CN104227262B - 一种用于异种材料焊接的双芯焊条 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于异种材料焊接的双芯焊条，包括两根相互平行的焊芯和药皮，其中，两根焊芯的侧壁相连接，两根焊芯外表面包覆有药皮层，两根焊芯分别为两种不同的金属焊芯。本发明的有益效果是采用两种与母材相同材料的焊芯，焊接过程中，焊芯焊接在相同材料的母材上，且两种焊芯之间形成熔融的合金层，焊接效果好、抗裂性能好、焊缝表面成型好、焊缝强度高，实现异种材料冶金熔合，接头连接性能良好。

Description

一种用于异种材料焊接的双芯焊条

技术领域

本发明属于焊接技术领域，尤其是涉及应一种用于异种材料焊接的双芯焊条。

背景技术

异种材料的焊接是指将不同化学成分、不同组织性能的两种或两种以上金属，在一定的工艺条件下焊接成规定设计要求的构件，并使形成的接头满足预定的服役要求。科学技术的不断进步对各类工程机械构件的性能，如硬度、耐磨性、腐蚀性、低温韧性、高温持久性等提出了更高的要求。在许多情况下，单纯的一种金属材料已经不能满足工程使用要求，采用焊接方法制造异种金属构件备受人们关注。异种材料的焊接不仅能充分利用各组成材料的优异性能，还大大降低了整体生产成本，显著提高了经济效益，因此，异种材料焊接技术在石油化工、航空航天、交通运输、电站锅炉及工程机械等行业的机械设备和构件中得以广泛应用。

异种材料的焊接与同种材料焊接相比，有很大的不同。因为各种金属组织性能的差异，如熔点、膨胀系数、热导率、比热容、电磁性、化学成分等差异，加大了异种材料焊接的难度。异种材料焊接时存在的主要困难如下：1)异种材料的线膨胀系数不同，容易引起热应力，而且这种热应力不易消除，结果会使接头处产生裂纹或较大的焊接变形；2)异种材料焊接过程中，由于金相组织的变化以及新生成的物相结合或化合物，可使焊接接头的性能恶化，给焊接带来很大的困难；3)异种材料焊接熔合区和热影响区的力学性能较差，特别是塑性和韧性明显下降；4)由于接头塑韧性的下降以及焊接应力的存在，异种材料焊接接头容易产生裂纹，尤其是焊接熔合区和热影响区更容易产生裂纹，甚至发生断裂。

焊条是焊接材料的一种，由焊芯及药皮两部分构成。焊条是在金属焊芯外将涂料(药皮)均匀、向心地压涂在焊芯上。焊条种类不同，焊芯也不同。焊芯即焊条的金属芯，为了保证焊缝的质量与性能，对焊芯中各金属元素的含量都有严格的规定，特别是对有害杂质(如硫、磷等)的含量，应有严格的限制，优于母材。焊接时，电焊条作为一个电极，一方面起传导电流和引燃电弧的作用，使电焊条与基本金属间产生持续的、稳定的电弧，以提供熔化焊所需的热量。另一方面，电焊条又作为填充金属加到焊缝中去，成为焊缝金属的主要成分。

为了保证异种材料焊接接头在使用中的可靠和安全，选择焊条时不仅要保证焊接接头强度，而且还要保证具有较高的塑韧性。因此，在选择焊条时，常常不得不选用强度稍低，但塑韧性较好的熔敷金属。这时焊缝成为焊接接头中的一层“软的”中间层，影响异种材料焊接头的强度。另外，当母材和焊条的金相组织不属于同一种类型时，焊接接头中可能出现严重的组织、成分和力学性能不均匀性以及出现过大的焊接应力。这种过大的焊接应力是由于线膨胀系数的不同引起的，因此不能通过热处理的方法消除，会使异种材料焊接件的使用性能和可靠性大大降低。

专利CN1161204C公开了一种双芯焊条及单弧焊接工艺，是焊条内有两根焊芯，焊芯间距为0.1-1.5mm，相互平行、绝缘，焊接时工件不接电源，电弧在双焊芯端部形成单弧，与单芯焊条相比，母材熔化量大大减少，熔合比显著降低，大幅度降低焊接应力和焊接变形，焊接生产率提高一倍，节省电能50％，但该双芯焊条不适用于异种材料焊接。

