專利名稱：裝甲鋼復合熱源螺柱焊方法
技術領域：
本發明屬于在裝甲鋼特殊結構復合熱源螺柱焊的焊接技術，特別是針對一般復合熱源難以實現的裝甲鋼特殊結構采用保護劑的焊接方法。
背景技術：
螺柱焊是將金屬螺柱或其他類似的緊固件焊至工件的方法。已廣泛應用于車輛、 造船、鍋爐、鋼結構、建筑、電子、儀表、醫療器械等行業。對于一般結構鋼螺柱焊接到鋼母材上，傳統的電弧螺柱焊接工藝方法已經非常的成熟。鑒于特殊結構裝甲鋼焊接存在板厚、碳當量高、拘束度等問題，隨之帶來的電弧螺柱焊快速加熱和急速冷卻造成的焊接接頭極易產生裂紋、未熔合等缺陷，使一般焊接方法不再適用。裝甲鋼特殊結構存在的碳當量高、拘束度大以及焊接三維方向的快速散熱帶來的難以焊接，未熔合、成形不良、產生脆性組織等問題。裝甲鋼復合熱源螺柱焊作為焊接領域的一個難點問題，焊接存在的主要問題有(1)裝甲鋼屬高硬中碳調質鋼材料，焊接時三維反向散熱快，易造成未熔合、成形不良的缺陷，且螺柱相對一般母材而言形成的非對稱結構，又給實現優質焊接接頭造成了很大的困難；(2)材質所決定的碳當量在0. 75-0. 95之間，屬極難焊接的材料，極易產生脆性組織；(3)對于特殊結構的裝甲鋼螺柱焊接，存在很大的拘束度。

發明內容
本發明的目的在于提供一種能夠將螺柱與裝甲鋼焊接良好的復合熱源螺柱焊方法。實現本發明目的的技術解決方案為一種裝甲鋼復合熱源螺柱焊方法，包括以下步驟步驟1，將螺柱加工成無螺帽式樣；步驟2，對螺柱及裝甲鋼母材待焊區域進行化學處理；步驟3，將裝甲鋼母材水平放置，在螺柱的錐形端套上陶瓷環，將螺柱的錐形端向下垂直放置在裝甲鋼母材上，施以壓力；步驟4，配制保護劑，在陶瓷環內填充該保護劑；步驟5，將感應加熱線圈套在螺柱焊接端，并開始預熱；
步驟6，提升螺柱，拉弧，完成焊接。本發明與現有技術相比，其顯著優點(1)能夠獲得更好的焊縫質量；(2)操作簡單，效率明顯提高；C3)易于實現焊接自動化；(4)可實現螺柱與母材間無氧化夾雜、未焊透、未熔合等缺陷的優質焊接接頭。下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。


圖1是裝甲鋼特殊結構復合熱源螺柱焊方法的流程圖。圖2是裝甲鋼特殊結構復合熱源螺柱焊方法的示意圖。圖3是實施例1中使用保護劑焊接的效果圖。圖4是實施例1中未使用保護劑焊接的效果圖。圖5是實施例1中使用保護劑焊接的斷口效果圖。圖6是實施例1中未使用保護劑焊接的斷口效果圖。圖7是實施例2中使用保護劑焊接的效果圖。圖8是實施例2中未使用保護劑焊接的效果圖。圖9是實施例2中使用保護劑焊接的斷口效果圖。圖10是實施例2中未使用保護劑焊接的斷口效果圖。圖11是實施例3中使用保護劑焊接的效果圖。圖12是實施例3中未使用保護劑焊接的效果圖。圖13是實施例3中使用保護劑焊接的斷口效果圖。圖14是實施例3中未使用保護劑焊接的斷口效果圖。
具體實施例方式結合圖1、圖2，本發明裝甲鋼復合熱源螺柱焊方法，包括以下步驟步驟1，將螺柱2加工成錐角為120° -150°的無螺帽式樣。步驟2，打磨去除裝甲鋼母材1表面較厚的氧化層，對螺柱2及裝甲鋼母材1待焊區域進行化學處理；化學處理時的步驟如下首先分別用丙酮溶液擦拭螺柱2及裝甲鋼母材1表面去除可能存在的油及銹，之后用酒精擦拭表面以待焊接。步驟3，將裝甲鋼母材1水平放置，在螺柱2的錐形端套上陶瓷環3，將螺柱2的錐形端向下垂直放置在裝甲鋼母材1上，施以壓力。步驟4，配制保護劑4，保護劑4在300-400°C烘焙1_池。在陶瓷環3內填充該保護劑4 ；保護劑4的配方為5-15%的硅灰石，2-20%的螢石，5-30的氧化鎂，5-25%的金紅石，2-20 %的氧化鋁，2-20 %的錳礦，3-20 %的氯化鋅，5-20 %氧化鈦，合金劑30-60 %，單位為質量百分比。