低合金超高强度钢的熔敷焊接工艺研究

2016-09-27于正伟赵明波

国防制造技术 2016年2期

关键词：感应器弹体母材

柳　燕　姜　华　于正伟　赵明波

（北方华安工业集团有限公司，黑龙江齐齐哈尔，161046）

低合金超高强度钢的熔敷焊接工艺研究

柳燕姜华于正伟赵明波

（北方华安工业集团有限公司，黑龙江齐齐哈尔，161046）

本文分析了低合金超高强度钢的焊接性，介绍了熔敷焊接方法，并采用熔敷焊接方式在超高强钢上进行工艺试验研究。运用正交试验，科学、合理地确定了焊接工艺参数。通过其微观组织的观察，进一步验证焊接工艺参数的合理性。

超高强度钢；熔敷焊接；正交试验；微观组织

在兵器行业，弹带是各种弹丸的密封件，在弹丸发射时，密封火药气体，保证弹丸在膛线内的定位，是炮弹弹体结构中的重要组成部分［1］。传统的加工方法是将环形（或条形）的铜合金镶嵌在弹体上机加成弹带，这种连接是一种机械连接，其缺点是弹体必须通过增加壁厚才能满足弹带镶嵌工艺的需要，另外其机械连接方式易使弹带松动，影响射击精度。现代武器装配的发展向着更尖端、更大威力的方向发展，而传统的弹带加工方式制约着炮弹的大威力的发展。为适应这一发展需求，弹带焊接技术应用而生。

经过十几年的努力，国内弹带焊接技术有：熔敷焊接、TIG堆焊焊接、摩擦焊接等。因各自的焊接特点而广泛地应用在相应产品中。熔敷焊接因具有焊接效率高、泛铁量低、质量状态稳定的特点而应用在公司产品中。

1　试验方法

1.1超高强钢的焊接性分析

低合金超高强度钢，具有硬度高、淬透性强、高比强等特点，常用于火箭、导弹部件、重型装备等重要零部件，特别是制造薄壁壳体类零件的理想材料。在超高强钢系列中，应用最为广泛的就是45CrNiMo1VA（简称D6AC）钢。由于D6AC 超高强钢一般在退火状态下进行焊接，因而考虑母材的化学成分和裂纹敏感性是关键。表1列出了母材的化学成分，在考虑母材焊接性时，常用碳当量来计算。根据碳当量经验公式，计算出该合金钢的碳当量为0.97%—1.22%［2］。根据经验，当碳当量＞0.60%时，钢材塑性较低，淬硬倾向很大，焊接性较差，特别是异种材质焊接（铜—钢）难度更大。因此，该钢种具有相当大的冷热裂纹倾向。

表1　D6AC钢的化学成分（质量分数，%）

图1　焊前结构状态

1.2熔敷焊接工作原理

熔敷焊接方法是指采用某种热源，使预置在弹体相应部位的铜环带或铜条带整体或局部熔化，在固态粉末等方式的保护下，使铜环（带）与弹体发生冶金结合但弹体不发生熔化的一种弹带焊接方式。

熔敷焊不同于熔化焊、钎焊，它既具有熔化焊的结合性质，又具有焊接温度低的特点，实现了具有熔化焊性质的无熔深焊接。

1.3熔敷焊接工艺试验

将焊接零件预焊位置、铜环轻擦干净，表面不应有锈蚀、油污等影响焊接质量的物质。先将铜环定位工装放置在零件预焊位置，随后放上成型模，在成型模内套入铜环。将铜环轻轻转动几下，在成型模与铜环之间空隙处均匀的装填入规定数量的保护剂，保护剂充分落入到空隙中。具体见图1所示。

根据熔敷焊接工作原理可知，铜的熔点在1083℃左右，要想使铜环熔化，设备必须提供很大的能量，即应在较短的时间内输入较大的热量使铜环与零件发生冶金结合。若时间过长，零件过烧；时间过短，铜环与零件连接不上。所以需要确定的工艺参数有：焊接电流、焊接电压、焊接能量、焊接时间、感应器的位置等参数。综合考虑母材焊接性、铜环化学成分等原因，最终确定重要焊接参数：焊接能量（焊接电流×焊接电压）、焊接时间、感应器的位置。

试验采用正交试验法确定焊接能量（焊接电流×焊接电压）、焊接时间、感应器的位置。对焊接能量、焊接时间、感应器位置分别选取三个位级，采用正交表L9（34）试验，确定最佳焊接工艺参数（因素位级表如表2所示，正交表L9（34）如表3所示）。

从试验结果看，第5号试验的合格品率为95%，是9次试验中的最好结果，即A2B2C3；通过极差R，B=91、A=57、C=13为最佳因素排列。最后排列顺序B2A2C3为最佳因素组合，即是最佳焊接工艺参数：焊接能量：