CN103170709A - 在d406a钢材表面无熔深堆铜的焊接方法 - Google Patents

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耿弘进
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Abstract

本发明公开了一种在D406A钢材表面无熔深堆铜的焊接方法，其特征在于：它包括如下步骤：1）将D406A钢材进行调质处理；2）将经过步骤1）调质处理的D406A钢材浸入淬火液中并固定,使待焊表面保持在淬火液液面以上，或用淬火液持续喷洒该D406A钢材待焊表面的反面；3）采用CuSi3焊丝通过CMT焊接方法在D406A钢材的待焊表面进行堆铜焊接。本发明方法焊接过程中热输入量极低，热影响区极小，铜向基体中扩散量较少且均匀，扩散深度不超过0.1mm，焊接后异种间界面分明、整齐规则，无烧损现象，在实现了高强度冶金结合的同时减少了焊接过程对钢基体本身性能的影响。

Description

在D406A钢材表面无熔深堆铜的焊接方法
技术领域
本发明涉及金属加工领域，具体地指一种在D406A钢材表面无熔深堆铜的焊接方法。
背景技术
随着航空航天事业的发展,超高强度钢材的应用日趋广泛，D406A钢材是我国自行研制的一种超高强度钢,其在固体火箭发动机壳体上得到广泛应用，而为了改善钢材的表面耐磨性能，通常需要在D406A钢基体表面熔敷较薄的铜层，如外露段燃烧室壳体，为改善其发射导向性能，避免发射时损伤导轨，需在前后滑块的钢基体表面熔敷铜层，用焊接方式使熔敷层与钢基体实现冶金结合。而D406A钢材含碳量较高，加上合金元素的作用，钢材的热敏感性高、淬硬倾向增大、可焊性差，焊后容易出现冷裂纹等严重焊接缺陷；且钢基体此时为调质状态，在其表面堆焊铜层，要求尽量减少堆焊过程中的焊接热输入，降低热量扩散对基体性能影响。
对上述情况，国内外研究者前期进行了采用电弧堆焊技术在钢基体表面熔敷铜的工艺研究，但由于电弧堆焊是以基体作为一个电极，且由于电弧加热温度高和热输入量的不均匀性，基体极易熔化烧损，焊后产品性能降低较多，成为影响堆焊工艺的技术难点；近年来，国内一些研究者采用带极堆焊、感应熔敷焊、气体保护连续炉中熔敷焊和熔铸熔敷焊等方法实现了无熔深表面熔敷，但熔敷工艺较为繁琐，效率较低；而CMT焊接技术(冷金属过渡焊接技术)是基于熔化极氩弧焊的一种新型焊接技术，其与熔化极氩弧焊的根本区别在于起弧后当焊丝熔滴过渡与工件短路时电弧迅速熄灭，同时焊丝回抽，随后又重新起弧，循环往复，形成可靠连接，虽然其焊热输入量较低，但其对基体性能仍存在一定影响。
因此，如何才能便捷地在D406A钢基体表面熔敷铜层，实现极高强度冶金结合的同时又不致影响钢基体本身性能，便成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题提供一种在D406A钢材表面无熔深堆铜的焊接方法，该焊接方法能便捷地在D406A钢基体表面熔敷铜层，实现极高强度冶金结合的同时又不致影响钢基体本身性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种在D406A钢材表面无熔深堆铜的焊接方法，它包括如下步骤：
1）将D406A钢材进行调质处理；
2）将经过步骤1）调质处理的D406A钢材浸入淬火液中并固定，使待焊表面保持在淬火液液面以上，或用淬火液持续喷洒该D406A钢材待焊表面的反面；
3）采用CuSi3焊丝通过CMT焊接方法在D406A钢材的待焊表面进行堆铜焊接。
所述步骤1）中，调质处理为将D406A钢材加热至920~940℃，保温一段时间后油淬，在290~310℃进行回火，再保温一段时间后自然冷却。通过调质处理提高钢材的综合机械性能，使其具有高强度，及较好的塑性和韧性，进而增加耐磨性和可焊性。
进一步地，所述步骤1）中，调质处理为将D406A钢材加热至920~940℃，保温35~45min后油淬，在290~310℃进行回火，再保温100~150min后自然冷却。
优选地，所述步骤1）中，调质处理为将D406A钢材加热至920~940℃，保温40min后油淬，在290~310℃进行回火，再保温120min后自然冷却。
进一步地，所述步骤3）中，CMT焊接方法的焊接参数：电流为80~140A，电压为8~12V，焊接速度为140~220mm/min。
进一步地，所述步骤3）中，在堆铜焊接前，用无水乙醇将D406A钢材的待焊表面和CuSi3焊丝清理干净。
再进一步地，所述步骤3）中，CuSi3焊丝的直径为0.8~1.2mm。
更进一步地，所述步骤2）中，淬火液为水或水溶性淬火液。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一，本发明方法焊接过程中热输入量极低，热影响区极小，热影响深度约为0.1~0.3mm，焊接后异种间界面分明、整齐规则，无烧损现象。
其二，在焊接的同时采用淬火液冷却工件，降低焊接热输入量，进一步减少焊接过程对钢基体性能的影响。
其三：本发明改善了堆铜焊接时钢基体极易熔化烧损和性能大幅降低的情况，使得调质态钢板基体表面几乎没有熔化，铜向基体中扩散量较少且均匀，扩散深度不超过0.1mm，冶金结合强度高，能够满足产品质量要求。
其四，采用CuSi3焊丝，堆铜层硬度适中，其对钢基体侧无渗透裂纹。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明并不限于下述实施例。
实施例1：
在材质为D406A钢材的燃烧室壳体纺锤型滑块表面堆铜焊
将D406A钢基体进行调质处理，即：将D406A钢基体加热至920℃,保温40min后油淬,在290℃进行回火，保温120min后自然冷却；用脱脂棉沾无水乙醇将经过调质处理的钢基体待焊表面上的氧化物及油污等清理干净后，将D406A钢基体浸入水溶性淬火液中并固定,使待焊表面保持在淬火液液面以上; 用脱脂棉沾无水乙醇将直径为0.8mm的CuSi3焊丝表面清理干净，然后用该CuSi3焊丝通过CMT焊接系统在D406A钢基体的待焊表面进行堆铜，焊接参数：电流为85A,电压为10V，焊接速度为180 mm/min。
通过焊缝剖面金相观察，铜层与钢层界面清晰，铜层渗透深度<0.1mm。
实施例2：
在材质为D406A钢材的燃烧室壳体纺锤型滑块表面堆铜焊
将D406A钢基体进行调质处理，即：将D406A钢材加热至930℃,保温35min后油淬,在300℃进行回火，保温150min后自然冷却；用脱脂棉沾无水乙醇将经过调质处理的钢基体待焊表面上的氧化物及油污等清理干净后，将钢基体浸入冷却水中并固定,使待焊表面保持在冷却水液面以上; 用脱脂棉沾无水乙醇将直径为0.9mm的CuSi3焊丝表面清理干净，然后用该CuSi3焊丝通过CMT焊接系统在D406A基体的待焊表面进行堆铜，焊接参数：电流为80A,电压为8V，焊接速度为140 mm/min。
通过焊缝剖面金相观察，铜层与钢层界面清晰，铜层渗透深度<0.1mm。
实施例3：
在δ4mm厚的D406A钢板表面堆铜焊
将D406A钢板进行调质处理，即：将D406A钢板加热至940℃,保温45min后油淬,在310℃进行回火，保温100min后自然冷却；用脱脂棉沾无水乙醇将经过调质处理的D406A钢板待焊上表面上的氧化物及油污等清理干净后，将D406A钢板用专用工装固定，对钢板下表面持续喷洒冷却水，同时，采用直径为1.2mm的CuSi3焊丝通过CMT焊接系统在D406A钢板的待焊上表面进行堆铜，焊接参数：电流为140A,电压为12V，焊接速度为220 mm/min。焊接前，需用脱脂棉沾无水乙醇将CuSi3焊丝表面清理干净。
通过焊缝剖面金相观察，铜层与钢层界面清晰，铜层渗透深度为0.1mm。
实施例4：
在δ4mm厚的D406A钢板表面堆铜焊
将D406A钢板进行调质处理，即：将D406A钢板加热至930℃,保温40min后油淬,在300℃进行回火，保温120min后自然冷却；用脱脂棉沾无水乙醇将经过调质处理的D406A钢板待焊上表面上的氧化物及油污等清理干净后，将D406A钢板用专用工装固定，对钢板下表面持续喷洒水溶性淬火液，同时，采用直径为1mm的CuSi3焊丝通过CMT焊接系统在D406A钢板的待焊上表面进行堆铜，焊接参数：电流为115A,电压为11V，焊接速度为200mm/min。焊接前，需用脱脂棉沾无水乙醇将CuSi3焊丝表面清理干净。
通过焊缝剖面金相观察，铜层与钢层界面清晰，铜层渗透深度<0.1mm。

