CN117324770A - 一种异种金属焊接方法及焊接式铜蜗轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异种金属焊接方法及焊接式铜蜗轮，属于金属焊接领域。包括对对轮缘部件和难以直接焊接到轮缘部件上的轮芯部件的配合面进行预处理；将轮缘部件过盈配合安装在所述轮芯部件上，在配合面的两侧形成两个坡口；将轮缘部件和轮芯部件加热至预热温度，并在预热温度下进行预热处理；在气体保护下，将高镍材料送丝填入所述坡口内，同时采用激光焊接对两侧的坡口进行焊接；焊接完成后，在设定温度下进行保温处理；对轮缘部件和轮芯部件的组合体进行精加工，制齿，最后得到焊接式铜蜗轮。本发明采用在轮芯部件和轮缘部件之间设置焊接槽，填充具有高兼容性的焊材，用焊材将二者有机连接，确保强度等性能。
Description
技术领域
本发明属于金属焊接领域，尤其是一种异种金属焊接方法及焊接式铜蜗轮。
背景技术
双金属复合材料是以钢为基础，表面复合非铁金属及合金，它不仅增加了非铁金属及合金的强度，而且节约了大量的铜材等非铁金属，降低了生产成本。钢基铜合金蜗轮正是在这种趋势下发展起来。
参阅附图1，现有的钢基铜合金蜗轮多采用“铜包铁”铸造件，经过发明人仔细研究和分析发现传统的“铜包铁”结构存在如下问题：1、接合面容易产生缝隙；2、铜基材料致密度偏低；3、铸铜容易形成气孔、缩孔，成品率偏低、寿命短。目前，有国外企业采用的钎焊进行焊接制造钢基铜合金蜗轮，但是钎焊的焊机成本很高，且需要进口，另外所需焊材价格贵也要进口，因此整个焊接流程高度依赖进口，不适合大规模推广应用。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种异种金属焊接方法及焊接式铜蜗轮，以解决背景技术所涉及的问题。
本发明提供一种异种金属焊接方法，包括：
对第一部件和难以直接焊接到第一部件上的第二部件的配合面进行预处理；所述第一部件采用有色金属材料制成，所述第二部件采用黑色金属材料制成；
将第一部件采用对接或搭接方式安装在所述第二部件上，在配合面的两侧形成两个坡口；
将第一部件和第二部件加热至预热温度，并在预热温度下进行预热处理；
在气体保护下，将高镍材料送丝填入坡口之间，同时采用激光焊接对第一部件和第二部件的焊缝进行焊接；
焊接完成后，在保温温度下进行保温处理；
对第一部件和第二部件的组合体进行精加工。
优选地或可选地，在所述预热处理中，预热温度为150～200℃，预热时间为10～30min；
在所述保温处理中，保温温度为100～120℃，保温时间15～25min。
优选地或可选地，所述有色金属材料为ZCuSn12Ni2；所述黑色金属材料为QT500-7。
优选地或可选地，所述气体保护用的气体为惰性气体，吹入方式旁轴侧吹。
优选地或可选地，所述激光焊机的焊接参数为：功率为4500～6000W，焦点负离焦为0.5～1.2mm，焊接速度V为4～20mm/s。
本发明还提供一种异种金属焊接方法，包括：
对轮缘部件和难以直接焊接到轮缘部件上的轮芯部件的配合面进行预处理；所述轮缘部件采用有色金属材料制成，所述轮芯部件采用黑色金属材料制成；
将轮缘部件过盈配合安装在所述轮芯部件上，在配合面的两侧形成两个坡口；
将轮缘部件和轮芯部件加热至预热温度，并在预热温度下进行预热处理；
在气体保护下，将高镍材料送丝填入所述坡口内，同时采用激光焊接对两侧的坡口进行焊接；
焊接完成后，在设定温度下进行保温处理；
对轮缘部件和轮芯部件的组合体进行精加工，制齿，最后得到焊接式铜蜗轮。
