CN103056497A

CN103056497A - 高锰铝青铜埋弧自动焊堆焊方法

Info

Publication number: CN103056497A
Application number: CN2012105878460A
Authority: CN
Inventors: 易启利
Original assignee: WUHAN ZHONGYE HEAVY INDUSTRY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Wuhan Xinghe Zhongye heavy Technology Co. Ltd
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2032-12-31
Also published as: CN103056497B

Abstract

一种高锰铝青铜埋弧自动焊堆焊方法，该方法包括以下步骤：A.焊前准备；B.进行堆焊；C.焊后处理。本发明降低了堆焊焊缝夹渣、气孔、未熔合及开裂等不良现象的发生，提高了焊接质量，降低了企业成本。其焊丝和焊剂尤其适宜于铜和钢的堆焊，具备稳定而又合理的焊接金属熔合比和良好的焊接工艺性、抗裂性、抗腐蚀性及抗气孔性能，同时具有良好的机械性能。该方法为冷（热）轧机机组等重型冶金装备制造奠定了工艺应用基础，使得我国高锰铝青铜堆焊技术水平达到了国外工业发达国家同类产品的工艺制造水平，具有良好的市场前景。

Description

高锰铝青铜埋弧自动焊堆焊方法

技术领域

本发明涉及一种高锰铝青铜的堆焊方法，尤其是涉及一种高锰铝青铜埋弧自动焊堆焊方法。

背景技术

SIEMENS. VAI西门子奥钢联设计扇形段固定侧夹紧销，原设计采用的是德国标准，其母材DINEN10028标准代号为S460ML，是一种细晶粒可焊结构钢，堆焊材料DINI1733标准代号为SG-CuMn13AP7(TASK WELDING SILOXR4M)，是一种高锰铝青铜堆焊材料。根据材料元素成分进行对比分析可知，对应的国产母材为Q460E,是一种低合金高强度结构钢，其化学成分为 C≤0.2%，Mn 1.00～1.70%，Si 0.55%，P≤ 0.025%，S≤0.025%，Cr 0.7%，Ni 0.7%，V 0.02～0.20%， Nb 0.02～0.20%，Ti 0.02～0.20%，AL≥0.015%，余量为Fe。

高锰铝青铜堆焊材料由于与钢在熔点、导热系数、热膨胀系数等方面都有较大的差别，这对铜和钢异类金属堆焊带来一定困难。高锰铝青铜中的铝在高温下极易与氧生成致密的氧化铝薄膜，其熔点2050℃具有一定的吸水性，如焊前不清理，难熔的氧化铝薄膜覆盖在熔池的表面，阻碍焊丝与熔池金属熔合，以致产生焊缝夹渣、气孔、未熔合及开裂等缺陷。

S460ML母材转化为国产Q460E母材以后，对堆焊材料及焊接工艺的设计就显得极为重要，这是产品质量达到国际标准的前提。

发明内容

本发明目的是提供一种高锰铝青铜埋弧自动焊堆焊方法，以解决现有技术铜和钢异类金属堆焊过程中易产生焊缝夹渣、气孔、未熔合及开裂等缺陷，提高焊接质量和产品性能。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种高锰铝青铜埋弧自动焊堆焊方法，该方法包括以下步骤：A.焊前准备：堆焊前对母材堆焊表面及焊丝表面的水分、油脂、杂质及金属氧化膜进行仔细清理，均要露出金属光泽；接着对母材预热，预热温度为250℃～300℃，对焊丝、焊剂进行烘干，焊丝和焊剂的烘干温度是200℃～250℃，并且焊剂烘干后在100℃保温备用；

B.进行堆焊：将母材夹持在埋弧自动焊机的转架上，采用顺时针方向旋转方式，旋转速度为210秒/转，焊缝间距20～25mm，调整埋弧自动焊机的焊咀离母材高度25～35mm，焊咀偏离母材中心线23～35mm，焊咀倾斜15°，设定堆焊电流为280～290A，堆焊电压为27～28V；然后堆焊第一层焊道打底，厚度为3mm，尺寸为147～148mm，焊后清根去渣；再堆焊第二层焊道，堆焊厚度为4mm，堆焊时起弧、收弧均匀，以焊道无脱层、气孔、夹渣、裂纹或未熔合缺陷为准；

C.焊后处理：母材堆焊后，立即用石棉垫保温、缓冷，冷却速度不大于30℃/h，150℃以下空气中冷却后即得成品。

作为优选，所述焊丝化学成分为：Mn11～13%,AL5～7.5%, Fe2～6%, Ni1～2.5%, Si1%，余量为Cu。焊丝中的锰在钢中是一种较好的合金剂，随着锰含量的增加，其强度和韧性会有所提高。锰也是一种较好的脱氧剂，能减少焊缝中氧的含量。锰与硫化合形成硫化锰浮于熔渣中，从而减少焊缝热裂纹倾向。硅也是一种较好的合金剂，在钢中加入适量的硅能提高钢的屈服强度、弹性及抗酸性能。硅也具有较好的脱氧能力，与氧形成二氧化硅，但它会提高渣的粘度，易促进非金属夹杂物生成。镍对钢的韧性有比较显著的改善效果。铝在焊接过程中可以降低熔点,增加延展性。

