高阻尼銅合金與鋼的焊接工藝制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于金屬材料焊接。提出的高阻尼銅合金與鋼的焊接工藝采用鎢極氬弧焊，在高阻尼銅合金與鋼的焊接面上采取Ｋ型坡口或Ｘ型坡口，即高阻尼銅合金連接面加工Ｋ型坡口或結(jié)構(gòu)鋼的連接面加工Ｋ型坡口或高阻尼銅合金和結(jié)構(gòu)鋼的連接面均加工Ｋ型坡口；首先在結(jié)構(gòu)鋼上堆焊鎳焊絲，形成過(guò)渡層，而后采用白銅焊絲與高阻尼銅合金對(duì)焊，實(shí)現(xiàn)鋼與高阻尼銅合金的連接。采用本發(fā)明專利技術(shù)的焊接工藝，可高效、低成本的解決高阻尼銅合金與鋼的焊接問(wèn)題，制備出的焊接件焊縫力學(xué)性能優(yōu)良。應(yīng)用于動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，無(wú)論在低扭矩、高轉(zhuǎn)速，還是高扭矩、低轉(zhuǎn)速，均可滿足使用要求，與原來(lái)的鋼制模擬件進(jìn)行比較，降噪效果良好。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于金屬材料焊接，主要涉及一種高阻尼銅合金與鋼的焊接工藝。技術(shù)背景焊接是實(shí)1^屬材料連接的一種常用工藝之一。在不需要#^^吏用要求的 部位， 一般涉及到的大都是同種金屬材料的焊接，如鋼與鋼的焊接、銅合金與 銅合金的焊接等。但在有特殊要求的場(chǎng)合，如大型設(shè)備的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，由于 傳動(dòng)過(guò)程中齒輪的嚙合弓l起齒彈性剛度的變化，以及齒的加工i^而產(chǎn)生激振力，使齒輪本條動(dòng)，聲值高達(dá)100dB以上。在這種情況下，就需要借助使用 具有特殊功能材料如阻尼合金材料，來(lái)達(dá)到減振降噪的目的。高阻尼銅合金既是一種功能材料，具有良好的P腿和機(jī)械性能，但其5艘、 耐磨性能無(wú)法替代現(xiàn)有齒圈材料，可用做齒輪輻板。這就必須解決與齒圈及輪 轂現(xiàn)有材料的焊接問(wèn)題。而高阻尼銅合金與鋼異種金屬的焊接存在著以下的難點(diǎn)由于高阻尼銅合M有Mn、 Al、 Fe、 Ni、 Zn、 Cr等合金元素，在;J^ft驗(yàn) 下，Mn、 Al會(huì)劇烈氧化，生成不溶于液絲屬的MnO和難熔的AlA，其它元素 也會(huì)生成一些相應(yīng)的氧化物。在焊接過(guò)程中，這些氧化物或浮于熔池表面，阻 礙焊接操作柳頃利進(jìn)行，或沉懸于熔池金屬內(nèi)部，形成夾渣、裂紋等。因此如 何防止和清総些氧化物是焊接該類合金的一大關(guān)鍵。另外，液態(tài)的Mn極易蒸 發(fā)，且其蒸氣壓很高，這將在金屬凝固過(guò)程中容易造成焊縫金屬的多 L性，Mn 和Cu在艦狀態(tài)下均具有很大的吸氣能力，特別X^口氫的溶解度很大，但隨 著溫度的降低，其溶解度又急劇下降，溶入熔池的氣體若在熔池結(jié)晶過(guò)程中來(lái) 不及逸出，便會(huì)形成大量氣 L和很大的內(nèi)應(yīng)力，并可導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。再者，齒圈及纖為高5艘和fi艘的結(jié)構(gòu)鋼，與高fflJB銅合金的導(dǎo)熱系數(shù)、 熱膨脹系數(shù)、熔點(diǎn)等存在較大的差異，容易在焊皿頭中產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致 各種的焊接裂紋，^f獲得優(yōu)質(zhì)接頭非常不利，造成焊接困難。