CN102489846A

CN102489846A - 装甲钢复合热源螺柱焊方法

Info

Publication number: CN102489846A
Application number: CN2011103670656A
Authority: CN
Inventors: 王克鸿; 张德库; 沈华; 高志国; 黄寅卓
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2012-06-13

Abstract

本发明公开了一种装甲钢复合热源螺柱焊方法，具体包括以下步骤：步骤1、配制保护剂，于300-400℃烘焙1-2h以备使用；步骤2、将螺柱加工成锥角为120°-150°无螺帽式样；步骤3、对螺柱及母材待焊区域进行化学处理；步骤4、将母材水平放置，将套有匹配陶瓷圈的螺柱的锥形端向下，垂直母材，施以压力；步骤5、在陶瓷圈内填充保护剂；步骤6、将感应加热线圈套在螺柱焊接端，并开始预热；步骤7、提升螺柱，拉弧，完成焊接。本发明可以实现大直径螺柱与厚大装甲钢特殊结构的焊接。

Description

装甲钢复合热源螺柱焊方法

技术领域

本发明属于在装甲钢特殊结构复合热源螺柱焊的焊接技术，特别是针对一般复合热源难以实现的装甲钢特殊结构采用保护剂的焊接方法。

背景技术

螺柱焊是将金属螺柱或其他类似的紧固件焊至工件的方法。已广泛应用于车辆、造船、锅炉、钢结构、建筑、电子、仪表、医疗器械等行业。对于一般结构钢螺柱焊接到钢母材上，传统的电弧螺柱焊接工艺方法已经非常的成熟。鉴于特殊结构装甲钢焊接存在板厚、碳当量高、拘束度等问题，随之带来的电弧螺柱焊快速加热和急速冷却造成的焊接接头极易产生裂纹、未熔合等缺陷，使一般焊接方法不再适用。

装甲钢特殊结构存在的碳当量高、拘束度大以及焊接三维方向的快速散热带来的难以焊接，未熔合、成形不良、产生脆性组织等问题。装甲钢复合热源螺柱焊作为焊接领域的一个难点问题，焊接存在的主要问题有：(1)装甲钢属高硬中碳调质钢材料，焊接时三维反向散热快，易造成未熔合、成形不良的缺陷，且螺柱相对一般母材而言形成的非对称结构，又给实现优质焊接接头造成了很大的困难；(2)材质所决定的碳当量在0.75-0.95之间，属极难焊接的材料，极易产生脆性组织；(3)对于特殊结构的装甲钢螺柱焊接，存在很大的拘束度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够将螺柱与装甲钢焊接良好的复合热源螺柱焊方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种装甲钢复合热源螺柱焊方法，包括以下步骤：

步骤1，将螺柱加工成无螺帽式样；

步骤2，对螺柱及装甲钢母材待焊区域进行化学处理；

步骤3，将装甲钢母材水平放置，在螺柱的锥形端套上陶瓷环，将螺柱的锥形端向下垂直放置在装甲钢母材上，施以压力；

步骤4，配制保护剂，在陶瓷环内填充该保护剂；

步骤5，将感应加热线圈套在螺柱焊接端，并开始预热；

步骤6，提升螺柱，拉弧，完成焊接。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)能够获得更好的焊缝质量；(2)操作简单，效率明显提高；(3)易于实现焊接自动化；(4)可实现螺柱与母材间无氧化夹杂、未焊透、未熔合等缺陷的优质焊接接头。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是装甲钢特殊结构复合热源螺柱焊方法的流程图。

图2是装甲钢特殊结构复合热源螺柱焊方法的示意图。

图3是实施例1中使用保护剂焊接的效果图。

图4是实施例1中未使用保护剂焊接的效果图。

图5是实施例1中使用保护剂焊接的断口效果图。

图6是实施例1中未使用保护剂焊接的断口效果图。

图7是实施例2中使用保护剂焊接的效果图。

图8是实施例2中未使用保护剂焊接的效果图。

图9是实施例2中使用保护剂焊接的断口效果图。

图10是实施例2中未使用保护剂焊接的断口效果图。

图11是实施例3中使用保护剂焊接的效果图。

图12是实施例3中未使用保护剂焊接的效果图。

图13是实施例3中使用保护剂焊接的断口效果图。

图14是实施例3中未使用保护剂焊接的断口效果图。

具体实施方式

结合图1、图2，本发明装甲钢复合热源螺柱焊方法，包括以下步骤：

步骤1，将螺柱2加工成锥角为120°-150°的无螺帽式样。

步骤2，打磨去除装甲钢母材1表面较厚的氧化层，对螺柱2及装甲钢母材1待焊区域进行化学处理；化学处理时的步骤如下：首先分别用丙酮溶液擦拭螺柱2及装甲钢母材1表面去除可能存在的油及锈，之后用酒精擦拭表面以待焊接。

