CN108637430A - 异种金属摆动电弧窄间隙多层多道非对称电流焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异种金属摆动电弧窄间隙多层多道非对称电流焊接方法，根据所需焊接异种金属的坡口两侧两种不同金属的焊接性、母材厚度及坡口宽度，获得热输入及界面化合物厚度与焊接电流的关系；根据界面化合物厚度与焊接电流的关系确定出两种材料各自的最适宜电流，通过非对称电流方法由摆动位置自动调整焊接两种不同金属时的电流大小，从而控制对两种金属的热输入，使化合物分解的速度大于生长的速度，减小了金属间化合物厚度，降低了焊缝脆性，提高了焊缝接头组织的均匀性。根据获得热输入与焊接电流的关系确定出电弧摆动的最佳角度和侧壁停留时间，得到一个焊接热输入与金属间化合物生长的最佳平衡点，减少了焊接变形和残余应力。

Description

异种金属摆动电弧窄间隙多层多道非对称电流焊接方法

技术领域

本发明涉及一种异种金属窄间隙熔钎焊焊接方法，具体涉及一种异种金属摆动电弧窄间隙多层多道非对称电流焊接方法。

背景技术

异种金属材料熔钎焊在现代的工业生产中已经成为一种重要的金属加工工艺方法，其被广泛应用于船舶、航空航天、汽车工业及机械制造等诸多现代工业部门。但异种金属焊接对焊缝的强度、韧性、耐腐蚀性、气密性等性能要求十分严格，而且其脆性金属间化合物会严重影响焊接接头性能，因此异种金属材料的焊接一直是焊接领域的难点和热点问题。异种金属之间不易焊接的原因主要是由于两种材料的差异性导致的，其具体体现在两种金属化学成分的不均匀性、组织结构的不均匀性、熔点的不同和应力应变特性的不同等方面。普通焊接方法对异种金属进行焊接时，其对两种金属的热输入相同，会导致熔点低的金属熔池过热，热焓增大，凝固变慢，产生脆性金属间化合物和粗大的组织，使焊缝脆性增加，严重影响焊缝性能。

随着大型船舶、高压压力容器等行业的发展，窄间隙中厚板的焊接越来越广泛，但窄间隙焊接对设备的可靠性和电弧的稳定性要求很高，常规焊接方法热输入不稳定，过小时坡口两侧无法获得均匀的熔透，过大时会产生气孔、夹渣、变形、裂纹等一系列焊接缺陷，影响焊接质量。

冶金上不相容的异种金属中厚板的多层多道焊在国内外的研究尚属空白，如何保证成形及有效控制热输入、层间温度、界面化合物厚度及接头残余应力与变形是获得优质连接接头的关键问题。

发明内容

本发明为克服上述现有技术难题，提供一种异种金属摆动电弧窄间隙多层多道非对称电流焊接方法，该方法通过非对称电流方法自动调节焊接两种不同金属时的电流大小，从而控制对两种金属的热输入，使化合物分解的速度大于生长的速度，减小了金属间化合物厚度，降低了焊缝脆性，提高了焊缝接头组织的均匀性。控制电弧摆动的角度和侧壁停留时间可以使坡口两侧获得最适宜的焊接热输入，减少焊接变形和残余应力。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种异种金属摆动电弧窄间隙多层多道非对称电流焊接方法，包括如下步骤：

1）根据所需焊接异种金属的坡口两侧两种不同金属的焊接性、母材厚度及坡口宽度，获得热输入及界面化合物厚度与焊接电流的关系；

2）根据界面化合物厚度与焊接电流的关系确定出两种材料各自的最适宜电流，通过非对称电流方法由摆动位置自动调整焊接两种不同金属时的电流大小；

3）根据获得热输入与焊接电流的关系确定出电弧摆动的最佳角度和侧壁停留时间，得到一个焊接热输入与金属间化合物生长的最佳平衡点。

本发明的有益效果是：

该方法通过摆动电弧+非对称电流方法自动调节焊接两种不同金属时的电流大小，从而控制对两种金属的热输入来影响化合物的生长和分解过程，使化合物分解的速度大于生长的速度，从而实现化合物厚度的最小化，减小焊缝脆性，提高焊缝接头组织的均匀性。以铝和钢为例，采用摆动电弧两侧非对称电流调节铝钢两侧热输入，铝侧稍大保证铝的熔透，钢侧电流较小控制化合物生长。通过确定一个最佳的电弧摆动角度和侧壁停留时间，既可以保证坡口两侧获得均匀的熔透，又可以降低焊接热输入，从而控制金属间化合物生长并减少焊接变形和残余应力。

附图说明

图1为焊接模型图；

图2为异种金属熔钎焊示意图；

图3是铝钢连接界面SEM图像；

图中1.铝板，2.弯曲导电杆，3.钢板，4.钢垫板，5.伺服电机，6. 主动齿轮，7.焊接熔池，8.从动齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

结合图1及图2，以10 mm铝板1和钢板3 MIG熔钎焊为例，该焊接模型的工艺条件为坡口形式倾角为5°的V型坡口，底部加带有U型槽的钢垫板4，通过计算机模拟及实验分析，得到了该焊接模型的最佳参数关系。当电弧摆动至钢板3侧时，电流为95A，摆动角度与焊缝中心线方向呈50°，侧壁停留时间为0.6s，在该侧时电流及侧壁停留时间较小，以达到控制化合物生长，减小金属间化合物厚度的目的；当电弧摆动至铝板侧时，电流为110A，摆动角度与焊缝中心线方向呈50°，侧壁停留时间为0.5s，在该侧时电流及侧壁停留时间较大，以达到既保证铝的熔透而又不产生过多热输入的目的。

电弧摆动焊接过程为：焊丝经过焊炬接头，并通过导丝管，从弯曲导电杆2伸出，伺服电机5带动主动齿轮6转动，并带动从动齿轮8转动，从动齿轮8与弯曲导电杆2固定，故弯曲导电杆2会随着齿轮的转动而转动，弯曲导电杆2下部弯曲，焊丝与焊炬轴线形成一定夹角，而当弯曲导电杆2转动时，焊丝作锥形转动，通过控制系统控制伺服电机5来回旋转，最终实现焊丝的弧形摆动，在V型坡口底部形成焊接熔池7。

焊接产品后的铝钢连接界面SEM图像如图3所示。

通过本方法既控制了金属间化合物的生长厚度，减小了焊缝脆性，又降低了焊接热输入，减少了焊接变形和残余应力。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1.一种异种金属摆动电弧窄间隙多层多道非对称电流焊接方法，包括如下步骤：

1）根据所需焊接异种金属的坡口两侧两种不同金属的焊接性、母材厚度及坡口宽度，获得热输入及界面化合物厚度与焊接电流的关系；

2）根据界面化合物厚度与焊接电流的关系确定出两种材料各自的最适宜电流，通过非对称电流方法由摆动位置自动调整焊接两种不同金属时的电流大小；

3）根据获得热输入与焊接电流的关系确定出电弧摆动的最佳角度和侧壁停留时间，得到一个焊接热输入与金属间化合物生长的最佳平衡点。