步驟5，將感應加熱線圈5套在螺柱2焊接端，調節感應發生器，使電源輸出阻抗大約等于線圈的輸入阻抗，實現能量轉換，開始預熱，直至裝甲鋼母材1表面為暗紅色；感應加熱溫度及時間應該視不同的板厚結合所使用的感應加熱電源功率而定，一般加熱至裝甲鋼表面為紅色即可。步驟6，控制焊槍提升螺柱2，實現引弧，焊接規范窗口為焊接時間1100-1600ms， 焊接電流2000-2600A，拉弧，完成焊接，焊后保持焊槍垂直狀態3-5s，待焊接區域緩慢冷卻后移開。下面結合實施例對本發明做進一步詳細描述。實施例1結合圖1和圖2，以直徑為19mm的錐角150°無螺帽式樣螺柱2與360X 170X45mm 規格裝甲鋼母材1為例，選擇感應加熱溫度為600°，選擇焊接工藝規范窗口為2200A焊接電流、IlOOm焊接時間。首先在焊前對裝甲鋼母材1表面和螺柱2進行化學清洗，具體的清洗工藝為首先打磨除去表面可能存在的比較厚的氧化物，然后用丙酮溶液擦拭表面，放置以待使用。焊接前將裝甲鋼母材1表面及螺柱2用酒精清洗，快速吹干，用焊槍將螺柱2固定在裝甲鋼母材1的表面并且在螺柱2的焊接端套上一個和螺柱2配套的陶瓷環3，在陶瓷環3和裝甲鋼母材1之間填充滿保護劑4 (具體配方為5 %的硅灰石，5 %的螢石，5 %的氧化鎂，5 %的金紅石，5 %的氧化鋁，5 %的錳礦，5 %的氯化鋅，5 %氧化鈦，合金劑60 % )，將高頻感應加熱線圈5加熱螺柱2的焊接端，在感應加熱過程中，對螺柱2實施一個豎直向下的壓力，這樣有利于在裝甲鋼母材1上產生適當的熔深，從而加強焊接接頭的強度，提升螺柱2，引燃電弧，完成焊接后保持螺柱2與裝甲鋼母材1的垂直位置關系3-5s，使熔池冷卻凝固。下分別為采用與未采用本發明，保持其他參數條件不變的情況下焊接的外觀圖， 可以看出圖3較圖4有明顯的焊接環形凸臺，成型美觀，同時凸臺具有強化焊接接頭的作用。下分別為采用與未采用本發明，保持其他參數條件不變的情況下焊接的宏觀斷口圖，可以看出圖5較圖6螺柱與裝甲鋼母材之間的有效結合面積大，實際抗剪強度大。實施例2結合圖1和圖2，以直徑為19mm的錐角150°無螺帽式樣螺柱2與360X 170X45mm 規格裝甲鋼母材1為例，選擇感應加熱溫度為600°，選擇焊接工藝規范窗口為2200A焊接電流、IlOOm焊接時間。首先在焊前對裝甲鋼母材1表面和螺柱2進行化學清洗，具體的清洗工藝為首先打磨除去表面可能存在的比較厚的氧化物，然后用丙酮溶液擦拭表面，放置以待使用。焊接前將裝甲鋼母材1表面及螺柱2用酒精清洗，快速吹干，用焊槍將螺柱2固定在裝甲鋼母材1的表面并且在螺柱2的焊接端套上一個和螺柱2配套的陶瓷環3，在陶瓷環3和裝甲鋼母材1之間填充滿保護劑4 (具體配方為5%的硅灰石，20%的螢石，20%的氧化鎂，5 %的金紅石，10 %的氧化鋁，2 %的錳礦，3 %的氯化鋅，5 %氧化鈦，合金劑30 % )， 將高頻感應加熱線圈5加熱螺柱2的焊接端，在感應加熱過程中，對螺柱2實施一個豎直向下的壓力，這樣有利于在裝甲鋼母材1上產生適當的熔深，從而加強焊接接頭的強度，提升螺柱2，引燃電弧，完成焊接后保持螺柱2與裝甲鋼母材1的垂直位置關系3- ，使熔池冷卻凝固。下分別為采用與未采用本發明，保持其他參數條件不變的情況下焊接的外觀圖， 可以看出圖7較圖8有明顯的焊接環形凸臺，成型美觀，同時凸臺具有強化焊接接頭的作用。下分別為采用與未采用本發明，保持其他參數條件不變的情況下焊接的宏觀斷口圖，可以看出圖9較圖10螺柱與裝甲鋼母材之間的有效結合面積大，實際抗剪強度大，圖9 在螺柱側斷裂較圖10在裝甲鋼母材側斷裂而言，接頭強度與螺柱強度比大于1。實施例3結合圖1和圖2，以直徑為19mm的錐角150°無螺帽式樣螺柱2與360X 170X45mm 規格裝甲鋼母材1為例，選擇感應加熱溫度為600°，選擇焊接工藝規范窗口為2200A焊接電流、IlOOm焊接時間。