步骤3，将装甲钢母材1水平放置，在螺柱2的锥形端套上陶瓷环3，将螺柱2的锥形端向下垂直放置在装甲钢母材1上，施以压力。

步骤4，配制保护剂4，保护剂4在300-400℃烘焙1-2h。在陶瓷环3内填充该保护剂4；保护剂4的配方为：5-15％的硅灰石，2-20％的萤石，5-30％的氧化镁，5-25％的金红石，2-20％的氧化铝，2-20％的锰矿，3-20％的氯化锌，5-20％氧化钛，合金剂30-60％，单位为质量百分比。

步骤5，将感应加热线圈5套在螺柱2焊接端，调节感应发生器，使电源输出阻抗大约等于线圈的输入阻抗，实现能量转换，开始预热，直至装甲钢母材1表面为暗红色；感应加热温度及时间应该视不同的板厚结合所使用的感应加热电源功率而定，一般加热至装甲钢表面为红色即可。

步骤6，控制焊枪提升螺柱2，实现引弧，焊接规范窗口为焊接时间1100-1600ms，焊接电流2000-2600A，拉弧，完成焊接，焊后保持焊枪垂直状态3-5s，待焊接区域缓慢冷却后移开。

下面结合实施例对本发明做进一步详细描述。

实施例1

结合图1和图2，以直径为19mm的锥角150°无螺帽式样螺柱2与360×170×45mm规格装甲钢母材1为例，选择感应加热温度为600°，选择焊接工艺规范窗口为2200A焊接电流、1100m焊接时间。首先在焊前对装甲钢母材1表面和螺柱2进行化学清洗，具体的清洗工艺为：首先打磨除去表面可能存在的比较厚的氧化物，然后用丙酮溶液擦拭表面，放置以待使用。焊接前将装甲钢母材1表面及螺柱2用酒精清洗，快速吹干，用焊枪将螺柱2固定在装甲钢母材1的表面并且在螺柱2的焊接端套上一个和螺柱2配套的陶瓷环3，在陶瓷环3和装甲钢母材1之间填充满保护剂4(具体配方为：5％的硅灰石，5％的萤石，5％的氧化镁，5％的金红石，5％的氧化铝，5％的锰矿，5％的氯化锌，5％氧化钛，合金剂60％)，将高频感应加热线圈5加热螺柱2的焊接端，在感应加热过程中，对螺柱2实施一个竖直向下的压力，这样有利于在装甲钢母材1上产生适当的熔深，从而加强焊接接头的强度，提升螺柱2，引燃电弧，完成焊接后保持螺柱2与装甲钢母材1的垂直位置关系3-5s，使熔池冷却凝固。

下分别为采用与未采用本发明，保持其他参数条件不变的情况下焊接的外观图，可以看出图3较图4有明显的焊接环形凸台，成型美观，同时凸台具有强化焊接接头的作用。

下分别为采用与未采用本发明，保持其他参数条件不变的情况下焊接的宏观断口图，可以看出图5较图6螺柱与装甲钢母材之间的有效结合面积大，实际抗剪强度大。

实施例2

结合图1和图2，以直径为19mm的锥角150°无螺帽式样螺柱2与360×170×45mm规格装甲钢母材1为例，选择感应加热温度为600°，选择焊接工艺规范窗口为2200A焊接电流、1100m焊接时间。首先在焊前对装甲钢母材1表面和螺柱2进行化学清洗，具体的清洗工艺为：首先打磨除去表面可能存在的比较厚的氧化物，然后用丙酮溶液擦拭表面，放置以待使用。焊接前将装甲钢母材1表面及螺柱2用酒精清洗，快速吹干，用焊枪将螺柱2固定在装甲钢母材1的表面并且在螺柱2的焊接端套上一个和螺柱2配套的陶瓷环3，在陶瓷环3和装甲钢母材1之间填充满保护剂4(具体配方为：5％的硅灰石，20％的萤石，20％的氧化镁，5％的金红石，10％的氧化铝，2％的锰矿，3％的氯化锌，5％氧化钛，合金剂30％)，将高频感应加热线圈5加热螺柱2的焊接端，在感应加热过程中，对螺柱2实施一个竖直向下的压力，这样有利于在装甲钢母材1上产生适当的熔深，从而加强焊接接头的强度，提升螺柱2，引燃电弧，完成焊接后保持螺柱2与装甲钢母材1的垂直位置关系3-5s，使熔池冷却凝固。