本发明提供所述轮缘部件与所述轮芯部件之间采用H7/s6过盈配合；
优选地或可选地，所述轮缘部件与所述轮芯部件大小满足如下数学模型：df/2-D/2≈2×mn；
其中，df为轮缘部件预设齿根圆直径；D为焊缝直径，近似等于轮芯部件的直径；mn为轮缘部件预设模数。
优选地或可选地，所述坡口的截面形状为“V”形；
优选地或可选地，所述坡口的截面形状满足如下数学模型：2*h*tanθ≥d；其中，h为坡口深度，θ为坡口角度，d为高镍材料的直径；
优选地或可选地，所述坡口深度为3～6mm，开坡口角度为8～12°；
优选地或可选地，在所述坡口上部还设置有凹槽。
优选地或可选地，在所述预热处理中，预热温度为150～200℃，预热时间为10～30min；
在所述保温处理中，保温温度为100～120℃，保温时间15～25min；
优选地或可选地，所述有色金属材料为ZCuSn12Ni2；所述黑色金属材料为QT500-7；
优选地，所述气体保护用的气体为He，吹入方式旁轴侧吹；
优选地，所述激光焊接的焊接参数为：功率为4500～6000W，焦点负离焦为0.5～1.2mm，焊接速度V为4～20mm/s。
本发明还提供一种基于所述的异种金属焊接方法得到的焊接式铜蜗轮。
本发明涉及一种异种金属焊接方法及焊接式铜蜗轮，相较于现有技术，具有如下有益效果：本发明采用在轮芯部件和轮缘部件之间设置焊接槽，填充具有高兼容性的焊材，用焊材将二者有机连接，确保强度等性能。而且所述轮芯部件和轮缘部件之间的过盈配合可传递扭矩，整体承载能力更强。
附图说明
图1是现有技术中“铜包铁”的结构示意图。
图2是本发明中铜蜗轮的结构示意图。
图3是本发明中焊缝槽的局部放大图。
图4是本发明中实施例1-1中第一部件和第二部件焊接后的焊缝照片。
图5是本发明中实施例1-2中第一部件和第二部件焊接后的焊缝照片。
图6是本发明中实施例1-3中第一部件和第二部件焊接后的焊缝照片。
图7是本发明中实施例1-2和实施例1-3中第一部件和第二部件焊接后的选取的拉伸实验的区域照片。
图8是本发明中实施例2-2中第一部件和第二部件焊接后的焊缝照片。
附图标记为：10、轮芯部件；20、轮缘部件；30、焊接槽；40、搭接部件；31、坡口；32、凹槽；50、配合面。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
参阅附图1，现有的钢基铜合金蜗轮多采用铜包铁结构整体铸造，传统的“铜包铁”结构，不仅导致蜗轮整体的强度低，易磨损，使用寿命周期短，而且由于轮缘是砂型浇注的，致密度低，机械性能差，且易出现气孔、夹砂、砂眼等铸造缺陷，成品率低。目前，也有部分国外企业采用的钎焊进行焊接制造钢基铜合金蜗轮，但是钎焊的焊机成本较高，焊材相对贵，需进口，焊机工艺也高，不适合大规模推广应用。
其中，所述钢基铜合金蜗轮的轮芯采用黑色金属材料ZCuSn12Ni2制成，轮缘采用有色金属材料ZCuSn12Ni2制成，而且所述黑色金属材料与所述有色金属材料之间的熔点差为500～700℃。具体地，所述ZCuSn12Ni2和QT500-7两种材料之间的熔点差为600℃左右，而且ZCuSn12Ni2和QT500-7两种材料的热传导性也不一样，因此轮缘部件难以直接焊接到轮芯部件上的轮缘部件，如何将二者有机连接，并且确保强度等性能成为本领域急需解决的技术问题。
激光焊接是一种以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。