作为优选，所述焊剂化学成分为：CaF₂30～40%,MnO5～8%,TiO₂4～7%,CaCl₂ 22～26%,CaO12～15%,MgO8～10%,SiO₂5～10%。

焊剂中采用了氯化盐和氟化钙，其卤化物对熔池中氧化铝起物理熔解作用，是一种活性强的去膜剂，同时还起到调节熔剂的熔点、流动性及脱渣的作用，有很好的去氧化铝薄膜效果。

本发明降低了堆焊焊缝夹渣、气孔、未熔合及开裂等不良现象的发生，提高了焊接质量，降低了企业成本。其焊丝和焊剂尤其适宜于铜和钢的堆焊，具备稳定而又合理的焊接金属熔合比和良好的焊接工艺性、抗裂性、抗腐蚀性及抗气孔性能，同时具有良好的机械性能。该方法为冷（热）轧机机组等重型冶金装备制造奠定了工艺应用基础，使得我国高锰铝青铜堆焊技术水平达到了国外工业发达国家同类产品的工艺制造水平，具有良好的市场前景。

附图说明

图1是扇形段固定侧夹紧销的结构示意图；

图2是扇形段固定侧夹紧销焊道的结构示意图；

图3是焊咀位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：按本发明配比计算各组分，焊丝的成分为(Wt%)：Mn11%,AL7.5%, Fe2%,Ni1%,Si1%，余量为Cu。焊剂化学成分为(Wt%)：CaF₂40%,MnO6%,TiO₂7%,CaCl₂22%,CaO12%,MgO8%,SiO₂5%。

参看图1、2、3，高锰铝青铜埋弧自动焊堆焊方法有以下步骤：A.焊前准备：采用上述成分的焊丝，直径为φ1.6mm，焊剂为上述成分的焊剂。堆焊前对母材1预热，母材1为国产Q460E低合金高强度结构钢。预热温度300℃；焊丝、焊剂均要烘干，烘干温度是250℃；焊剂在 100℃保温30分钟备用。对母材1堆焊表面及焊丝表面的水分、油脂、杂质及金属氧化膜必须进行仔细清理，均要露出金属光泽。以上对母材1预热、焊丝烘干、焊剂烘干及保温、清理母材1堆焊表面及焊丝表面等步骤都是为防止出现堆焊夹渣、焊缝气孔缺陷而采取的必要措施。

B. 进行堆焊：将母材夹持在现有埋弧自动焊机的转架上，采用顺时针方向旋转方式，旋转速度为210秒/转，焊缝间距25mm，调整埋弧自动焊机的焊咀2离母材1高度35mm；焊咀2偏离母材1中心线35mm，焊咀2倾斜角α=15°，堆焊电流为290A，堆焊电压为28V；然后堆焊双层焊道，第一层焊道3打底，堆焊厚度为3mm，尺寸为φ147+0.5mm，焊后清根去渣；第二层焊道4堆焊厚度为4mm，焊道起弧、收弧要均匀，焊道3、4宽度为25mm，焊道3、4无脱层、气孔、夹渣、裂纹或未熔合等缺陷。

C.焊后处理：母材堆焊后，立即用石棉垫保温、缓冷，冷却速度不大于30℃/h，150℃以下空气中冷却后即得成品。对母材1用石棉垫保温、缓冷措施，是为防止出现堆焊夹渣、焊缝气孔缺陷而采取的必要措施。

选用上述焊丝、焊剂对母材1堆焊后，进行熔敷金属拉伸实验。所得熔敷金属的力学性能为屈服强度σs(Mpa)= 460，抗拉强度σb(Mpa) = 543，延伸率δ5=20%，硬度为HB180～205。表明焊缝工艺性能良好,有很好的延性和致密性。

实施例2：按本发明配比计算各组分，焊丝的成分为(Wt%)：Mn12%,AL7%, Fe5%, Ni2.1%, Si1%，余量为Cu。焊剂化学成分为(Wt%)：CaF₂35%,MnO 5%,TiO₂6%,CaCl₂25%,CaO13%,MgO9%,SiO₂7%。

