CN105965173B - 用于空心横向稳定杆的焊接材料及焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于空心横向稳定杆的焊接材料与焊接工艺，所述焊接材料化学成分质量百分比为：C：0.04%~0.8%，Ni：2.2%~2.7%，Mn：1.55~1.9%，Mo：0.5%~0.6%，Cr：1.3%~1.5%,S≤0.015%，P≤0.15%，余量为Fe与微量元素；该稳定杆的焊接工艺包括：首先将待焊的片簧开好坡口，对片簧和轴套进行预热，用夹具对片簧和轴套进行固定，进行激光‑MIG复合焊接，焊后进行缓冷处理；然后将扭杆11与片簧进行装夹固定，对焊缝处进行预热，预热完成后进行激光‑MIG复合焊接，焊后进行缓冷处理；使用该材料与焊接工艺的稳定杆焊后焊缝成型美观，疲劳循环次数达到27万次。
Description
技术领域
本发明属于焊接领域，特别涉及一种用于空心横向稳定杆的焊接材料与焊接工艺。
背景技术
随着汽车产业的快速发展和人们消费水平的提高，汽车作为越来越普及的交通运输工具，在人们日常生活和工农业生产中扮演着重要的角色，给人类生活带来了极大的便利。横向稳定杆技术是指在车辆上安装横向稳定杆，来提高悬架系统的侧倾刚度，能使车辆在行驶时更加舒适、稳定，翻车机率大大降低。空心横向稳定杆较实心横向稳定杆最显著的优势是能有效地减轻其重量，从而达到汽车轻量化的目标，减少能耗。
空心横向稳定杆是由轴套、片簧和扭杆三部分焊接而成，其材料分为三种成分不同的弹簧钢。异种钢在焊接的过程中，由于材料的线膨胀系数不同，可能引起难以消除热应力；可能会产生新的组织或者化合物，造成接头性能恶化；异种材料焊接熔合区和热影响区的力学性能较差，容易产生韧性和塑性下降等问题。接头形式为角接接头，焊接难度大，成型困难，坡口大工作量多。对空心横向稳定杆的焊接不但要满足高性能的焊接质量，还要尽可能减小焊缝形成的热量以减少焊接变形，同时焊接接头还要保持美观平滑。目前国内对于空心横向稳定杆激光-MIG复合焊接的焊丝与焊接工艺还未见报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种能提高空心横向稳定杆焊缝疲劳强度的焊接材料与焊接工艺。
本发明提供的用于空心横向稳定杆的焊接材料，所述横向稳定杆包括用于横向空心稳定杆的轴套9、片簧10和扭杆11，所述轴套9、片簧10和扭杆11为三种弹簧钢，焊接三种弹簧钢的焊接材料，其化学成分质量百分比为：
C：0.04%~0.8%，Ni：2.2%~2.7%，Mn：1.55~1.9%，Mo：0.5%~0.6%，Cr：1.3%~1.5%,S≤0.015%，P≤ 0.15%，余量为Fe与微量元素。
一种用于空心横向稳定杆的焊接工艺，该工艺包括：首先将待焊的片簧开好坡口，对片簧和轴套进行预热，用夹具对片簧和轴套进行固定，进行激光-MIG复合焊接，焊后进行缓冷处理；然后将扭杆11与片簧进行装夹固定，对焊缝处进行预热，预热完成后进行激光-MIG复合焊接，焊后进行缓冷处理。
所述坡口为单边坡口，片簧10和轴套9连接处焊缝为环焊缝，双面焊接，坡口角度为30°。
所述焊前预热温度为270~370℃。
所述轴套与片簧焊接顺序依次为：将两个片簧的两端分别与轴套焊接，第一轴套焊缝1进行打底，第二轴套焊缝2进行打底；加工第一轴套焊缝1的盖面层、第二轴套焊缝2的盖面层；对第一片簧的第一焊缝3的打底层，第二片簧的第一焊缝4的打底层；加工第一片簧的第一焊缝3的盖面层，加工第二片簧的第一焊缝4的盖面层。
所述片簧和轴套的激光-MIG复合焊接的焊接参数为：焊接层数为2层，光丝间距为1.5mm；电弧在前，打底焊的激光功率为3600~3800W，电流180±10A，电压20.3±1V，焊接速度0.95m/min；盖面层的激光功率为3000~3100W，电流210±10A，电压22.3±1V，焊接速度0.85m/min。