申请人基于激光焊，论证激光焊对异种金属焊接的可行性，下面结合实施例1-1至1-3，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1-1
对第一部件和第二部件的配合面进行预处理；所述第一部件为采用锡青铜(ZCuSn12Ni2)制成的板材，所述第二部件为采用球铁(QT500-7)制成的板材；然后将第一部件采用对接或搭接方式安装在所述第二部件上，采用功率6000W的激光焊机进行点焊预定位；采用功率10000W的焊机对第一部件和第二部件的焊缝进行激光焊接焊接；所述激光焊接的焊接参数为：功率为5500W，焦点负离焦Δf＝0mm，前半部分的焊接速度V＝10mm/s，后半部分的焊接速度V＝4mm/s。
实施例1-2
对第一部件和第二部件的配合面进行预处理；所述第一部件为采用锡青铜(ZCuSn12Ni2)制成的板材，所述第二部件为采用球铁(QT500-7)制成的板材；然后将第一部件采用对接或搭接方式安装在所述第二部件上，采用功率6000W的激光焊机进行点焊预定位；将第一部件和第二部件预热至180℃温度，并预热15min；采用功率10000W的焊机对第一部件和第二部件的焊缝进行激光焊接焊接；所述激光焊接的焊接参数为：功率为5500W，焦点负离焦Δf＝0mm，前半部分的焊接速度V＝10mm/s，后半部分的焊接速度V＝4mm/s。
实施例1-3
对第一部件和第二部件的配合面进行预处理；所述第一部件为采用锡青铜(ZCuSn12Ni2)制成的板材，所述第二部件为采用球铁(QT500-7)制成的板材；然后将第一部件采用对接或搭接方式安装在所述第二部件上，采用功率6000W的激光焊机进行点焊预定位；将第一部件和第二部件预热至180℃温度，并预热15min；采用功率10000W的焊机对第一部件和第二部件的焊缝进行激光焊接焊接；所述激光焊接的焊接参数为：功率为5800W，焦点负离焦Δf＝0mm，焊接速度V＝4mm/s。
讨论1
参阅附图4至6，实施例1-1不预热材料，无焊丝直接焊接，焊接功率5.5KW，前半部分先以V＝10mm/s的焊接速度进行焊接，焊缝外形平滑，有裂缝；后半部分再以V＝4mm/s的焊接速度进行焊接，焊缝外形平滑，表面有裂纹。实施例1-2以180℃预热材料，无焊丝直接焊接，焊接功率5.5KW，先以V＝10mm/s的焊接速度进行焊接，焊缝外形平滑，无裂缝；再以V＝4mm/s的焊接速度进行焊接，焊缝外形不平滑，存在气孔，末尾处激光能量有衰减(有烟，影响激光折射)，有裂缝；实施例1-3以180℃预热材料，无焊丝直接焊接，焊接功率5.8KW，以V＝4mm/s的焊接速度进行焊接，焊缝外形平滑，但不均匀，焊接影响区较大，存在气泡，但是相对实施例1-2中的气泡小，无裂缝(初步判断是由于透光镜被烟尘污染，影响激光折射，能量衰减，导致焊缝不均匀)。
参阅附图7，截取实施例1-2中后半部分、实施例1-3中的实验样品(对应附图7中矩形框区域)进行切割后观察熔深，实验样品的熔深均在5-6mm。然后进行拉伸实验，实施例1-2中后半部分得到的实验样品在焊缝处发生断裂，测得的试验力达到6819.5N(峰值)，抗拉强度约为110N/mm2；实施例1-3得到的实验样品在焊缝处发生断裂，测得的试验力达到8780.5N(峰值)，抗拉强度约为141N/mm2。
根据基于实施例1-1至实施例1-3实验情况做以下总结：1、通过实施例1-1至实施例1-3可以验证两款材料的焊接性是可行的。2、材料在焊接前需要经过预热处理，否则焊接后会产生裂纹，预热温度在180℃，保温时间在10-15分钟。3、激光焊接过程中，激光强度会有衰减，会影响焊缝的一致性，需要通过辅助手段保持激光的强度。
