CN108856972A - 一种不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接技术领域，涉及一种不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺，尤其涉及一种1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni10Ti不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺，通过对1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni10Ti不锈钢的研究发现，在不锈钢底层得到铁素体相是降低裂纹数量的有效方法，在铁素体含量30％以上的钢与铜相结合时，未发现铜渗透到钢中，因为铁素体不被铜润湿，铜浸入微裂纹的情况减少了，本发明不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺，选择0Cr25Ni20金属焊丝，堆焊前将零件进行预热至350℃，先采用氩弧焊一层0Cr25Ni20，再堆焊锡青铜，焊后在700℃保温2小时，这种焊接工艺使得不锈钢底层几乎没有裂纹产生。

Description

一种不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺
技术领域
本发明属于焊接技术领域，涉及一种不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺，尤其涉及一种1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni10Ti不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺。
背景技术
现代工业的发展对焊接构件的性能提出了更高和更严格的要求。如高温强度、耐磨、耐腐蚀、低温韧性等。在此前提下，任何单一材料都不可能完全满足整体焊接构件的使用要求。异种材料熔合焊接成为解决该问题的突破方向。堆焊技术具有成本低、易操作等优点，在异种材料焊接领域有广泛应用。
众所周知，异种材料性能具有较大差异，堆焊时易发生裂纹、气孔等缺陷，焊缝组织成分不均匀，力学性能不好，疲劳强度、抗拉强度等都不够优异。
铜合金具有较为优良的化学、物理和综合机械性能，但碳钢与铜合金两种材料的物理性质(如熔化温度、热导率、线膨胀系数、流动性等)有较大差异，将铜堆焊在钢表面时常出现的缺陷是：在铜层下面的钢内形成裂纹且其中充填铜和铜合金。这种现象的机理源于在拉伸应力的作用下，沿晶粒边缘渗透到钢的微小裂纹中液态铜的脱氧作用而致(即列宾杰尔效应)。在20℃的平衡状态下，铜溶解于α-Fe中的量达0.3％，而铁溶解于铜中的量则为0.2％，不形成硬脆的金属间化合物。由于焊接时的冷却速度快，致使过渡层形成铜与铁的过饱和固溶体，但即使是在含铁量达2-2.5％时，也未发现组织中的自由铁相。钢与铜之间有一条清晰的熔合边界，含有富铁相。从焊缝附近的钢这侧看，在1.5-2.5mm的宽度范围内晶粒尺寸有所增大，熔合区域的显微组硬度为580-620Hv。
在钢上熔焊或堆焊铜、铜合金的困难与铜对氧的亲和力高、铜熔点低、液态铜吸收气体能力强，以及钢的导热系数和线膨胀系数等与铜差异较大有关。
与低碳钢、中碳钢和低合金钢相比，在合金成分较多的钢中，包括在1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni10Ti不锈钢中，裂纹的数量和尺寸都明显增加会较多，因而结合强度降低。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决不锈钢与铜、铜合金结合困难的问题，提供一种不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺。
为达到上述目的，本发明提供一种不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺，包括如下步骤：
A、焊前处理，对零件进行焊前预热，预热温度控制在400～500℃，保温时间≥2h；
B、堆焊工艺
a、单层氩弧焊
选择0Cr25Ni20金属焊丝，采用氩弧焊在零件的表层焊一层0Cr25Ni20，焊接电流控制在300～350A、焊接电压为26～37V、焊接过程中保护气的气体流量为22～26L/min，焊接速度控制在500mm/min；
b、堆焊锡青铜
将氩弧焊单层0Cr25Ni20的零件表面堆焊锡青铜，焊接电流控制在100～150A、焊接电压28～32V、焊接速度控制在100～120mm/min，锡青铜的厚度为3～4mm；
C、焊后处理
对堆焊后的零件做消除应力热处理，退火温度控制在700～730℃，保温时间≥2h。
进一步，步骤B中金属焊丝直径为1.0～5.0mm，焊丝使用前在150～200℃烘1～1.5h。
进一步，步骤B中金属焊丝中典型成分的重量组分包括：S≤0.030份，P≤0.035份，Cr 24～26份，Ni 19～22份。
进一步，步骤B中氩弧焊的保护气体为纯度99.99％Ar气，流量为6～8L/min，氩弧焊中焊丝的填丝速度为1～1.5kg/h。
进一步，步骤B中锡青铜堆焊材料选用QSn6.5-0.1锡磷青铜，焊丝直径为1.6mm。
进一步，步骤A中待焊接的零件为1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni10Ti不锈钢。
本发明的有益效果在于：
