脈沖MIG焊堆焊鋁青銅的工藝研究及應用

牟曉風

(河北華北石油榮盛機械制造有限公司，河北滄州，062552)

1 前言

本文試驗中采用材料為35CrMo，也是常用的軸類材料，熱處理狀態為調質鋼。它具有良好的綜合力學性能。一般軸類在使用過程中容易出現磨損、腐蝕、變形等，為延長其使用年限，通常采用堆焊的方法，在其表面堆焊一層具有特殊性能的合金金屬，增加其耐磨性和耐腐蝕性。

根據客戶和設計的要求，在其耐磨部位的外表面堆焊一層不小于3mm的鋁青銅，鋁青銅是銅合金中青銅的一種，含鋁量一般不超過11.5%，有時還加入適量的鐵、鎳、錳等元素，有較高的強度和良好的耐磨性，最突出的特點就是其良好的耐磨性。鋁青銅合金價格相對便宜，成為一些昂貴金屬材料的部分替代品，如替代錫青銅、不銹鋼、鎳基合金等。

2 焊接方法對比

1、普通氣保焊：①受焊材的影響，焊縫成型較差，返修率高，人員依賴性較強；②焊工勞動強度高，尤其焊接時產生濃烈的黃煙，對焊工危害大，環境污染嚴重；③生產效率低。

2、自動脈沖氣保焊：①脈沖氣保焊的焊縫成型好，飛濺極少，且自動焊接的焊接質量穩定，人員依賴性降低；②焊工勞動強度降低，煙塵少；③自動焊的生產效率較高；④焊接熱輸入量較小，工件變形量較小。

鑒于以上三點，我們選擇自動脈沖氣體保護焊。焊接時，焊槍左右擺動，輔助滾輪架的來回轉動，完成焊接。

3 研究試驗情況

3.1 焊接工藝評定

按照ASMEⅨ《焊接、釬接和粘接評定》的標準要求，在試板表面堆焊鋁青銅，焊接厚度≥3mm，焊后目視檢驗，焊縫平緩、整齊，焊縫成型好，目視檢驗合格；焊縫表面打磨后，滲透探傷合格；機加工后，進行拉伸、沖擊、硬度和宏觀腐蝕的檢測，符合設計要求，工藝評定合格。

圖1 拉伸

圖2 沖擊

圖3 硬度

圖4 宏觀腐蝕

3.2 試驗件形狀及尺寸

試驗件的材質為35CrMo調質鋼，鋁青銅的表面張力為母材的50%以上，為防止焊接過程中邊緣下榻或變形，造成焊后加工后缺肉的缺陷，特制訂兩種方案：(1)將兩頭端部各留出加工余量約5mm左右，見圖5；(2)兩頭端部留出約3-5mm厚的擋邊，見圖6；

圖5 堆焊方案(1)簡圖

圖6 堆焊方案(2)簡圖

3.3 焊接材料

焊材選用鋁青銅焊絲SCu6180(ERCuAl-A2)，直徑為1.2mm，化學成分見表1：

表1 SCu6180焊絲的化學成分(質量分數)%

焊接電源為帶有脈沖功能的氣保焊機。

3.4 輔助工裝

為實現外圓位置的平焊，需要借助輔助工裝滾輪架，焊接時，焊槍左右擺動，通過滾輪架的旋轉，將焊接位置轉化為平焊位置，圖7為軸類堆焊時的示意圖；

3.5 焊接工藝要點

①直徑較小的軸類可不預熱焊接，但層間溫度不能超過400℃；

②焊完一層后工件溫度太高，需要降溫后再焊下一層；

③焊接過程需要擺動，可根據焊接位置的寬度確定擺動的幅度；

④在降溫過程中，可以多根軸倒替焊，提高工作效率；

⑤可根據焊接位置的直徑適當調整小滾輪架(1t)的轉速；

圖7 軸類堆焊示意圖

⑥焊縫厚度要求≥3mm，需要堆焊3層，單邊約有3mm左右的加工余量；

⑦焊后自然冷卻。

主要的參數見表2所示。

表2 焊接工藝參數

3.6 焊后檢驗

(1)焊后目視檢驗：焊縫成型好，目視合格；

(2)加工后滲透檢驗：方案(1)堆焊層無缺陷，方案(2)在擋邊與鋁青銅熔合的位置有未熔合，缺肉等缺陷，需要修補；

4 結束語

普通的氣保焊工藝堆焊鋁青銅，焊接飛濺大，焊接煙塵多，鋁青銅熔化后流動性好，焊縫成型很差，加工后缺肉嚴重，裂紋較多。后期需要多次補焊，加工，再補焊，返修次數多。本文采用脈沖氣保焊的方法，加以小滾輪架的輔助，相對于以前的普通氣保焊，飛濺更少，成型更加美觀，實現鋁青銅的堆焊；且采用方案(1)堆焊，加工后質量較好，滲透檢驗無缺陷。