基于上述实施例1-1至1-3，因此申请人提出一种异种金属焊接方法，包括如下步骤：
步骤1、对第一部件和难以直接焊接到第一部件上的第二部件的配合面进行预处理；所述第一部件采用有色金属材料制成，所述第二部件采用黑色金属材料制成；所述有色金属材料为ZCuSn12Ni2；所述黑色金属材料为QT500-7；
步骤2、将第一部件采用对接或搭接方式安装在所述第二部件上，进行点焊预定位；
步骤3、将第一部件和第二部件加热至预热温度，并在预热温度下进行预热处理；所述预热温度为150～200℃，预热时间为10～30min；
步骤4、在气体保护下，采用激光焊接对第一部件和第二部件的焊缝进行焊接；
所述气体保护用的气体为He，吹入方式旁轴侧吹；所述激光焊接的焊接参数为：功率为4500～6000W，焦点负离焦为0.5～1.2mm，焊接速度V＝4～20mm/s。
步骤5、焊接完成后，在保温温度下进行保温处理；焊后保温温度为100～120℃，保温时间15～25min；
步骤6、对第一部件和第二部件的组合体进行精加工。
采用环形光斑(即焦点负离焦为1mm左右)激光焊接的焊缝相对整齐美观。但是需要说明的是，实施例1-1至实施例1-3中焊接设备的最高功率10000W，实际使用功率5500W-5800W，焊接后熔深达到要求，但焊缝强度未达到预期；而且，试块在焊缝断口处存在气孔，且实施例1-3得到的实验样品的焊缝断口处的气孔要好于实施例1-2得到的实验样品。因此，申请人需要进一步调整焊接工艺来解决焊缝强度、气孔存在的问题。
申请人基于上述焊接方法，进一步调整焊接工艺来解决焊缝强度、气孔存在的问题，下面结合实施例2-1至2-2，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例2-1
对第一部件和第二部件的配合面进行预处理，并在配合面的两侧挖槽；所述第一部件为采用锡青铜(ZCuSn12Ni2)制成的板材，所述第二部件为采用球铁(QT500-7)制成的板材；然后将第一部件采用对接或搭接方式安装在所述第二部件上，在配合面的两侧开设形成两道1×30°坡口，采用功率6000W的激光焊机进行点焊预定位；将第一部件和第二部件预热至160℃温度，并预热15min；采用功率6000W的焊机对第一部件和第二部件的焊缝进行激光焊接；所述激光焊接的焊接参数为：功率为5000W，焦点负离焦Δf＝1mm，焊接速度V＝20mm/s。
实施例2-2
对第一部件和第二部件的配合面进行预处理，并在配合面的两侧挖槽；所述第一部件为采用锡青铜(ZCuSn12Ni2)制成的板材，所述第二部件为采用球铁(QT500-7)制成的板材；然后将第一部件采用对接或搭接方式安装在所述第二部件上，在配合面的两侧开设形成两道4×10°坡口，采用功率6000W的激光焊机进行点焊预定位；将第一部件和第二部件预热至160℃温度，并预热15min；将高镍材料(所述高镍材料的牌号为CMC-M61N，规格1.2mm)送丝填入所述坡口内，在氩气体保护下，采用功率10000W的焊机对第一部件和第二部件的焊缝进行激光焊接；所述激光焊接的焊接参数为：功率为4800W，焦点负离焦Δf＝1mm，焊接速度V＝20mm/s；焊接完成后保温110℃，保温时间15min。
讨论2