将所述扭杆11的两端分别焊接在片簧上，其焊接顺序依次为：分别对扭杆11两端的第一焊缝5、第二焊缝6进行打底；对第一片簧的第二焊缝7、第二片簧的第二焊缝8进行打底，对扭杆11的第一焊缝5的填充层，对扭杆11的第二焊缝6的填充层进行加工；加工第一片簧的第二焊缝7、第二片簧的第二焊缝8的填充层；加工扭杆11的第一焊缝5、第二焊缝6的盖面层；加工第一片簧的第二焊缝7、第二片簧的第二焊缝8的盖面层。
在进行填充焊和盖面焊之前打底焊之前，均需要用气铲清除前一层焊缝的焊渣。
扭杆11与片簧激光-MIG复合焊接的焊接参数为：焊接层数为3，光丝间距为1.5mm，电弧在前，打底焊的激光功率为4200~4500W，电流195±10A，电压21.3±1V，焊接速度1m/min；填充层的激光功率为3300~3500W，电流225±10A，电压23.4±1V，焊接速度0.9m/min；盖面层的激光功率为3000~3100W，电流240±10A，电压24.2±1V，焊接速度0.82m/min。
所述缓冷处理为全部焊接工作完成后将稳定杆的焊缝部分全部埋入石英砂坑中保温缓冷，时间大于3小时。
本发明的有益效果为：本发明提供的一种用于空心横向稳定杆的焊接材料与焊接工艺，使焊后的空心横向稳定杆的焊缝成型美观，裂纹、气孔和咬边等缺陷均在DIN EN ISO5817标准的许可范围内，疲劳循环次数达到27万次。
尽管，焊前预热以及焊后热处理的作用是所有焊接通用的，但是本发明针对的是异种材料，采用了特定配比材料制成的横向稳定杆，而且对成品的性能要求较高，本发明研究人员通过大量实验及探索，摸索出以如下步骤对稳定杆进行加工时加工效果最好：首先将待焊的片簧开好坡口，用夹具对片簧和轴套进行固定后复合焊接，再将扭杆与片簧进行装夹固定，对焊缝处进行复合焊接。并且，以本发明中所提供的工艺参数进行预热缓冷处理，能够有效的减少焊接过程中裂纹的产生；在盖面焊过程中采用摆动焊的技术，能够使焊缝成型美观，填充完全。
附图说明
图1-空心横向稳定杆结构与焊缝位置示意图；
图2-坡口局部细节示意图（轴套与片簧（左），片簧与扭杆（右））；
图中，1-第一轴套焊缝，2-第二轴套焊缝，3-第一片簧的第一焊缝，4-第二片簧的第一焊缝，5-扭杆的第一焊缝，6-扭杆的第二焊缝，7-第一片簧的第二焊缝，8-第二片簧第二焊缝， 9-轴套，10-片簧，11-扭杆。
具体实施方式
本发明提供一种用于空心横向稳定杆的焊接材料及焊接工艺，为使本发明的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作近一步的详细描述。
如图1所示，本发明实施例的用于空心横向稳定杆的焊接材料，所述横向稳定杆包括用于横向空心稳定杆的轴套9、片簧10和扭杆11，所述轴套9、片簧10和扭杆11为三种弹簧钢，焊接三种弹簧钢的焊接材料，其化学成分质量百分比为：
C：0.04%~0.8%，Ni：2.2%~2.7%，Mn：1.55~1.9%，Mo：0.5%~0.6%，Cr：1.3%~1.5%,S≤0.015%，P≤ 0.15%，余量为Fe与其他微量元素。
碳是钢中的主要强化元素，溶解在钢中形成固溶体起固溶强化作用，它与强碳化物形成元素结合形成碳化物析出时起沉淀强化作用。碳对弹簧钢的强度、硬度、塑性、韧性、脱碳倾向、显微组织都有很大影响，其影响往往超过其它合金元素，本发明中C元素含量为0.04%。
锰是提高淬透性最有效的合金元素铬能显著提高钢的淬透性。铬能显著提高钢的淬透性，改善抗蚀和抗氧化性能，铬与锰共用作用更好，本发明中Mn：1.55%，Cr：1.3%。
本发明的另一个方面提供了一种使用上述焊接材料焊接空心横向稳定杆的焊接工艺，包括：首先将待焊的片簧10开好坡口，对片簧10和轴套9进行预热，用夹具对片簧10和轴套9进行固定，进行激光-MIG复合焊接，焊后进行缓冷处理；然后将扭杆11与片簧10进行装夹固定，对焊缝处进行预热，预热完成后进行激光-MIG复合焊接，焊后进行缓冷处理。
进一步地，所述坡口为单边坡口，即只在片簧10处开坡口，焊缝为环焊缝，双面焊接，破口形式如图2所示，坡口角度为30°。
进一步地，所述焊前预热温度为270℃。