首先在焊前對裝甲鋼母材1表面和螺柱2進行化學清洗，具體的清洗工藝為首先打磨除去表面可能存在的比較厚的氧化物，然后用丙酮溶液擦拭表面，放置以待使用。焊接前將裝甲鋼母材1表面及螺柱2用酒精清洗，快速吹干，用焊槍將螺柱2固定在裝甲鋼母材1的表面并且在螺柱2的焊接端套上一個和螺柱2配套的陶瓷環3，在陶瓷環3和裝甲鋼母材1之間填充滿保護劑4(具體配方為10%的硅灰石，10%的螢石，15% 的氧化鎂，10%的金紅石，10%的氧化鋁，10%的錳礦，10%的氯化鋅，10%氧化鈦，合金劑 15%),將高頻感應加熱線圈5加熱螺柱2的焊接端，在感應加熱過程中，對螺柱2實施一個豎直向下的壓力，這樣有利于在裝甲鋼母材1上產生適當的熔深，從而加強焊接接頭的強度，提升螺柱2，引燃電弧，完成焊接后保持螺柱2與裝甲鋼母材1的垂直位置關系3-5s，使熔池冷卻凝固。下分別為采用與未采用本發明，保持其他參數條件不變的情況下焊接的外觀圖， 可以看出圖11較圖12有明顯的焊接環形凸臺，成型美觀，同時凸臺具有強化焊接接頭的作用。下分別為采用與未采用本發明，保持其他參數條件不變的情況下焊接的宏觀斷口圖，可以看出圖13較圖14螺柱與裝甲鋼母材之間的有效結合面積大，實際抗剪強度大，圖 13在螺柱側斷裂較圖14在裝甲鋼母材側斷裂而言，接頭強度與螺柱強度比大于1。
權利要求
1.一種裝甲鋼復合熱源螺柱焊方法，其特征在于包括以下步驟步驟1，將螺柱( 加工成無螺帽式樣；步驟2，對螺柱( 及裝甲鋼母材(1)待焊區域進行化學處理；步驟3，將裝甲鋼母材⑴水平放置，在螺柱(2)的錐形端套上陶瓷環(3)，將螺柱⑵ 的錐形端向下垂直放置在裝甲鋼母材(1)上，施以壓力；步驟4，配制保護劑0)，在陶瓷環(3)內填充該保護劑⑷；步驟5，將感應加熱線圈(5)套在螺柱(2)焊接端，并開始預熱；步驟6，提升螺柱O)，拉弧，完成焊接。
2.根據權利要求1所述的裝甲鋼復合熱源螺柱焊方法，其特征在于步驟1中，螺柱(2) 加工成錐角為120° -150°的無螺帽式樣。
3.根據權利要求1所述的裝甲鋼復合熱源螺柱焊方法，其特征在于步驟2中，化學處理時的步驟如下首先分別用丙酮溶液擦拭螺柱(2)及裝甲鋼母材(1)表面去除可能存在的油及銹，之后用酒精擦拭表面以待焊接。
4.根據權利要求1所述的裝甲鋼復合熱源螺柱焊方法，其特征在于步驟4中，保護劑 (4)的配方為5-15%的硅灰石，2-20%的螢石，5-30%的氧化鎂，5-25%的金紅石，2-20% 的氧化鋁，2-20 %的錳礦，3-20 %的氯化鋅，5-20 %氧化鈦，合金劑30-60 %，單位為質量百分比。
5.根據權利要求1或4所述的裝甲鋼復合熱源螺柱焊方法，其特征在于保護劑(4)在 300-400°C烘焙 l_2h。
6.根據權利要求1所述的裝甲鋼復合熱源螺柱焊方法，其特征在于步驟6中，焊接規范窗口為焊接時間1100-1600ms，焊接電流2000-2600A。
全文摘要
本發明公開了一種裝甲鋼復合熱源螺柱焊方法，具體包括以下步驟步驟1、配制保護劑，于300-400℃烘焙1-2h以備使用；步驟2、將螺柱加工成錐角為120°-150°無螺帽式樣；步驟3、對螺柱及母材待焊區域進行化學處理；步驟4、將母材水平放置，將套有匹配陶瓷圈的螺柱的錐形端向下，垂直母材，施以壓力；步驟5、在陶瓷圈內填充保護劑；步驟6、將感應加熱線圈套在螺柱焊接端，并開始預熱；步驟7、提升螺柱，拉弧，完成焊接。本發明可以實現大直徑螺柱與厚大裝甲鋼特殊結構的焊接。
文檔編號B23K9/235GK102489846SQ20111036706
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者張德庫, 沈華, 王克鴻, 高志國, 黃寅卓 申請人:南京理工大學