实施例2-1坡口1×30°，焊接功率5kW，预热160℃，保温10-15min，无气体保护，无焊丝，环形光斑连续焊接，焊缝外形平滑，无裂缝；参阅附图7，实施例2-2坡口4×10°，焊接功率4.8kW，焊前预热160℃，焊后保温100-120℃，高镍焊丝，气体保护He，旁轴侧吹方式，环形光斑连续焊接，焊缝外形平滑均匀，无裂缝。
截取实施例2-1、实施例2-2中的实验样品进行切割后观察熔深，然后进行拉伸实验。实施例2-1实验样品的熔深为4.5mm，且焊缝熔深不均匀，焊缝断口处存在大量气孔；实施例2-2实验样品的熔深为7-10mm，放大200倍后，可发现细微气孔可发现细微气孔。实施例2-1中得到的实验样品在焊缝处发生断裂，测得的试验力达到900N(峰值)；实施例2-2得到的实验样品在焊缝处发生断裂，测得的试验力达到15310N(峰值)，抗拉强度约为278N/mm2。
根据基于实施例2-1和实施例2-2的实验情况做以下总结：1、通过在焊缝处设置4×10°坡口，保证焊缝深度，焊缝深度可达到7-10mm，降低焊接功率，降低成本；
2、通过在坡口内填充高镍焊丝填充，可以使两者材质更好的融合焊接，提高焊接强度，抗拉强度可达到278N/mm2；3、通过采用惰性气体保护，可以防止焊接烟雾，保证焊接能量，使焊缝更平稳均匀，同时避免材质氧化，降低气孔生成率，显著提高焊接质量。
基于上述实施例2-1至2-2，因此申请人提出一种异种金属焊接方法，包括如下步骤：
步骤1、对第一部件和难以直接焊接到第一部件上的第二部件的配合面进行预处理，并在配合面的两侧挖槽；所述第一部件采用有色金属材料制成，所述第二部件采用黑色金属材料制成；所述有色金属材料为ZCuSn12Ni2；所述黑色金属材料为QT500-7；
步骤2、将第一部件采用对接或搭接方式安装在所述第二部件上，在配合面的两侧形成两个坡口，并进行点焊预定位；
步骤3、将第一部件和第二部件预热至预定温度，并预热预定时间；所述预热温度为150～200℃，预热时间为10～15min；
步骤4、在气体保护下，采用激光焊接对第一部件和第二部件的焊缝进行焊接；所述气体保护用的气体为He，吹入方式旁轴侧吹；所述激光焊接的焊接参数为：功率为4500～6000W，焦点负离焦为0.5～1.5mm，焊接速度V＝4～20mm/s。
步骤5、焊接完成后，在预定温度下保温预定时间；焊后保温温度为100～120℃，保温时间15～25min；
步骤6、对第一部件和第二部件的组合体进行精加工。
进一步地，参阅附图2至3，申请人结合钢基铜合金蜗轮的结构，所述铜蜗轮包括：轮芯部件10、轮缘部件20和搭接部件40。
其中，所述轮芯部件10采用黑色金属材料制成，所述黑色金属材料为QT500-7，并通过热处理正火，提高轮芯部件10的强度、增加硬度和耐磨性。轮缘部件20采用有色金属材料制成，所述有色金属材料为ZCuSn12Ni2，具有更好的减摩性、耐磨性，韧性，机械性能高，不易产生咬死现象，有较好的铸造性能和切削加工性能；所述轮缘部件20套装在所述轮芯部件10外周面，所述轮缘部件20与所述轮芯部件10配合面50为圆柱形，采用H7/s6过盈配合，过盈配合可传递扭矩，整体承载能力更强。因为所述黑色金属材料与所述有色金属材料之间的熔点差为500～700℃。具体地，所述ZCuSn12Ni2和QT500-7两种材料之间的熔点差为600℃左右，而且ZCuSn12Ni2和QT500-7两种材料熔点、热传导性不一样，因此轮缘部件20难以直接焊接到轮芯部件10上的轮缘部件20。