鋼與銅合金采 用熔化焊時(shí)，經(jīng)常發(fā)生銅滲到鋼晶粒之間，產(chǎn)生熱應(yīng)力，使焊縫發(fā)生斷裂，使 其接頭的力學(xué)性能惡化；同時(shí)合金元素易燒損、易蒸發(fā)，且在焊縫中肖辦產(chǎn)生元素偏析。因此，焊接時(shí)需要采用特殊的工藝措施。在涉及到高阻尼銅合金與鋼焊接的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)檢索中，均未見(jiàn)與本專利技術(shù)所 采用的高阻尼銅合金與鋼異種金屬焊接工藝相類似的相關(guān)專利文獻(xiàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的即是提出一種高阻尼銅合金與鋼的焊接工藝。 本專利技術(shù)所提出的高阻尼銅合金與鋼的焊接工藝為采用鎢極氬弧焊，在高 阻尼銅合金與鋼的焊接面上采取K型坡口或X型坡口，即高阻尼銅合M接面 加工K型坡口或結(jié)構(gòu)鋼的連接面加工K型坡口或高阻尼銅合金和結(jié)構(gòu)鋼的連接 面均加工K型坡口；首先在結(jié)構(gòu)鋼上堆焊鎳焊絲，形成過(guò)渡層，而后采用白銅 焊絲與高阻尼銅合金對(duì)焊，實(shí)現(xiàn)鋼與高阻尼銅合金的連接。 焊接方式為鵒極氬弧焊。其優(yōu)點(diǎn)為a. 氬氣是,氣體，既不會(huì)和金屬起化學(xué)反應(yīng)，也不溶于液絲屬，合金 元素不會(huì)燒損，也不容易形成氣 L。再者，氬氣的密度較空氣重1. 25倍，形成 堅(jiān)實(shí)的氬氣隔離層，可獲得十分優(yōu)秀的焊接質(zhì)量；b. 氬氣在弧柱中所產(chǎn)生的正離子，其質(zhì)量和動(dòng)M比較大，在電弧電場(chǎng)作 用下，向陰極高速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)工件為負(fù)極時(shí)，受此正離子的撞擊，能破壞母材表 面的氧化膜，有清理作用；但鉤極易燒損， 一皿用鉤極氬弧焊正接。c. 實(shí)焊部分可見(jiàn)度好，便于操作；d. 填充焊絲熔后 性好，對(duì)母體金屬的潤(rùn)濕性高，工藝性能良好，易獲 得金屬 ，高、氣密性好的焊縫質(zhì)量。焊接^t才高阻尼銅合金成分(wt%) : Mn 25.0 65.0， Al 2.0 6.0， Fe 1.0 4.0， M 0.5 4.0, Zm 0 4.0, Cr: 0 1.5， Cu余量。對(duì)焊材料 含有Cr、 Ni、 Mn、 Mo等合金元素，具有高強(qiáng)度、硬度結(jié)構(gòu)鋼。焊絲材料采用兩種焊絲材料，分別為鎳焊絲與白銅焊絲。W"銅合金和鋼雙方有良好的相容性，銅與鎳無(wú)限固溶，無(wú)產(chǎn)生裂紋的隱 患，而鋼與鎳的固溶度很大，且避免了銅與鋼直接焊接時(shí)銅向鋼側(cè)金屬大量侵 入而出現(xiàn)液晶裂紋。因此在齒圈、，上采用鎳焊絲打底。若由鎳向高阻尼銅合金直接過(guò)渡，兩種材料存在熱錯(cuò)ias:模量錯(cuò)配，為此用白銅焊絲過(guò)渡，增加材料匹配性。鎳焊絲堆焊工藝:焊接電流50 150A，氬氣流量15 25L/min，堆焊厚度2 5咖o焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表1，層間鵬《層。C，每道7爐摘理，焊道每層進(jìn)行 沖擊波消應(yīng)力處理。表1焊接工藝織<table>table see original document page 5</column></row><table>采用本專利技術(shù)的焊接工藝，可高效、低成本的解決高阻尼銅合金與鋼的焊接問(wèn) 題，帝恪出的焊擻牛焊縫力學(xué)性能優(yōu)良。