CN114147387B - 一种液压油缸内壁堆焊用熔化极气体保护焊铝青铜焊丝 - Google Patents

一种液压油缸内壁堆焊用熔化极气体保护焊铝青铜焊丝 Download PDF

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Abstract

本发明属于焊接材料领域，具体是一种液压油缸内壁堆焊用熔化极气体保护焊铝青铜焊丝。焊丝的化学成分及质量百分比为：砷2.0％‑3.2％，铁15.0％‑18.0％，铝6.0％‑8.0％，铈3.6％‑4.8％，铍2.2％‑3.0％，锡3.2％‑5.0％，钕4.0％‑6.0％，镍4.0％‑5.5％，钛2.2％‑3.6％，余量为铜。本发明得到的焊丝焊接工艺性好，堆焊铜合金层与基体结合牢固，硬度大，强度高，韧性好，耐腐蚀性强，盐雾腐蚀试验360小时结束后，被试面的颜色未发生改变，没有铜绿产生。本发明是液压油缸内壁堆焊用熔化极气体保护焊铝青铜焊丝方面的创新。

Description

一种液压油缸内壁堆焊用熔化极气体保护焊铝青铜焊丝
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体是一种液压油缸内壁堆焊用熔化极气体保护焊铝青铜焊丝。
背景技术
液压系统是一种重要的动力、动作传递系统，在机械、煤炭等各行业有着广泛使用。液压油缸作是液压系统一种重要的执行元件，其使用寿命的长短对液压系统的使用寿命有着决定性影响，而液压油缸的耐腐蚀性能对其自身的使用寿命有着关键性影响。液压油缸材料广泛使用碳钢或合金钢(27SiMn2钢)，液压介质常为油、乳化液、水等，该些介质会对碳钢或合金钢造成不同程度的腐蚀。在传统工艺中，碳钢或合金钢材质液压油缸内壁一般不做特殊防腐处理，因此其耐腐蚀性能及使用寿命不甚理想。在煤矿行业，液压支架的油缸有部分做镀铜处理，但镀铜层与基材的结合力差，硬度低，且存在一定空隙率，但因电镀很难避免毛细针孔，在针孔处因锈蚀脱落形成麻点，当麻点足够多时产品即报废，其寿命也不超过2年，而且电镀造成的环境污染也不容忽视。
铜合金具有良好的耐腐蚀性能及机械加工性能，液压油缸内壁堆焊铜合金的应用规模近年越来越大，优势也日渐突出，因此研发高耐蚀性铝青铜焊丝有着积极意义，可进一步提升液压油缸的使用寿命。
中国专利CN111299902A提供了是一种用于熔化极气体保护焊的高耐蚀性铝青铜焊丝(申请日期为2019年1月10日)，堆焊层布氏硬度为HB190-HB210，抗拉强度为602MPa，延伸率为21％，按照GB/T10125-2012《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》进行中性盐雾试验，试验周期200小时，试验结束后，被试面颜色未改变，没有铜绿产生。该技术方案得到的堆焊铜合金层硬度低、耐蚀性一般、未解决堆焊层与基体结合性不好且焊接工艺难度大的问题。
中国专利CN109514128B提供了一种复杂锰铝青铜焊丝的配方及生产工艺(申请日期为2020年6月19日)，堆焊层布氏硬度为HB200-HB250，抗拉强度为550MPa-650MPa，延伸率为15％-25％，关键的耐腐蚀性没有进行实验，只进行了一台液压支架的液压缸的试用(目前已经服役6年)，不具有说服力，该技术方案仍未解决堆焊层与基体结合性差且焊接工艺难度大的问题。
如何解决上述问题，是本领域科技人员工作的当务之急。
发明内容
本发明目的是提供一种液压油缸内壁堆焊用熔化极气体保护焊铝青铜焊丝，解决如下技术问题：①堆焊层与基体结合性差且焊接工艺难度大；②堆焊层的硬度小、强度及韧性低、耐蚀性差。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种液压油缸内壁堆焊用熔化极气体保护焊铝青铜焊丝，所述铝青铜焊丝的化学成分及质量百分比为：砷2.0％-3.2％，铁15.0％-18.0％，铝6.0％-8.0％，铈3.6％-4.8％，铍2.2％-3.0％，锡3.2％-5.0％，钕4.0％-6.0％，镍4.0％-5.5％，钛2.2％-3.6％，余量为铜。
进一步的，所述铝青铜焊丝的化学成分及质量百分比为：砷2.4％-2.8％，铁16.0％-17.0％，铝6.5％-7.5％，铈4.0％-4.4％，铍2.4％-2.8％，锡3.8％-4.4％，钕4.5％-5.5％，镍4.5％-5.0％，钛2.7％-3.1％，余量为铜。
进一步的，所述铝青铜焊丝的化学成分及质量百分比为：砷2.6％，铁16.5％，铝7.0％，铈4.2％，铍2.8％，锡4.1％，钕5.0％，镍4.7％，钛2.9％，余量为铜。
所述铝青铜焊丝的直径为0.8mm-1.5mm，优选1.0mm-1.2mm。
本发明具有以下有益技术效果：
1、本发明采用了15.0％-18.0％的铁，配合3.6％-4.8％的铈，有效球化了堆焊时铜合金中形成的针状FeAl3相，突破了铁元素不能大于5％的局限，不但细化了堆焊铜合金的晶粒，提高了堆焊铜合金的强度，而且大大增加了堆焊铜合金与母材的结合强度，减小了焊接时的工艺难度。
2、砷一般以杂质形式存在，但本发明中作为一种合金化元素，其质量分数在2.0％-3.2％范围内可以有效消除堆焊铜合金晶界上的Cu+Cu2O共晶体，不但增强了堆焊铜合金的塑性，而且有效提高了堆焊铜合金的耐腐蚀性能。