为了更好的焊接，沿着所述轮芯部件10和轮缘部件20配合面50两侧设置有两道环形焊接槽30，所述焊接槽30的截面形状为“V”形的坡口31，常规的激光焊(浅表焊)不需要开坡口31，本实施例开坡口31，用于填焊丝，所述坡口的截面形状满足如下数学模型：2*h*tanθ≥d；其中，h为坡口深度，θ为坡口角度，d为高镍材料的直径。优选地，坡口31深度4mm，所述坡口31角度为10°，焊丝的直径1.2mm；坡口31过深加工难，焊丝用量大，成本高，过浅则不够牢，坡口31角度过大导致焊丝增多，增加成本；坡口31角度过小的话不利于焊接；激光溶化3mm，加起来一共7mm。搭接部位为采用高镍材料焊丝材料，所述高镍材料焊丝材料的牌号为CMC-M61N，规格1.2mm。此种材料具有更高的兼容性，可保证ZCuSn12Ni2和QT500-7两种材料更好地焊接融合。另外，所述焊接槽30还包括设置在所述坡口31外部的凹槽3，考虑到焊接变形等因素，端面会重新加工，此凹槽32可避开加工到焊缝的作用。
在进一步实施例中，所述轮缘部件与所述轮芯部件大小满足如下数学模型：df/2-D/2≈2×mn；式中，df为轮缘部件预设齿根圆直径；D为焊缝直径，近似等于轮芯部件的直径；mn为轮缘部件预设模数。焊缝直径D也就是轮芯部件10的直径过大，焊缝影响区增大将会影响齿根强度；反之，焊缝直径D也就是轮芯部件10的直径太小，铜合金材料较多，材料较贵，成本增加较多。
因此申请人提出一种焊接式铜蜗轮的异种金属焊接方法，包括如下步骤：步骤1、对轮缘部件和难以直接焊接到轮缘部件上的轮芯部件的配合面进行预处理，并在配合面的两侧挖槽；所述轮缘部件采用有色金属材料制成，所述轮芯部件采用黑色金属材料制成；步骤2、将轮缘部件过盈配合安装在所述轮芯部件上，在配合面的两侧形成两个坡口，并进行点焊预定位；步骤3、将轮缘部件和轮芯部件预热至预定温度，并保预定时间；步骤4、在气体保护下，将高镍材料送丝填入所述坡口内，并采用激光焊接对两侧的坡口进行焊接；步骤5、焊接完成后，在预定温度下保温预定时间；步骤6、对轮缘部件和轮芯部件的组合体进行精加工，制齿，得到焊接式铜蜗轮。
下面结合实施例3-1至实施例3-4，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例3-1
对轮缘部件和轮芯部件的配合面进行预处理，并在配合面的两侧挖槽；所述轮缘部件采用有色金属材料制成，所述轮芯部件采用黑色金属材料制成；所述有色金属材料为ZCuSn12Ni2；所述黑色金属材料为QT500-7；然后将轮缘部件间隙配合安装在所述轮芯部件上，在配合面的两侧形成两道4×10°坡口，采用激光焊机进行点焊预定位；将轮缘部件和轮芯部件预热至160℃温度，并预热15min；在氩气体保护下，将高镍材料(所述高镍材料的牌号为CMC-M61N，规格1.2mm)送丝填入所述坡口内，并采用激光焊接对两侧的坡口进行焊接；功率为4800W，焦点负离焦Δf＝1mm，焊接速度V＝20mm/s；焊接完成后保温110℃，保温时间15min。最后对轮缘部件和轮芯部件的组合体进行精加工，制齿，得到焊接式铜蜗轮。
实施例3-2
对轮缘部件和轮芯部件的配合面进行预处理，并在配合面的两侧挖槽；所述轮缘部件采用有色金属材料制成，所述轮芯部件采用黑色金属材料制成；所述有色金属材料为ZCuSn12Ni2；所述黑色金属材料为QT500-7；然后将轮缘部件过渡配合安装在所述轮芯部件上，在配合面的两侧形成两道4×10°坡口，采用激光焊机进行点焊预定位；将轮缘部件和轮芯部件预热至160℃温度，并预热15min；在氩气体保护下，将高镍材料(所述高镍材料的牌号为CMC-M61N，规格1.2mm)送丝填入所述坡口内，并采用激光焊接对两侧的坡口进行焊接；功率为4800W，焦点负离焦Δf＝1mm，焊接速度V＝20mm/s；焊接完成后保温110℃，保温时间15min。最后对轮缘部件和轮芯部件的组合体进行精加工，制齿，得到焊接式铜蜗轮。