鵬于動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，無(wú)論在低扭矩、 高轉(zhuǎn)速，還是高扭矩、低$ ，均可滿足使用要求，與原來(lái)的鋼制模擬件進(jìn)行 比較，降噪效果良好。 附圖說(shuō)明圖l一圖3為本專利技術(shù)焊接坡口示意圖。圖中，1、纖，2、過(guò)渡層，3、對(duì)焊層，4、輻板，5、齒圈。 具體實(shí)駄式 實(shí)施例1以船用動(dòng)力系統(tǒng)齒輪輻板CuMn50合金,齒圈、纖材質(zhì)為40CrNiMoA為例 輻皿用CuMn50合金，主要是利用其高阻尼特性，降低傳^^齒輪的噪 音，輻板CuMn50合金與齒圈、繊的連接面采用圖1K型坡口， B卩在輻板與齒 圈、繊的連接面上加工K型坡口，坡口兩側(cè)30im范圍內(nèi)表面的油脂、水份及 其它雜質(zhì)以臉屬表面氧傾都必須進(jìn)行仔細(xì)盼凊理，直至露出金屬光澤。 采用鈰鉤電極，直流手工鉤極氬弧焊，保護(hù)氬氣的純度》99.99%。 在齒輪(齒圈、繊)結(jié)構(gòu)鋼連接面上細(xì)ERNi-1堆焊，4>2.5咖焊絲， 堆焊厚度3mm，焊接層間M《50。C，焊接電流100A。CuMn 50合織板與齒圈、$^|接采用HSCuNi焊絲，輻板與齒圈裝配平 行度不大于0.3咖，輻板與輪轂(軸)裝配同心度不大于0.5im，垂M不大于 l咖。焊接工藝參微U表2，層間驢《100。C，每道7鄉(xiāng)行清理，焊道每層進(jìn)行 沖擊波消應(yīng)力處理。表2焊接工藝:<table>table see original document page 6</column></row><table>焊縫外觀均勻連續(xù)，平滑過(guò)渡，無(wú)應(yīng)力集中和裂紋，x-射線探傷檢查，等級(jí)符合使用要求。采用Jd^接工藝，40mm厚的CuMn50和40CrNiMoA焊^頭性能常溫拉 伸強(qiáng)度(!VMPa) 430 465; 沖擊功(Ak乂J) 100 110;冷彎角(d=4a) 80 180° (側(cè)彎)；焊縫疲勞壽命107的條件下，應(yīng)力大于100MPa。焊縫的力學(xué)性 能均可滿足使用要求。實(shí)施例2以齒輪輻板用CuMn50合金，坡口型式如圖2所示，齒圏、$&|^才質(zhì)均為合 .金鋼30CrMoA為例采用如 例1所述的相同焊接工藝，25mm厚的CuMn50和30CrMoA焊, 頭性能常溫拉伸強(qiáng)度(R7MPa) 460 500;沖擊功(Ak/J) 100 110;冷彎角 (d=4a) 65° 80。。焊縫疲勞壽命107的^(牛下，應(yīng)力大于100MPa。均達(dá)到 了指標(biāo)要求。 實(shí)施例3以齒輪輻棚CuMn50合金，坡口型式如圖3所示，齒圈、f^^才質(zhì)均為合 金鋼20CrMnMo為例采用如實(shí)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高阻尼銅合金與鋼的焊接工藝，其特征是：采用鎢極氬弧焊，在高阻尼銅合金與鋼的焊接面上采取Ｋ型坡口或Ｘ型坡口，即高阻尼銅合金連接面加工Ｋ型坡口或結(jié)構(gòu)鋼的連接面加工Ｋ型坡口或高阻尼銅合金和結(jié)構(gòu)鋼的連接面均加工Ｋ型坡口；首先在結(jié)構(gòu)鋼上堆焊鎳焊絲，形成過(guò)渡層，而后采用白銅焊絲與高阻尼銅合金對(duì)焊，實(shí)現(xiàn)鋼與高阻尼銅合金的連接。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：雷竹芳，何剛，王永朝，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：41[中國(guó)|河南]