3、铍与铁、锡分别形成金属间化合物Be2Fe、BeSn，两种金属间化合物相互配合，产生极强的沉淀强化作用，有效增强了堆焊铜合金的强度和硬度，而且使堆焊铜合金具有极好的耐腐蚀性能。
4、钕元素可有效促进堆焊铜合金均匀化，避免了部分区域的元素富集或缺失造成的合金化不均匀现象，提高了堆焊铜合金的硬度、强度、韧性及耐腐蚀性。
5、实验表明：①利用本发明铝青铜焊丝在27SiMn2钢表面堆焊，焊接工艺性好，堆焊铜合金与基材结合力强；②利用本发明得到的堆焊铜合金层布氏硬度为HB268以上，抗拉强度为672MPa以上，延伸率大于28％；③按照GB/T10125《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》对堆焊铜合金层进行中性盐雾试验，试验周期360h，试验结束后，被试面颜色未改变，没有铜绿产生。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步解释说明，但本发明的保护范围不限于具体的实施方式。
实施例1：
一种液压油缸内壁堆焊用熔化极气体保护焊铝青铜焊丝，化学成分及质量百分比为：砷2.0％，铁15.0％，铝6.0％，铈3.6％，铍2.2％，锡3.2％，钕4.0％，镍4.0％，钛2.2％，余量为铜。
铝青铜焊丝的直径为0.8mm。
实施例2：
一种液压油缸内壁堆焊用熔化极气体保护焊铝青铜焊丝，化学成分及质量百分比为：砷3.2％，铁18.0％，铝8.0％，铈4.8％，铍3.0％，锡5.0％，钕6.0％，镍5.5％，钛3.6％，余量为铜。
铝青铜焊丝的直径为1.5mm。
实施例3：
一种液压油缸内壁堆焊用熔化极气体保护焊铝青铜焊丝，化学成分及质量百分比为：砷2.6％，铁16.5％，铝7.0％，铈4.2％，铍2.8％，锡4.1％，钕5.0％，镍4.7％，钛2.9％，余量为铜。
铝青铜焊丝的直径为1.2mm。
试验例1：
与实施例3基本相同，区别在于化学成分中没有铁。
试验例2：
与实施例3基本相同，区别在于化学成分中铁元素质量百分比为19.0％。
试验例3：
与实施例3基本相同，区别在于化学成分中铁元素质量百分比为14.0％。
试验例4：
与实施例3基本相同，区别在于化学成分中没有铈。
试验例5：
与实施例3基本相同，区别在于化学成分没有砷。
试验例6：
与实施例3基本相同，区别在于化学成分中砷元素质量百分比为3.3％。
试验例7：
与实施例3基本相同，区别在于化学成分中砷元素质量百分比为1.9％。
试验例8：
与实施例3基本相同，区别在于化学成分中没有铍。
试验例9：
与实施例3基本相同，区别在于化学成分中没有锡。
试验例10：
与实施例3基本相同，区别在于化学成分中没有钕。
试验例11：
与实施例3基本相同，区别在于化学成分中没有钛。
使用脉冲气保焊机，将本发明实施例和试验例制得的铝青铜焊丝在27SiMn钢板表面堆焊，焊接电流155A-165A，焊接电压15V-17V，保护气(Ar)流量16L/min-18L/min。焊前无预热，焊后自然空冷。使用台式布氏硬度计测得堆焊层表层平均硬度，按照GB/T 228.1《金属材料拉伸试验》取样测得堆焊层抗拉强度为和延伸率，按照GB/T 10125《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》进行中性盐雾试验，试验周期360h。
实施例和试验例每例进行5次实验后取5个结果的平均值，实施例与试验例的结果见表1。
表1
Figure BDA0003408308560000031
Figure BDA0003408308560000041
试验例1-11均是改变了本发明的部分技术特征，有的硬度下降大，有的抗拉强度小，有的延伸率小，有的焊接工艺性不好，有的与基体结合性不好，有的盐雾试验效果不好。说明本发明各部分技术特征相互支撑，相互配合，才达到本发明的有益效果。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种液压油缸内壁堆焊用熔化极气体保护焊铝青铜焊丝，其特征在于，所述铝青铜焊丝的化学成分及质量百分比为：砷2.0％-3.2％，铁5.0％-18.0％，铝6.0％-8.0％，铈3.6％-4.8％，铍2.2％-3.0％，锡3.2％-5.0％，钕4.0％-6.0％，镍4.0％-5.5％，钛2.2％-3.6％，余量为铜。
2.根据权利要求1所述的液压油缸内壁堆焊用熔化极气体保护焊铝青铜焊丝，其特征在于，所述铝青铜焊丝的化学成分及质量百分比为：砷2.4％-2.8％，铁16.0％-17.0％，铝6.5％-7.5％，铈4.0％-4.4％，铍2.4％-2.8％，锡3.8％-4.4％，钕4.5％-5.5％，镍4.5％-5.0％，钛2.7％-3.1％，余量为铜。
3.根据权利要求1或2所述的液压油缸内壁堆焊用熔化极气体保护焊铝青铜焊丝，其特征在于，所述铝青铜焊丝的化学成分及质量百分比为：砷2.6％，铁16.5％，铝7.0％，铈4.2％，铍2.8％，锡4.1％，钕5.0％，镍4.7％，钛2.9％，余量为铜。
4.根据权利要求1所述的液压油缸内壁堆焊用熔化极气体保护焊铝青铜焊丝，其特征在于，所述铝青铜焊丝的直径为0.8mm-1.5mm。
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