脉冲MIG焊堆焊铝青铜的工艺研究及应用

牟晓风

(河北华北石油荣盛机械制造有限公司，河北沧州，062552)

1 前言

本文试验中采用材料为35CrMo，也是常用的轴类材料，热处理状态为调质钢。它具有良好的综合力学性能。一般轴类在使用过程中容易出现磨损、腐蚀、变形等，为延长其使用年限，通常采用堆焊的方法，在其表面堆焊一层具有特殊性能的合金金属，增加其耐磨性和耐腐蚀性。

根据客户和设计的要求，在其耐磨部位的外表面堆焊一层不小于3mm的铝青铜，铝青铜是铜合金中青铜的一种，含铝量一般不超过11.5%，有时还加入适量的铁、镍、锰等元素，有较高的强度和良好的耐磨性，最突出的特点就是其良好的耐磨性。铝青铜合金价格相对便宜，成为一些昂贵金属材料的部分替代品，如替代锡青铜、不锈钢、镍基合金等。

2 焊接方法对比

1、普通气保焊：①受焊材的影响，焊缝成型较差，返修率高，人员依赖性较强；②焊工劳动强度高，尤其焊接时产生浓烈的黄烟，对焊工危害大，环境污染严重；③生产效率低。

2、自动脉冲气保焊：①脉冲气保焊的焊缝成型好，飞溅极少，且自动焊接的焊接质量稳定，人员依赖性降低；②焊工劳动强度降低，烟尘少；③自动焊的生产效率较高；④焊接热输入量较小，工件变形量较小。

鉴于以上三点，我们选择自动脉冲气体保护焊。焊接时，焊枪左右摆动，辅助滚轮架的来回转动，完成焊接。

3 研究试验情况

3.1 焊接工艺评定

按照ASMEⅨ《焊接、钎接和粘接评定》的标准要求，在试板表面堆焊铝青铜，焊接厚度≥3mm，焊后目视检验，焊缝平缓、整齐，焊缝成型好，目视检验合格；焊缝表面打磨后，渗透探伤合格；机加工后，进行拉伸、冲击、硬度和宏观腐蚀的检测，符合设计要求，工艺评定合格。

图1 拉伸

图2 冲击

图3 硬度

图4 宏观腐蚀

3.2 试验件形状及尺寸

试验件的材质为35CrMo调质钢，铝青铜的表面张力为母材的50%以上，为防止焊接过程中边缘下榻或变形，造成焊后加工后缺肉的缺陷，特制订两种方案：(1)将两头端部各留出加工余量约5mm左右，见图5；(2)两头端部留出约3-5mm厚的挡边，见图6；

图5 堆焊方案(1)简图

图6 堆焊方案(2)简图

3.3 焊接材料

焊材选用铝青铜焊丝SCu6180(ERCuAl-A2)，直径为1.2mm，化学成分见表1：

表1 SCu6180焊丝的化学成分(质量分数)%

焊接电源为带有脉冲功能的气保焊机。

3.4 辅助工装

为实现外圆位置的平焊，需要借助辅助工装滚轮架，焊接时，焊枪左右摆动，通过滚轮架的旋转，将焊接位置转化为平焊位置，图7为轴类堆焊时的示意图；

3.5 焊接工艺要点

①直径较小的轴类可不预热焊接，但层间温度不能超过400℃；

②焊完一层后工件温度太高，需要降温后再焊下一层；

③焊接过程需要摆动，可根据焊接位置的宽度确定摆动的幅度；

④在降温过程中，可以多根轴倒替焊，提高工作效率；

⑤可根据焊接位置的直径适当调整小滚轮架(1t)的转速；

图7 轴类堆焊示意图

⑥焊缝厚度要求≥3mm，需要堆焊3层，单边约有3mm左右的加工余量；

⑦焊后自然冷却。

主要的参数见表2所示。

表2 焊接工艺参数

3.6 焊后检验

(1)焊后目视检验：焊缝成型好，目视合格；

(2)加工后渗透检验：方案(1)堆焊层无缺陷，方案(2)在挡边与铝青铜熔合的位置有未熔合，缺肉等缺陷，需要修补；

4 结束语

普通的气保焊工艺堆焊铝青铜，焊接飞溅大，焊接烟尘多，铝青铜熔化后流动性好，焊缝成型很差，加工后缺肉严重，裂纹较多。后期需要多次补焊，加工，再补焊，返修次数多。本文采用脉冲气保焊的方法，加以小滚轮架的辅助，相对于以前的普通气保焊，飞溅更少，成型更加美观，实现铝青铜的堆焊；且采用方案(1)堆焊，加工后质量较好，渗透检验无缺陷。