专利CN1217965A公开了一种特性电焊条，属钢件与铸件两用焊条，由焊芯和焊药皮组成，焊药的成分是：大理石、碳酸钠、菱苦土、长石、碳酸钾、萤石、钛白粉、磁铁矿、锰矿和水玻璃。该特性电焊条既能焊接钢件，又能焊接铸件，对各类铸铁的焊接，焊前无需加温，焊后无需保温，省时省力，减少成本，焊缝气密性及加工性能稳定，确保了焊接质量，该焊条具有良好的机械性能和抗裂性能，交直流两用，可进行全位置焊接，适用于钢、铸件焊接。

目前，市场上还有一种万用焊条，以锡磷青铜为焊芯的铜合金焊条，有良好的塑性、耐冲击性、耐磨性及耐腐蚀性能。既可用于高强度青铜合金的焊接及纯铜与黄铜的对接，又可用于耐磨耐腐蚀工件的堆焊。还可用于不同金属的对接(白色金属除外)，如铜和铸铁、铜和不锈钢、铸铁和不锈钢等。常用于阀门、轴承、齿轮、螺旋浆、推进器叶片等的焊接，也可用于铸铁的焊补与堆焊。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够用于异种材料焊接的双芯焊条，使异种材料焊接接头处无缺陷，焊接效果好、抗裂性能好、焊缝表面成型好、焊接应力和变形减小，焊缝强度高，实现异种材料冶金熔合，接头连接性能良好。

本发明的技术方案是：

一种用于异种材料焊接的双芯焊条，包括两根相互平行的焊芯和药皮，其特征在于：两根焊芯的侧壁相接触，两根焊芯外表面包覆有药皮层，两根焊芯分别为两种不同的金属焊芯。

本发明异种材料焊接的双芯焊条将两根不同的金属焊芯并在一起，包裹在焊药中形成一个完整的焊条。金属焊芯的材料与异种材料焊接的两种母材相同。使用时，将同种材料的母材与焊芯对应进行焊接，焊接时，两种焊芯的侧表面相接触，两种焊芯会在焊缝中间形成熔融的合金层。这样与母材同种材料的焊芯焊接在母材上，与母材间的焊接效果好、抗裂性能好，同时，焊缝中间两种焊芯还形成熔融的合金层，实现了两种母材的冶金熔合，焊缝表面成型好、焊接应力和变形减小，焊缝强度高。

其中，所述金属焊芯选自黑色金属焊芯和/或有色金属焊芯。黑色金属焊芯选自碳钢焊芯、低合金钢焊芯、合金钢焊芯、不锈钢焊芯。

两根焊芯的侧壁线接触。

两根焊芯的侧壁线接触既能够保证焊接时焊缝中间两种焊芯形成熔融的合金层，又能保证合金层的两边还存在一定量的与母材材料相同的金属与两种母材接触。避免焊芯完全熔融，全部形成合金层，导致合金层与母材间的连接强度变小。

至少一根焊芯的断面具有一个角，该角在焊芯侧壁形成一个与焊芯轴线方向平行的凸棱，焊芯的侧壁通过凸棱与另一根焊芯的侧壁或凸棱线接触。

焊接时利用尖端放电产生高压电弧，使母材融化，实现焊接。在焊接时，焊芯断面的角由于尖端放电现象，与母材间的电位差更大，由于电位差，将空气电离，产生放电。由于空气的电阻很大，在电位差和大电流的作用下，就产生了更高的温度。焊芯断面的首先从凸棱处开始熔融，两种熔融的焊芯更容易混合形成合金层。