1、常规在工程实践中将青铜堆焊到活塞、套筒和气缸上时，90％的零件在青铜层下面会产生裂纹(如图1所示)，裂纹的产生是由于在室温条件下，铜溶解于α-Fe中的量达0.3％，而铁溶解于铜中的量则为0.2％，不形成硬脆的金属间化合物。通过对1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni10Ti不锈钢的研究发现，在不锈钢底层得到铁素体相是降低裂纹数量的有效方法。例如，在铁素体含量30％以上的钢与铜结合时，未发现铜渗透到钢中，因为铁素体不被铜润湿，铜浸入微裂纹的情况减少了。本发明不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺，选择0Cr25Ni20金属焊丝，堆焊前将零件进行预热至350℃，先采用氩弧焊一层0Cr25Ni20，再堆焊锡青铜，焊后在650℃保温2小时，这种焊接工艺使得不锈钢底层几乎没有裂纹产生。
2、本发明不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺焊丝中的镍在液态金属中降低了不锈钢表面的活性，因而在钢上形成深度裂纹的危险性随之降低。
3、本发明不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺焊丝中的锰改善了铁和铜的互溶性，由于降低其临界点和扩大了大量铜溶解的γ固溶体的范围，而焊丝中的硅使熔池脱氧还原，并强化了固溶体组织。
4、本发明不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺中0Cr25Ni20金属焊丝采用氩弧焊的焊接方式焊接在不锈钢上，再在单层氩弧焊0Cr25Ni20的不锈钢零件表面堆焊锡青铜，利用最小单位长度能量进行焊接，焊接效果更佳。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为现有技术中不锈钢零件表面直接焊接锡青铜易出现裂纹的示意图；
图2为通过本发明所公开焊接工艺堆焊不锈钢内孔的效果图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例
一种不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺，包括如下步骤：
A、焊前处理，对零件进行焊前预热，预热温度控制在400～500℃，保温时间≥2h，待焊接的零件为1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni10Ti不锈钢；
B、堆焊工艺
a、单层氩弧焊
选择0Cr25Ni20金属焊丝，采用氩弧焊在零件的表层焊一层0Cr25Ni20，焊接电流控制在300～350A、焊接电压为26～37V、焊接过程中保护气的气体流量为22～26L/min，焊接速度控制在500mm/min，其中金属焊丝直径为1.0～5.0mm，焊丝使用前在150～200℃烘1～1.5h，氩弧焊的保护气体为纯度99.99％Ar气，流量为6～8L/min，氩弧焊中焊丝的填丝速度为1～1.5kg/h；
b、堆焊锡青铜
将氩弧焊单层0Cr25Ni20的零件表面堆焊锡青铜，锡青铜堆焊材料选用QSn6.5-0.1锡磷青铜，焊丝直径为1.6mm，焊接电流控制在100～150A、焊接电压28～32V、焊接速度控制在100～120mm/min，锡青铜的厚度为3～4mm；
C、焊后处理
对堆焊后的零件做消除应力热处理，退火温度控制在700～730℃，保温时间≥2h。
对于特殊的、横截面积较大的零件，为避免零件本体温差引起温差应力，导致焊层产生裂纹，故应根据零件横截面积大小相应延长保温时间。
对于不锈钢焊后炉冷时，应考虑装炉量的多少而采用逐级降温保温方式，对于1Cr13最低炉冷时间不得少于12小时，对于0Cr17Ni4Cu4Nb最低炉冷时间不得少于24小时。
图2为通过本发明所公开焊接工艺堆焊不锈钢内孔的效果图，焊后目测焊层，表面层较为均匀、平整，无可见的裂纹和气孔，尺寸符合工艺要求。经机加工后表面渗透探伤要求无气孔、夹沙及裂纹。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺，其特征在于，包括如下步骤：
A、焊前处理，对零件进行焊前预热，预热温度控制在400～500℃，保温时间≥2h；
B、堆焊工艺
a、单层氩弧焊
选择0Cr25Ni20金属焊丝，采用氩弧焊在零件的表层焊一层0Cr25Ni20，焊接电流控制在300～350A、焊接电压为26～37V、焊接过程中保护气的气体流量为22～26L/min，焊接速度控制在500mm/min；
b、堆焊锡青铜
将氩弧焊单层0Cr25Ni20的零件表面堆焊锡青铜，焊接电流控制在100～150A、焊接电压28～32V、焊接速度控制在100～120mm/min，锡青铜的厚度为3～4mm；
C、焊后处理
对堆焊后的零件做消除应力热处理，退火温度控制在700～730℃，保温时间≥2h。
2.如权利要求1所述不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺，其特征在于，步骤B中金属焊丝直径为1.0～5.0mm，焊丝使用前在150～200℃烘1～1.5h。
3.如权利要求2所述不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺，其特征在于，步骤B中金属焊丝中典型成分的重量组分包括：S≤0.030份，P≤0.035份，Cr 24～26份，Ni 19～22份。
4.如权利要求3所述不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺，其特征在于，步骤B中氩弧焊的保护气体为纯度99.99％Ar气，流量为6～8L/min，氩弧焊中焊丝的填丝速度为1～1.5kg/h。
5.如权利要求4所述不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺，其特征在于，步骤B中锡青铜堆焊材料选用QSn6.5-0.1锡磷青铜，焊丝直径为1.6mm。
6.如权利要求5所述不锈钢上堆焊锡青铜的焊接工艺，其特征在于，步骤A中待焊接的零件为1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni10Ti不锈钢。
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