°C范围内，堆焊完成后将堆焊的过渡层表面打磨光滑；
步骤3:二次预热，将铝青铜、低合金钢母材1、2以及过渡层3 —起预热，预热温度为200 0C ；
步骤4:焊接，采用熔化极氩弧焊在过渡层上焊接连接焊缝4，熔化极氩弧焊接工序中，电流为260A，电压为25A，焊接速度为50cm/min，层间温度在250°C，焊接时起弧、收弧均匀，以焊道无脱层、气孔、夹渣、裂纹或未熔合缺陷为准；
步骤5:焊后处理，焊接完成后，立即用保温棉覆盖，保温缓冷，冷却速度不大于50°C /h，150°C以下空气中冷却后即得成品。
[0022]铝青铜材料具有以下质量百分含量的成分:A1:5%?15%’ N1:2%?6%，Mn: ( 5%，Cu 75% ;低合金钢材料具有以下质量百分含量的成分:C:彡0.18%，S1:彡0.6%，Mn:(2.5%，碳当量 Ceq < 0.45。
[0023]步骤2中，堆焊过渡层焊条的熔敷金属化学成分范围为:Si彡1.5%，6% ^ Al ^ 10%, Fe ( 8%, Pb ( 0.02%, Cu 彡 80%。
[0024]步骤4中，熔化极氩弧焊采用的焊丝的熔敷金属化学成分范围为:Mn彡15%，1.5% ^ Ni ^ 5%, 5% ^ Al ^ 12%, Fe ( 8%, Pb ( 0.02%, Cu 彡 70%。
[0025]采用上述焊接工艺，施焊完毕检验焊缝外观，焊缝成形良好，未发现裂纹、气孔、咬边等缺陷，48小时后对焊评试板进行了 100%渗透探伤检查，焊接接头未发现任何焊接缺陷。
[0026]本发明的铝青铜与低合金钢的焊接工艺，包含一次预热和二次预热两个预热过程，能够减小热应力，避免烧裂(因为合金钢的导热性差)，在两次预热中间需要用焊条电弧焊堆焊过渡层，堆焊过渡层的作用:1、衔接面层与母材；2、稀释母材表面应力，防止焊接及使用中开裂。二次预热之后采用熔化极氩弧焊在过渡层上焊接连接焊缝，为了减少焊缝裂纹，焊前预热，控制层间温度，保证焊接环境温度相对高一点，焊后需要保温缓冷。
【权利要求】
1.一种铝青铜与低合金钢的焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:焊前准备及一次预热，焊接前将铝青铜母材与低合金钢母材表面的水分、油月旨、杂质及金属氧化膜进行仔细清理，均要露出金属光泽；接着对铝青铜、低合金钢母材进行预热，预热温度为250°c ?30(TC，并对焊条进行烘焙，烘干温度是200°C ?250°C，烘干时间2h ； 步骤2:堆焊过渡层，用焊条电弧焊在低合金钢基体上堆焊一层过渡层，焊条电弧堆焊工序中，电流为10(Γ150Α，电压为2f24V，焊接速度为ri5cm/min，层间温度控制在250°C?300°C范围内，堆焊完成后将堆焊的过渡层表面打磨光滑； 步骤3: 二次预热，将铝青铜、低合金钢母材以及过渡层一起预热，预热温度为150。。?200。。； 步骤4:焊接，采用熔化极氩弧焊在过渡层上焊接连接焊缝，熔化极氩弧焊接工序中，电流为20(Γ260Α，电压为22?25Α，焊接速度为3(T50cm/min，层间温度在150°C?250°C，焊接时起弧、收弧均匀，以焊道无脱层、气孔、夹渣、裂纹或未熔合缺陷为准； 步骤5:焊后处理，焊接完成后，立即用保温棉覆盖，保温缓冷，冷却速度不大于50°C /h，150°C以下空气中冷却后即得成品。
2.根据权利要求1所述的一种铝青铜与低合金钢的焊接工艺，其特征在于:铝青铜材料具有以下质量百分含量的成分:A1:5%?15%，N1:2%?6%，Μη:彡5%，Cu:彡75% ;低合金钢材料具有以下质量百分含量的成分:C:彡0.18%，Si: ^ 0.6%, Μη:彡2.5%，碳当量Ceq ^ 0.45。
3.根据权利要求1所述的一种铝青铜与低合金钢的焊接工艺，其特征在于:步骤2中，堆焊过渡层焊条的熔敷金属化学成分范围为:Si ( 1.5%,6%^ A1 ( 10%, Fe彡8%，Pb ( 0.02%, Cu 彡 80%。
4.根据权利要求1所述的一种铝青铜与低合金钢的焊接工艺，其特征在于:步骤4中，熔化极氩弧焊采用的焊丝的熔敷金属化学成分范围为:Mn ( 15%，1.5%彡Ni ( 5%，5% 彡 A1 彡 12%, Fe ( 8%, Pb ( 0.02%, Cu 彡 70%。
【文档编号】B23K9/235GK104384676SQ201410401043
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】伍道亮, 吴海建 申请人:招商局重工（江苏）有限公司, 招商局重工(深圳)有限公司