实施例3-3
对轮缘部件和轮芯部件的配合面进行预处理，并在配合面的两侧挖槽；所述轮缘部件采用有色金属材料制成，所述轮芯部件采用黑色金属材料制成；所述有色金属材料为ZCuSn12Ni2；所述黑色金属材料为QT500-7；然后将轮缘部件过盈配合安装在所述轮芯部件上，在配合面的两侧形成两道4×10°坡口，采用激光焊机进行点焊预定位；将轮缘部件和轮芯部件预热至160℃温度，并预热15min；在氩气体保护下，将高镍材料(所述高镍材料的牌号为CMC-M61N，规格1.2mm)送丝填入所述坡口内，并采用激光焊接对两侧的坡口进行焊接；功率为4800W，焦点负离焦Δf＝1mm，焊接速度V＝20mm/s；焊接完成后保温110℃，保温时间15min。最后对轮缘部件和轮芯部件的组合体进行精加工，制齿，得到焊接式铜蜗轮。
实施例3-4
对轮缘部件和轮芯部件的配合面进行预处理，并在配合面的两侧挖槽；所述轮缘部件采用有色金属材料制成，所述轮芯部件采用黑色金属材料制成；所述有色金属材料为ZCuSn12Ni2；所述黑色金属材料为QT500-7；然后将轮缘部件过盈配合安装在所述轮芯部件上，在配合面的两侧形成两道1×30°坡口，采用激光焊机进行点焊预定位；将轮缘部件和轮芯部件预热至160℃温度，并预热15min；在氩气体保护下，将高镍材料(所述高镍材料的牌号为CMC-M61N，规格1.2mm)送丝填入所述坡口内，并采用激光焊接对两侧的坡口进行焊接；功率为4800W，焦点负离焦Δf＝1mm，焊接速度V＝20mm/s；焊接完成后保温110℃，保温时间15min。最后对轮缘部件和轮芯部件的组合体进行精加工，制齿，得到焊接式铜蜗轮。
讨论3
实施例3-1的试验条件为间隙配合，坡口4×10°，送丝，气体保护，焊缝外形平滑均匀，无裂纹，进行拉伸实验，实验样品在焊缝处发生断裂，测得抗拉强度为201N/mm2，，焊缝断口处有气孔。实施例3-2的试验条件为过渡配合，坡口4×10°，送丝，气体保护，焊缝外形平滑均匀，无裂纹，焊缝断口处有细微气孔；进行拉伸实验，实验样品在焊缝处发生断裂，测得抗拉强度为232N/mm2；实施例3-3的试验条件为过盈配合，坡口4×10°，送丝，气体保护，焊缝外形平滑均匀，无裂纹；进行拉伸实验，实验样品在焊缝处发生断裂，测得抗拉强度为310N/mm2，焊缝断口处无气孔，实施例3-4的试验条件为过盈配合，坡口1×30°，送丝，气体保护，焊缝外形平滑均匀，无裂纹；进行拉伸实验，实验样品在焊缝处发生断裂，测得抗拉强度为257N/mm2，焊缝断口处有细微气孔。
根据基于实施例3-1至实施例3-4的实验情况做以下总结：采用过盈配合和4×10°的坡口设计得到的焊接式铜蜗轮的抗拉伸强度最优、焊缝外观最为平滑均匀。且其抗拉伸强度明显优于实施例3-1中的间隙配合和4×10°的坡口计得到的焊接式铜蜗轮和实施例3-2中的过渡配合和4×10°的坡口计得到的焊接式铜蜗轮。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (10)
1.一种异种金属焊接方法，其特征在于，包括：
对第一部件和难以直接焊接到第一部件上的第二部件的配合面进行预处理；所述第一部件采用有色金属材料制成，所述第二部件采用黑色金属材料制成；