参看图1、2、3，高锰铝青铜埋弧自动焊堆焊方法有以下步骤：A.焊前准备：采用上述成分的焊丝，直径为φ1.6mm，焊剂为上述成分的焊剂。堆焊前对母材1预热，母材为国产Q460E低合金高强度结构钢。预热温度275℃；焊丝、焊剂均要烘干，烘干温度是225℃；焊剂在 100℃保温30分钟备用。对母材1堆焊表面及焊丝表面的水分、油脂、杂质及金属氧化膜必须进行仔细清理，均要露出金属光泽。以上对母材1预热、焊丝烘干、焊剂烘干及保温、清理母材1堆焊表面及焊丝表面等步骤都是为防止出现堆焊夹渣、焊缝气孔缺陷而采取的必要措施。

B. 进行堆焊：将母材夹持在现有埋弧自动焊机的转架上，采用顺时针方向旋转方式，旋转速度为210秒/转，焊缝间距22mm，调整埋弧自动焊机的焊咀2离母材1高度30mm；焊咀2偏离母材1中心线30mm，焊咀2倾斜角α=15°，堆焊电流为285A，堆焊电压为28V；然后堆焊为双层焊道，第一层焊道3打底，堆焊厚度为3mm，尺寸为φ147+0.5mm，焊后清根去渣；第二层焊道4堆焊厚度为4mm，焊道起弧、收弧要均匀，焊道3、4宽度为23mm，焊道3、4无脱层、气孔、夹渣、裂纹或未熔合等缺陷。

选用实施例2焊丝、焊剂对母材（母材为国产Q460E低合金高强度结构钢）堆焊后，进行熔敷金属拉伸实验。所得熔敷金属的力学性能为屈服强度σs(Mpa)= 470，抗拉强度σb(Mpa) = 550，延伸率δ5=20%，硬度为HB180～205。表明焊缝工艺性能良好,有很好的延性和致密性。

实施例3：按本发明配比计算各组分，焊丝的成分为(Wt%)：Mn13%,AL5%, Fe6%, Ni2.5%, Si1%，余量为Cu。焊剂化学成分为(Wt%)：CaF₂30%,MnO8%,TiO₂4%,CaCl₂26%,CaO15%,MgO10%,SiO₂7%。

参看图1、2、3，高锰铝青铜埋弧自动焊堆焊方法有以下步骤：A.焊前准备：采用上述成分的焊丝，直径为φ1.6mm，焊剂为上述成分的焊剂。堆焊前对母材1预热，母材为国产Q460E低合金高强度结构钢。预热温度250℃；焊丝、焊剂均要烘干，烘干温度是200℃；焊剂在 100℃保温30分钟备用。对母材1堆焊表面及焊丝表面的水分、油脂、杂质及金属氧化膜必须进行仔细清理，均要露出金属光泽。以上对母材1预热、焊丝烘干、焊剂烘干及保温、清理母材1堆焊表面及焊丝表面等步骤都是为防止出现堆焊夹渣、焊缝气孔缺陷而采取的必要措施。

B. 进行堆焊：将母材夹持在现有埋弧自动焊机的转架上，采用顺时针方向旋转方式，旋转速度为210秒/转，焊缝间距20mm，调整埋弧自动焊机的焊咀2离母材1高度25mm;焊咀2偏离母材1中心线23mm，焊咀2倾斜角α=15°，堆焊电流为280A，堆焊电压为27V。堆焊为双层焊道，第一层焊道3打底，堆焊厚度为3mm，尺寸为φ147+0.5mm，焊后清根去渣; 第二层焊道4堆焊厚度为4mm，焊道起弧、收弧要均匀，焊道3、4宽度为20mm，焊道3、4无脱层、气孔、夹渣、裂纹或未熔合等缺陷。，

选用实施例3焊丝、焊剂对母材1（母材为国产Q460E低合金高强度结构钢）堆焊后，进行熔敷金属拉伸实验。所得熔敷金属的力学性能为屈服强度σs(Mpa)= 469，抗拉强度σb(Mpa) = 547，延伸率δ5=20%，硬度为HB180～205。表明焊缝工艺性能良好,有很好的延性和致密性。

Claims

1.一种高锰铝青铜埋弧自动焊堆焊方法，其特征是该方法包括以下步骤：A.焊前准备：堆焊前对母材堆焊表面及焊丝表面的水分、油脂、杂质及金属氧化膜进行仔细清理，均要露出金属光泽；接着对母材预热，预热温度为250℃～300℃，对焊丝、焊剂进行烘干，焊丝和焊剂的烘干温度是200℃～250℃，并且焊剂烘干后在100℃保温备用；

2. 根据权利要求1所述的高锰铝青铜埋弧自动焊堆焊方法，其特征是所述焊丝化学成分为：Mn11～13%,AL5～7.5%, Fe2～6%, Ni1～2.5%, Si1%，余量为Cu。

3. 根据权利要求1所述的高锰铝青铜埋弧自动焊堆焊方法，其特征是所述焊剂化学成分为：CaF₂30～40%,MnO5～8%,TiO₂4～7%,CaCl₂ 22～26%,CaO12～15%,MgO8～10%,SiO₂5～10%。