进一步地，所述轴套9与片簧10焊接顺序依次为：第一轴套焊缝1的打底层，第二轴套焊缝2的打底层，第一轴套焊缝1的盖面层，第二轴套焊缝2的盖面层，第一片簧的第一焊缝3的打底层，第二片簧的第一焊缝4的打底层，第一片簧的第一焊缝3的盖面层，第二片簧的第一焊缝4的盖面层。
进一步地，片簧10和轴套9的激光-MIG复合焊接的焊接参数为：焊接层数为2，光丝间距为1.5mm，电弧在前，打底焊的激光功率为3600W，电流180±10A，电压20.3±1V，焊接速度0.95m/min；盖面层的激光功率为3000W，电流210±10A，电压22.3±1V，焊接速度0.85m/min。
进一步地，所述扭杆11与片簧10焊接顺序依次为：扭杆的第一焊缝5的打底层，扭杆的第二焊缝6的打底层，第一片簧的第二焊缝7的打底层，第二片簧第二焊缝8的打底层，扭杆的第一焊缝5的填充层，扭杆的第二焊缝6的填充层，第一片簧的第二焊缝7的填充层，第二片簧第二焊缝8的填充层，扭杆的第一焊缝5的盖面层，扭杆的第二焊缝6的盖面层，第一片簧的第二焊缝7的盖面层，第二片簧第二焊缝8的盖面层。
进一步地，在进行填充焊和盖面焊之前打底焊之前，均需要用气铲清除前一层焊缝的氧化皮和飞溅等焊渣。
进一步地，扭杆11与片簧10激光-MIG复合焊接的焊接参数为：焊接层数为3，光丝间距为1.5mm，电弧在前，打底焊的激光功率为4200W，电流195±10A，电压21.3±1V,焊接速度1m/min；填充层的激光功率为3300W，电流225±10A，电压23.4±1V，焊接速度0.9m/min；盖面层的激光功率为3000W，电流240±10A，电压24.2±1V，焊接速度0.82m/min。
进一步地，所述缓冷处理为全部焊接工作完成后将稳定杆的焊缝部分全部埋入石英砂坑中保温缓冷，时间大于3小时。
实施例二
作为本发明的另一个实施例，C元素含量为0.8%。
锰是提高淬透性最有效的合金元素铬能显著提高钢的淬透性。铬能显著提高钢的淬透性，改善抗蚀和抗氧化性能，铬与锰共用作用更好，本实施例中Mn：1.9%，Cr：1.5%。
本发明的另一个方面提供了一种使用上述焊接材料焊接空心横向稳定杆的焊接工艺，包括：首先将待焊的片簧10开好坡口，对片簧10和轴套9进行预热，用夹具对片簧10和轴套9进行固定，进行激光-MIG复合焊接，焊后进行缓冷处理；然后将扭杆11与片簧10进行装夹固定，对焊缝处进行预热，预热完成后进行激光-MIG复合焊接，焊后进行缓冷处理。
进一步地，所述坡口为单边坡口，即只在片簧10处开坡口，焊缝为环焊缝，双面焊接，破口形式如图2所示，坡口角度为30°。
进一步地，所述焊前预热温度为370℃。
进一步地，所述轴套9与片簧10焊接顺序依次为：第一轴套焊缝1的打底层，第二轴套焊缝2的打底层，第一轴套焊缝1的盖面层，第二轴套焊缝2的盖面层，第一片簧的第一焊缝3的打底层，第二片簧的第一焊缝4的打底层，第一片簧的第一焊缝3的盖面层，第二片簧的第一焊缝4的盖面层。
进一步地，片簧10和轴套9的激光-MIG复合焊接的焊接参数为：焊接层数为2，光丝间距为1.5mm，电弧在前，打底焊的激光功率为3800W，电流180±10A，电压20.3±1V,焊接速度0.95m/min；盖面层的激光功率为3100W，电流210±10A，电压22.3±1V，焊接速度0.85m/min。
进一步地，所述扭杆11与片簧10焊接顺序依次为：扭杆的第一焊缝5的打底层，扭杆的第二焊缝6的打底层，第一片簧的第二焊缝7的打底层，第二片簧第二焊缝8的打底层，扭杆的第一焊缝5的填充层，扭杆的第二焊缝6的填充层，第一片簧的第二焊缝7的填充层，第二片簧第二焊缝8的填充层，扭杆的第一焊缝5的盖面层，扭杆的第二焊缝6的盖面层，第一片簧的第二焊缝7的盖面层，第二片簧第二焊缝8的盖面层。
进一步地，在进行填充焊和盖面焊之前打底焊之前，均需要用气铲清除前一层焊缝的氧化皮和飞溅等焊渣。
