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TIG焊在45号钢与铝青铜焊接中的应用
冯世毅 吕 磊 汪明锐
【摘 要】我公司承制的某车型行走系统油气悬挂装置中的活塞采用的是45号钢与铝青铜QAl9-2焊接而成,活塞是
该系统的重要组成部分,其产品精度和质量要求高,该件为焊后加工而成,加工余量较小,焊接质量要求很高,必须一次施焊完成,没有返修余地,由于铜和钢两种金属的焊接属于异种金属焊接,焊接性较差,焊接难度大。主要问题在于铜与钢的熔点 、导热系数、线膨胀系数和力学性能等都有很大的不同,容易在焊接接头中产生应力集中,导致各种焊接裂纹,焊接接头力学性能减低等焊接缺陷和焊道塌陷,气孔等其他常见缺陷 。故而必须选择合适的焊接方法来保证一次焊接到位 。
【关键词】TIG焊;45号钢;铝青铜
一、焊接方法的选择
45号钢与铝青铜的焊接采用氩弧焊,而不采用气焊,这主要是基于以下考虑:
(1)气焊时,由于铜在液态和固态时对氢气的溶解度相差很大,而且铜的导热性强,焊缝的冷却速度很快,因此焊接过程中过剩的氢气来不及逸出,容易产生气孔;另外,高温时氧化铜与氢气和CO反应生成不熔于铜的水蒸气和CO2气体,若这些气体在焊缝金属凝固时来不及逸出,也将产生气孔 。而采用氩弧焊,由于氩气是惰性气体,对电弧和熔池区起保护作用,可以有效地避免上述气孔的出现。
(2)气焊时火焰温度低,由于铜合金的导热系数大(比碳钢大5~10倍以上),焊接时铝青铜散热快,使焊接区域难以达到熔化温度 。而采用氩弧焊,电弧在气流压缩下燃烧,热量集中,熔池较小,焊接速度较快,焊接热影响区较窄,这既有利于焊接区的熔化,也有利于减小焊接变形(铜合金的线膨胀系数比碳钢约大50%,焊接更易产生变形 。
(3)氩弧焊电弧稳定,飞溅小,焊缝致密,表面没有熔渣,而且成形美观 。
但氩弧焊焊接异种金属操作方法与普通同种材料焊接操作方法存在很大差异。
鉴于此,下面将对45号钢与铝青铜焊接操作方法及工艺予以描述。
二 、焊接工艺
1) 、焊前准备:
(1)焊接材料应根据铝青铜的材料选取性能与之相近的牌号,即HS224,
(2)检查设备的气 、电路是否正常,焊件装配质量是否达到要求,钨极是否需要修整,焊接工艺参数是否调试合适等 。
(3)焊接设备为逆变手工氩弧焊焊机,直流正接,焊接材料选用焊丝直径2㎜,氩气纯度≥99.99% 。
(4)TIG焊对工件表面质量要求很高,为了保证焊接质量,工件和焊丝表面不得有油污 、氧化层 、水分等,所以焊前要对工件及焊丝进行清理 。清理完成后,及时组对工件。
(5)焊接参数:
钨极直径2㎜铈钨极;喷嘴直径8㎜;
坡口形式:采用45° V形坡口 对接焊缝 ;
钨极伸出长度:5㎜—6㎜;喷嘴至工件的距离取10㎜左右 。
TIG焊主要焊接参数
焊接电流
/A
电弧电压/V
氩气流量/
(L/min)
焊接速度∕
(mm∕s) 120-140 18 10-12 5-7
2)、操作方法:
引燃电弧,进行预热,注意不要将焊枪在起弧位置不动预热,因为铝青铜熔点为960℃,45号钢熔点为1450℃,如加热不当铝青铜以熔化而45号钢侧还没熔化 。待45号钢熔化时,铝青铜侧则温度过高,往往会出现塌陷 、起褶缺陷现象 。为避免出现上述现象,可用电弧在待焊部位沿焊接方向长度10㎜左右进行往复运动,进行预热。
当起焊位置,两侧母材熔化,出现所需要的熔池大小时,再填充焊丝,送丝可以采用断续送进和连续送进两种方法 。焊丝与工件的夹角不宜过大,否则会扰乱电弧和气流的稳定 。焊枪 、焊丝与工件夹角(如图1、图2),电弧长度约为2毫米-3㎜左右,电弧适当偏向铝青铜侧,以减小45号钢在焊缝中的比例,进入焊接状态。焊接速度在熔合良好的情况下易快,过慢会导致铝青铜侧金属起褶或塌陷缺陷产生。
焊接时,不要让焊丝的端头撤离出气体保护区,以免焊丝端头发生氧化,造成氧化物夹渣 。焊枪摆动轨迹为锯齿形或月牙形 。电弧运动轨迹为,在45号钢侧稍做停顿,因为45号钢熔点高,在铝青铜侧不做停顿,铝青铜熔化即可,因为铝青铜温度过高,易出现塌陷 、起褶现象。并注意坡口根部的熔化情况,防止未焊透缺陷,直至焊接结束 。
图1 焊枪 、 焊丝与试件夹角
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收弧时,要注意填满弧坑,使用电流衰减功能,防止缩孔缺陷的产生。也可以,焊接结束时,提高焊枪运行速度,这时可不填充焊丝,当熔池最小时熄灭电弧,可有效的防止铝青铜焊缝收弧缩孔缺陷,完成焊接 。