将第一部件采用对接或搭接方式安装在所述第二部件上，在配合面的两侧形成两个坡口；
将第一部件和第二部件加热至预热温度，并在预热温度下进行预热处理；
在气体保护下，将高镍材料送丝填入坡口之间，同时采用激光焊接对第一部件和第二部件的焊缝进行焊接；
焊接完成后，在保温温度下进行保温处理；
对第一部件和第二部件的组合体进行精加工。
2.根据权利要求1所述的异种金属焊接方法，其特征在于，在所述预热处理中，预热温度为150～200℃，预热时间为10～30min；
在所述保温处理中，保温温度为100～120℃，保温时间15～25min。
3.根据权利要求1所述的异种金属焊接方法，其特征在于，所述有色金属材料为ZCuSn12Ni2；所述黑色金属材料为QT500-7。
4.根据权利要求1所述的异种金属焊接方法，其特征在于，所述气体保护用的气体为惰性气体，吹入方式旁轴侧吹。
5.根据权利要求4所述的异种金属焊接方法，其特征在于，所述激光焊接的焊接参数为：功率为4500～6000W，焦点负离焦为0.5～1.2mm，焊接速度V为4～20mm/s。
6.一种异种金属焊接方法，其特征在于，包括：
对轮缘部件和难以直接焊接到轮缘部件上的轮芯部件的配合面进行预处理；所述轮缘部件采用有色金属材料制成，所述轮芯部件采用黑色金属材料制成；
将轮缘部件过盈配合安装在所述轮芯部件上，在配合面的两侧形成两个坡口；
将轮缘部件和轮芯部件加热至预热温度，并在预热温度下进行预热处理；
在气体保护下，将高镍材料送丝填入所述坡口内，同时采用激光焊接对两侧的坡口进行焊接；
焊接完成后，在设定温度下进行保温处理；
对轮缘部件和轮芯部件的组合体进行精加工，制齿，最后得到焊接式铜蜗轮。
7.根据权利要求6所述的异种金属焊接方法，其特征在于，所述轮缘部件与所述轮芯部件之间采用H7/s6过盈配合；
优选地，所述轮缘部件与所述轮芯部件大小满足如下数学模型：df/2-D/2≈2×mn；
其中，df为轮缘部件预设齿根圆直径；D为焊缝直径，近似等于轮芯部件的直径；mn为轮缘部件预设模数。
8.根据权利要求6所述的异种金属焊接方法，其特征在于，所述坡口的截面形状为“V”形；
优选地，所述坡口的截面形状满足如下数学模型：2*h*tanθ≥d；其中，h为坡口深度，θ为坡口角度，d为高镍材料的直径；
优选地，所述坡口深度为3～6mm，开坡口角度为8～12°；
优选地，在所述坡口上部还设置有凹槽。
9.根据权利要求6所述的异种金属焊接方法，其特征在于，在所述预热处理中，预热温度为150～200℃，预热时间为10～30min；
在所述保温处理中，保温温度为100～120℃，保温时间15～25min；
优选地，所述有色金属材料为ZCuSn12Ni2；所述黑色金属材料为QT500-7；所述高镍材料的牌号为CMC-M61N；
优选地，所述气体保护用的气体为He，吹入方式旁轴侧吹；
优选地，所述激光焊接的焊接参数为：功率为4500～6000W，焦点负离焦为0.5～1.2mm，焊接速度V为4～20mm/s。
10.一种基于权利要求1至9任一项所述的异种金属焊接方法得到的焊接式铜蜗轮。
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| CN202311422004.4A CN117324770A (zh) | 2023-10-31 | 2023-10-31 | 一种异种金属焊接方法及焊接式铜蜗轮 |
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