进一步地，扭杆11与片簧10激光-MIG复合焊接的焊接参数为：焊接层数为3，光丝间距为1.5mm，电弧在前，打底焊的激光功率为4500W，电流195±10A，电压21.3±1V,焊接速度1m/min；填充层的激光功率为3500W，电流225±10A，电压23.4±1V，焊接速度0.9m/min；盖面层的激光功率为3100W，电流240±10A，电压24.2±1V，焊接速度0.82m/min。
进一步地，所述缓冷处理为全部焊接工作完成后将稳定杆的焊缝部分全部埋入石英砂坑中保温缓冷，时间大于3小时。
最后说明，在本发明基础上进行修改，等同替换而不脱离本发明技术方案精神范围的，均应在本发明的权利要求范围内。
Claims (10)
1.用于空心横向稳定杆的焊接材料，所述横向稳定杆包括用于横向空心稳定杆的轴套、片簧和扭杆，所述轴套、片簧和扭杆为三种弹簧钢，其特征在于，焊接三种弹簧钢的焊接材料，其化学成分质量百分比为：
C：0.04%~0.8%，Ni：2.2%~2.7%，Mn：1.55~1.9%，Mo：0.5%~0.6%，Cr：1.3%~1.5%,S≤0.015%，P≤ 0.15%，余量为Fe与微量元素。
2.一种采用如权利要求1所述焊接材料的空心横向稳定杆的焊接工艺，其特征在于，包括：首先将待焊的片簧开好坡口，对片簧和轴套进行预热，用夹具对片簧和轴套进行固定，进行激光-MIG复合焊接，焊后进行缓冷处理；然后将扭杆与片簧进行装夹固定，对焊缝处进行预热，预热完成后进行激光-MIG复合焊接，焊后进行缓冷处理。
3.根据权利要求2所述的一种空心横向稳定杆的焊接工艺，其特征在于，所述坡口为单边坡口，片簧和轴套连接处焊缝为环焊缝，双面焊接，坡口角度为30°。
4.根据权利要求2所述的一种空心横向稳定杆的焊接工艺，其特征在于，所述对片簧和轴套进行预热，以及对所述扭杆与片簧焊缝处进行预热的温度为270~370℃。
5.根据权利要求2所述的一种空心横向稳定杆的焊接工艺，其特征在于，所述轴套与片簧焊接顺序依次为：将两个片簧的两端分别与轴套焊接，第一轴套焊缝进行打底，第二轴套焊缝进行打底；加工第一轴套焊缝的盖面层、第二轴套焊缝的盖面层；对第一片簧的第一焊缝进行打底，第二片簧的第一焊缝进行打底；加工第一片簧的第一焊缝的盖面层，加工第二片簧的第一焊缝的盖面层。
6.根据权利要求2所述的一种空心横向稳定杆的焊接工艺，其特征在于，所述片簧和轴套的激光-MIG复合焊接的焊接参数为：焊接层数为2层，光丝间距为1.5mm；电弧在前，打底焊的激光功率为3600~3800W，电流180±10A，电压20.3±1V，焊接速度0.95m/min；盖面层的激光功率为3000~3100W，电流210±10A，电压22.3±1V，焊接速度0.85m/min。
7.根据权利要求2所述的一种空心横向稳定杆的焊接工艺，其特征在于，将所述扭杆的两端分别焊接在片簧上，其焊接顺序依次为：分别对扭杆两端的第一焊缝、第二焊缝进行打底；对第一片簧的第二焊缝、第二片簧的第二焊缝进行打底，对扭杆的第一焊缝的填充层，对扭杆的第二焊缝的填充层进行加工；加工第一片簧的第二焊缝、第二片簧的第二焊缝的填充层；加工扭杆的第一焊缝、第二焊缝的盖面层；加工第一片簧的第二焊缝、第二片簧的第二焊缝的盖面层。
8.根据权利要求2所述的一种空心横向稳定杆的焊接工艺，其特征在于，在进行填充焊和盖面焊之前打底焊之前，均需要用气铲清除前一层焊缝的焊渣。
9.根据权利要求2所述的一种空心横向稳定杆的焊接工艺，其特征在于，扭杆与片簧激光-MIG复合焊接的焊接参数为：焊接层数为3，光丝间距为1.5mm，电弧在前，打底焊的激光功率为4200~4500W，电流195±10A，电压21.3±1V，焊接速度1m/min；填充层的激光功率为3300~3500W，电流225±10A，电压23.4±1V，焊接速度0.9m/min；盖面层的激光功率为3000~3100W，电流240±10A，电压24.2±1V，焊接速度0.82m/min。
10.根据权利要求2所述的一种空心横向稳定杆的焊接工艺，其特征在于，所述缓冷处理为全部焊接工作完成后将稳定杆的焊缝部分全部埋入石英砂坑中保温缓冷，时间大于3小时。
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