3) 、注意事项
(1)施焊中严禁“打钨”(即钨极与焊丝或钨极与熔池相接触)现象发生。焊接时“打钨”会产生大量的金属烟尘、金属蒸气进入熔池,焊缝中就会产生大量的蜂窝状气孔或裂纹。如发生“打钨”现象,必须停止焊接,处理打磨干净后再焊接,并更换钨极或将钨极尖重新修整,达到无铜斑金属为止 。
(2)搭接线接触要牢靠,防止擦伤工件表面。
(3)控制工件温度,发现施焊熔化困难时,说明温度已低,应重新用电弧预热再焊接,否则易产生未熔合缺陷 。
(4)在保证熔合良好的情况下,焊接速度应稍快些,并掌握送丝适宜,注意母材与焊丝同时熔化而熔为一体,防止产生未熔合等缺陷 。
(5)焊接熄弧时,焊枪不能立即抬起,应继续利用滞后停气保护功能保护熔池,以防产生气孔。
4) 、焊后没有发现裂纹及夹渣 、未熔合等缺陷,经加工 、装配后满足使用要求。
三、技术原理:
依靠上述的操作方法,成功的焊接了铝青铜QAl9-2与45号钢异种金属连接 。其原理是,在铜-钢焊接中,铜与钢的熔点 、导热系数 、线膨胀系数和力学性能等都有很大的不同,容易在焊接接头中产生应力集中,导致各种焊接裂纹。但,铜与铁的原子半径、晶格类型 、晶格常数及原子外层电子数目等都比较接近,铜和铁在液态为无限固溶,固态虽有限固溶但并不形成脆性金属间化合物。
通过控制焊接时热输入在两种母材间的比例,采取正确合理的运弧方式,控制焊缝中铁的含量w(Fe)=10%-43%,增加焊缝强度,降低了焊接裂纹等焊接缺陷的产生几率,提高了工件的成品率 。
四 、结语
铝青铜QAl9-2、45号钢均是应用广泛的工程材料。本文总结出来的45号钢和铝青铜的TIG 焊的操作方法经过实际验证,工艺是合理的 、可行的,获得合格的焊接接头,为45号钢和铝青铜的连接方法提供了实用的方法。
作者简介:
冯世毅 吕磊 汪明锐 分别为哈尔滨第一机械集团有限公司的高级技师 、高级工程师 、中级工程师
(上接第168页)
出现电流摆动的现象,最后检查电机三相电流是否平衡,发现问题及时与运行人员联系停止该电机运行,以免将电机烧损 。
(2)如果对表面现象处理后,电机振动未解决,必须断开电源,解开联轴器,十点几与之相连的负载机械分离,单独转动电机。如果电机本身不振动,则说明振源是联轴器找正或负载机械引起的,如果电动机振动,则说明电机本身有问题 。另外,还可以采取断电法来区分是电气原因,还是机械原因,当停电瞬间,电机马上不振或振动减轻,则说明是电气原因,否则是机械故障。
4 针对故障原因进行检修
(1)电气原因的检修:首先是测量定子三相直流电阻是否平衡,如果不平衡,则说明定子连线焊接部分有开焊现象,断开绕组分别进行检查,另外绕组是否存在匝间短路现象,如故障明显可以从绝缘表面看到烧焦痕迹,或用仪器测量定子绕组,确认匝间短路后,将电机绕组重新下线 。例如2号炉2号磨电机,运行中电机不仅振动大轴瓦温度也高,小修高压试验发现电动机直流电阻不合格,电动机定子绕组有开焊现象,用排除法将故障点找到并消除,电机运行一切正常。
(2)机械原因的检修:检查气隙是否均匀,如果测量
值超标,重新调整气隙。检查轴承,测量轴承间隙,如不合格更换新轴承,检查铁芯变形或松动情况,松动的铁芯可用环氧树脂胶粘接灌实,检查转轴,对弯曲的转轴进行补焊重新加工或直接直轴,然后对转子做平衡试验 。3号炉吸风机电机大修后试运期间,电机不仅振动大,而且轴瓦温度超标,连续处理几天后,故障仍未解决,我班人员在帮助处理时发现,电机气隙偏差非常大,瓦座水平也不合格,故障原因找到后,重新调整各部间隙后,电机试转一次成功 。
(3)负载机械部分检查正常,电机本身也没什么问题,引起故障的原因是连接部分造成的,这时要检查电机基础水平面 、倾斜度 、强度,中心找正是否正确,联轴器是否损坏,电机轴向饶度是否符合要求等。
5 结束语
引起电动机振动的原因是复杂的 、多方面的,要针对具体电机的振动进行综合分析 、判断,电动机振动即有可能电气原因,也可能是机械原因,当电动机发生振动时,首先要仔细观察电动机振动的特性,然后根据振动现象分析原因,迅速判断故障所在 。在电动机振动处理中,不但要仔细检查电动机本身可能发生的故障,还要检查电动机所带负载、辅助设备以及供电线路上的原因,综合分析,将问题迅速排除 。
作者简介:
张旭 大庆油田电力集团热电厂电气分厂 163000
。
责任编辑：风昊天
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