Claims (9)

1.一种在D406A钢材表面无熔深堆铜的焊接方法，其特征在于：它包括如下步骤：
1）将D406A钢材进行调质处理；
2）将经过步骤1）调质处理的D406A钢材浸入淬火液中并固定，使待焊表面保持在淬火液液面以上，或用淬火液持续喷洒该D406A钢材待焊表面的反面；
3）采用CuSi3焊丝通过CMT焊接方法在D406A钢材的待焊表面进行堆铜焊接。
2.根据权利要求1所述的在D406A钢材表面无熔深堆铜的焊接方法，其特征在于：所述步骤1）中，调质处理为将D406A钢材加热至920~940℃，保温一段时间后油淬，在290~310℃进行回火，再保温一段时间后自然冷却。
3.根据权利要求2所述的在D406A钢材表面无熔深堆铜的焊接方法，其特征在于：所述步骤1）中，调质处理为将D406A钢材加热至920~940℃，保温35~45min后油淬，在290~310℃进行回火，再保温100~150min后自然冷却。
4.根据权利要求3所述的在D406A钢材表面无熔深堆铜的焊接方法，其特征在于：所述步骤1）中，调质处理为将D406A钢材加热至920~940℃，保温40min后油淬，在290~310℃进行回火，再保温120min后自然冷却。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的在D406A钢材表面无熔深堆铜的焊接方法，其特征在于：所述步骤3）中，CMT焊接方法的焊接参数：电流为80~140A，电压为8~12V，焊接速度为140~220mm/min。
6.根据权利要求5所述的在D406A钢材表面无熔深堆铜的焊接方法，其特征在于：所述步骤3）中，在堆铜焊接前，用无水乙醇将D406A钢材的待焊表面和CuSi3焊丝清理干净。
7.根据权利要求5所述的在D406A钢材表面无熔深堆铜的焊接方法，其特征在于：所述步骤3）中，CuSi3焊丝的直径为0.8~1.2mm。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的在D406A钢材表面无熔深堆铜的焊接方法，其特征在于：所述步骤2）中，淬火液为水或水溶性淬火液。
9.根据权利要求5所述的在D406A钢材表面无熔深堆铜的焊接方法，其特征在于：所述步骤2）中，淬火液为水或水溶性淬火液。
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