所述角的角度大于或等于90°。

角大于或等于90°的时候能够保证焊缝中间合金层的厚度和宽度，达到最佳的焊接效果，焊缝抗裂性能好，焊缝强度最高。

所述角的两个侧边端部由直线、多段折线或一段圆弧线连接，角的两侧边与直线、多段折线或圆弧线围成的图形为焊芯的断面。

所述焊芯的断面为正多边形。

两根焊芯断面的形状相同且对称设置。

所述用于异种材料焊接的双芯焊条断面两根焊芯的侧壁相接触处药皮层的厚度最大。

药皮层包覆在焊芯的外部制成焊条。药皮层在焊接过程中分解熔化后形成气体和熔渣，起到机械保护、冶金处理、改善工艺性能的作用。焊条药皮层是决定焊缝质量的重要因素，在焊接过程中有以下几方面的作用：提高电弧燃烧的稳定性；保护焊接熔池；保证焊缝脱氧、去硫磷杂质；为焊缝补充合金元素；提高焊接生产率，减少飞溅。由于电弧的高温作用，焊缝金属的合金元素会被蒸发烧损，使焊缝的机械性能降低。因此，必须通过药皮向焊缝加入适当的合金元素，以弥补合金元素的烧损，保证或提高焊缝的机械性能。对有些合金钢的焊接，也需要通过药皮向焊缝渗入合金，使焊缝金属能与母材金属成分相接近，机械性能赶上甚至超过基本金属。

两根焊芯的侧表面相接触处药皮层的厚度最大，使焊条在焊接过程中电弧燃烧平稳，药皮融化均匀，焊接过程中无过大、过多的飞溅，焊缝成型正常，熔渣容易清理，还能够使焊缝中间的合金层充分熔融混合，进一步增强了焊缝的强度。

两根焊芯的侧壁相接触处两侧的药皮层分别为与焊芯材料相对应的药皮层，两种不同的药皮层一体挤压成型。

不同药皮层的设置这样能够使焊缝两侧的材料与两种母材的化学成份分别相同，并且两者的熔融合金层能够将两者很好的结合，提高接头的韧性。

两根焊芯断面中心外侧的药皮层分别为与焊芯材料相对应的药皮层，两根焊芯断面中心之间的药皮层为混合药皮层，三种不同的药皮层一体挤压成型。

所述两根焊芯断面中心指的是焊芯断面图形的几何中心。混合药皮层的设置进一步提高了焊缝中间合金层的混合效果，增强了焊缝的强度。

本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，使异种材料焊接接头处无缺陷，焊接效果好、抗裂性能好、焊缝表面成型好、焊接应力和变形减小，焊缝强度高，实现异种材料冶金熔合，接头连接性能良好。

本发明适用于两种不同金属材料间的焊接以及堆焊耐磨层。

附图说明

图1是本发明实施例1的横截面结构示意图

图2是本发明的纵截面结构示意图

图3是本发明实施例2的横截面结构示意图

图4是本发明实施例3的横截面结构示意图

图中：

1、铸铁焊芯 2、不锈钢焊芯 3、铸铁焊药层 4、不锈钢焊药层 5、混合焊药层

具体实施方式

实施例1

如图1、图2所示，本发明一种用于异种材料焊接的双芯焊条，包括两根相互平行的焊芯，两根焊芯的侧壁紧靠在一起并且相接触，两根焊芯外表面包覆有药皮层，两根焊芯分别为两种不同的金属焊芯。金属焊芯可根据实际应用中母材的种类分别选自黑色金属焊芯和/或有色金属焊芯。黑色金属焊芯选自碳钢焊芯、低合金钢焊芯、合金钢焊芯、不锈钢焊芯。本实施例中，两根金属焊芯分别为铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2。

如图1所示，铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2的断面为圆形，两个圆相切，铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2的侧壁线接触。铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2的直径相同、长度相同且两端齐平。铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2的外部包覆有药皮层，整个焊条的横截面为两个半圆弧和中间两平行边所组成的长圆形，中间两平行边与两根焊芯圆心的连线相平行，中间两平行边的长度等于焊芯直径的长度，也就是铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2断面几何中心间的距离。铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2位于长圆形内部上下对称、左右对称。这样，铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2侧壁相接触处药皮层的厚度最大。

铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2断面几何中心外侧的药皮层分别为铸铁焊药层3和不锈钢焊药层4，铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2断面中心之间的药皮层为铸铁焊药和不锈钢焊药混合的混合焊药层5，三种不同的药皮层一体挤压成型。