下分别为采用与未采用本发明，保持其他参数条件不变的情况下焊接的外观图，可以看出图7较图8有明显的焊接环形凸台，成型美观，同时凸台具有强化焊接接头的作用。

下分别为采用与未采用本发明，保持其他参数条件不变的情况下焊接的宏观断口图，可以看出图9较图10螺柱与装甲钢母材之间的有效结合面积大，实际抗剪强度大，图9在螺柱侧断裂较图10在装甲钢母材侧断裂而言，接头强度与螺柱强度比大于1。

实施例3

结合图1和图2，以直径为19mm的锥角150°无螺帽式样螺柱2与360×170×45mm规格装甲钢母材1为例，选择感应加热温度为600°，选择焊接工艺规范窗口为2200A焊接电流、1100m焊接时间。首先在焊前对装甲钢母材1表面和螺柱2进行化学清洗，具体的清洗工艺为：首先打磨除去表面可能存在的比较厚的氧化物，然后用丙酮溶液擦拭表面，放置以待使用。焊接前将装甲钢母材1表面及螺柱2用酒精清洗，快速吹干，用焊枪将螺柱2固定在装甲钢母材1的表面并且在螺柱2的焊接端套上一个和螺柱2配套的陶瓷环3，在陶瓷环3和装甲钢母材1之间填充满保护剂4(具体配方为：10％的硅灰石，10％的萤石，15％的氧化镁，10％的金红石，10％的氧化铝，10％的锰矿，10％的氯化锌，10％氧化钛，合金剂15％)，将高频感应加热线圈5加热螺柱2的焊接端，在感应加热过程中，对螺柱2实施一个竖直向下的压力，这样有利于在装甲钢母材1上产生适当的熔深，从而加强焊接接头的强度，提升螺柱2，引燃电弧，完成焊接后保持螺柱2与装甲钢母材1的垂直位置关系3-5s，使熔池冷却凝固。

下分别为采用与未采用本发明，保持其他参数条件不变的情况下焊接的外观图，可以看出图11较图12有明显的焊接环形凸台，成型美观，同时凸台具有强化焊接接头的作用。

下分别为采用与未采用本发明，保持其他参数条件不变的情况下焊接的宏观断口图，可以看出图13较图14螺柱与装甲钢母材之间的有效结合面积大，实际抗剪强度大，图13在螺柱侧断裂较图14在装甲钢母材侧断裂而言，接头强度与螺柱强度比大于1。

Claims

1.一种装甲钢复合热源螺柱焊方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，将螺柱(2)加工成无螺帽式样；

步骤2，对螺柱(2)及装甲钢母材(1)待焊区域进行化学处理；

步骤3，将装甲钢母材(1)水平放置，在螺柱(2)的锥形端套上陶瓷环(3)，将螺柱(2)的锥形端向下垂直放置在装甲钢母材(1)上，施以压力；

步骤4，配制保护剂(4)，在陶瓷环(3)内填充该保护剂(4)；

步骤5，将感应加热线圈(5)套在螺柱(2)焊接端，并开始预热；

步骤6，提升螺柱(2)，拉弧，完成焊接。

2.根据权利要求1所述的装甲钢复合热源螺柱焊方法，其特征在于步骤1中，螺柱(2)加工成锥角为120°-150°的无螺帽式样。

3.根据权利要求1所述的装甲钢复合热源螺柱焊方法，其特征在于步骤2中，化学处理时的步骤如下：首先分别用丙酮溶液擦拭螺柱(2)及装甲钢母材(1)表面去除可能存在的油及锈，之后用酒精擦拭表面以待焊接。

4.根据权利要求1所述的装甲钢复合热源螺柱焊方法，其特征在于步骤4中，保护剂(4)的配方为：5-15％的硅灰石，2-20％的萤石，5-30％的氧化镁，5-25％的金红石，2-20％的氧化铝，2-20％的锰矿，3-20％的氯化锌，5-20％氧化钛，合金剂30-60％，单位为质量百分比。

5.根据权利要求1或4所述的装甲钢复合热源螺柱焊方法，其特征在于保护剂(4)在300-400℃烘焙1-2h。

6.根据权利要求1所述的装甲钢复合热源螺柱焊方法，其特征在于步骤6中，焊接规范窗口为焊接时间1100-1600ms，焊接电流2000-2600A。