本实例的使用方法：焊接时，双芯焊条两根焊芯分别与与焊芯同种材料的母材相对应，采用常规方法焊接。

实施例2

如图3所示，本发明用于异种材料焊接的双芯焊条，包括铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2，铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2相互平行，铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2侧壁线接触，铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2外表面包覆有药皮层。铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2中至少一根焊芯的断面具有一个角6，该角6在焊芯侧壁形成一个与焊芯轴线方向平行的凸棱，焊芯的侧壁通过凸棱与另一根焊芯的侧壁或凸棱线接触。角6的两个侧边端部由一段圆弧线连接，角6的两侧边与圆弧线围成的图形为焊芯的断面。铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2断面的形状可以相同，也可以不同，优选铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2断面的形状相同且对称设置。

铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2侧壁相接触处两侧的药皮层分别为铸铁焊药层3和不锈钢焊药层4，两种不同的药皮层一体挤压成型。角6的角度大于或等于90°，这样铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2的侧壁相接触处药皮层的厚度最大，能够保证最好的焊接效果。

本实例的使用方法：焊接时，双芯焊条两根焊芯分别与与焊芯同种材料的母材相对应，采用常规方法焊接。

实施例3

如图4所示，一种用于异种材料焊接的双芯焊条，包括铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2，铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2相互平行，铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2侧壁线接触，铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2外表面包覆有药皮层。铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2的断面具有一个角6，该角6在焊芯侧壁形成一个与焊芯轴线方向平行的凸棱，焊芯的侧壁通过凸棱与另一根焊芯的侧壁或凸棱线接触。角6的两个侧边端部由多段折线连接，角6的两侧边与多段折线围成的图形为焊芯的多边形断面。优选焊芯的断面为正多边形。铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2断面的形状可以相同，也可以不同，优选铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2断面的形状相同且对称设置。

铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2侧壁相接触处两侧的药皮层分别为铸铁焊药层3和不锈钢焊药层4，两种不同的药皮层一体挤压成型。角6的角度大于或等于90°，这样铸铁焊芯1和不锈钢焊芯2的侧壁相接触处药皮层的厚度最大，能够保证最好的焊接效果。

本实例的使用方法：焊接时，双芯焊条两根焊芯分别与与焊芯同种材料的母材相对应，采用常规方法焊接。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种用于异种材料焊接的双芯焊条，包括两根相互平行的焊芯和药皮，两根焊芯的侧壁线接触，两根焊芯外表面包覆有药皮层，两根焊芯分别为两种不同的金属焊芯，其特征在于：至少一根焊芯的断面具有一个角，该角在焊芯侧壁形成一个与焊芯轴线方向平行的凸棱，焊芯的侧壁通过凸棱与另一根焊芯的侧壁或凸棱线接触。

2.根据权利要求1所述的一种用于异种材料焊接的双芯焊条，其特征在于：所述角的角度大于或等于90°。

3.根据权利要求2所述的一种用于异种材料焊接的双芯焊条，其特征在于：所述角的两个侧边端部由直线、多段折线或一段圆弧线连接，角的两侧边与直线、多段折线或圆弧线围成的图形为焊芯的断面。

4.根据权利要求3所述的一种用于异种材料焊接的双芯焊条，所述焊芯的断面为正多边形。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的一种用于异种材料焊接的双芯焊条，其特征在于：两根焊芯断面的形状相同且对称设置。

6.根据权利要求1所述的一种用于异种材料焊接的双芯焊条，其特征在于：所述用于异种材料焊接的双芯焊条断面两根焊芯的侧壁相接触处药皮层的厚度最大。

7.根据权利要求6所述的一种用于异种材料焊接的双芯焊条，其特征在于：两根焊芯的侧壁相接触处两侧的药皮层分别为与焊芯材料相对应的药皮层，两种不同的药皮层一体挤压成型。

8.根据权利要求5所述的一种用于异种材料焊接的双芯焊条，其特征在于：两根焊芯断面中心外侧的药皮层分别为与焊芯材料相对应的药皮层，两根焊芯断面中心之间的药皮层为混合药皮层，三种不同的药皮层一体挤压成型。