一种大型轴承保持架铜/钢异质材料焊接工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种大型轴承保持架铜/钢异质材料焊接工艺，属于有色金属异质焊接技术领域。该工艺步骤为:焊接在铝青铜垫块与合金钢的接触面边缘涂抹焊剂，将垫块装配固定在钢主体上，进行80

【技术实现步骤摘要】
一种大型轴承保持架铜/钢异质材料焊接工艺


[0001]本专利技术涉及有色金属异质焊接
，具体涉及一种大型轴承保持架铜/钢异质材料焊接工艺。

技术介绍

[0002]主轴承是大型盾构机的“心脏部件”，其主要有轴承外圈、轴承内圈、内/外圈之间的滚动体和保持架装配构成。保持架是指包裹滚动体，并随之运动的轴承零件，起着隔离滚动体、引导其在滚道内运转、以及提供润滑空间等关键作用。因此，保持架材料需具有高强度、高刚度、良好导热性以及减摩性。传统盾构机轴承的保持架采用钢或铜合金的单一材质，钢耐磨性能和导热性较差，铜合金耐磨性优异，但成本较高、且刚度和韧性较差，均无法满足盾构机轴承的正常使用需求。因此提出在钢本体上焊接铜合金垫块的铜/钢复合制造技术，以发挥两种合金各自优势，如图1所示。然而，要获得保持架铜/钢结构良好的焊缝质量，其难点有两方面：其一，铜/钢间存在物化性能不匹配，工艺窗口选择不当时易引起未熔合、钢侧渗透裂纹、高焊接残余应力等问题；其二，保持架铜/钢焊接结构为部分熔透接头，根部存在缝隙，不仅易造成熔池中合金元素Al、Mn氧化，而且容易引起根部的应力集中。
[0003]本专利技术开展了大型保持架用铝青铜/合金钢异质焊接工艺研究工作，基于研究结果提出了一种大型轴承保持架铜/钢异质焊接工艺，通过该工艺实施，可以获得成型良好、两侧界面完好结合的铝青铜/合金钢异质焊缝。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种大型轴承保持架铜/钢异质材料焊接工艺，通过常规钨极氩弧焊接方法，无需复杂昂贵的保护方式，即可获得成型良好、根部无缺陷的铝青铜/合金钢异质焊缝，焊缝强度高，韧性与母材匹配性好。该工艺特别适用于保持架制造现场的流水线工序。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种大型轴承保持架铜/钢异质材料焊接工艺，所述轴承保持架包括钢保持架本体和铜合金垫块，该工艺是采用钨极氩弧焊接方法将铜合金垫块焊接到钢保持架本体上。
[0007]该工艺包括以下步骤：
[0008](1)焊接前将焊剂涂抹在待焊铜合金垫块底部，再将铜合金垫块按位置要求装配在钢保持架本体上；
[0009](2)对待焊件进行预热处理，当待焊接处温度达到80
‑
150℃之间进行焊接；
[0010](3)焊接：焊接方法为钨极氩弧焊，选用打底焊和填充焊两道焊缝成型，其中：打底焊焊接电流控制在125
‑
150A，填充焊焊接电流控制在140
‑
165A，道间温度控制在80
‑
150℃之间。
[0011]上述步骤(1)中，所述焊剂为冰晶石，在熔池中可增加焊缝流动性，有效提高焊缝质量，提高焊缝纯净度，同时焊剂熔融时产生的表面张力，能够改善焊缝根部形状，降低根
部应力集中，防止裂纹。
[0012]上述步骤(1)中，所述焊剂在使用前先加入酒精调制成糊状物，具体是按每100g冰晶石加入30
‑
50ml无水乙醇搅拌直至均匀粘稠；通过调成糊状物以便于控制涂抹量，避免涂抹过量后在焊缝内形成夹杂，对性能不利；预热处理后，糊状物中的酒精可迅速挥发，使焊剂附着牢固，在翻转、搬运、运输保持架时焊剂剂均不掉落，十分便于保持架铜/钢焊接的现场流水线操作。
[0013]上述步骤(3)焊接时钨极垂直指向根部，确保足够热输入使根部焊合，规定电流上限值，防止合金钢侧熔化过多出现渗透裂纹和凝固裂纹现象。
[0014]上述步骤(3)中，打底焊道和填充焊道采用的电流范围分别为125
‑
145A、146
‑
165A。
[0015]进一步地，所述铜合金垫块的材质为铝青铜，焊接时选择与铝青铜母材同体系的镍铝青铜焊材。
[0016]采用本专利技术工艺焊接后，焊缝的焊接强度优于母材，焊缝杂质含量低。
[0017]本专利技术的设计思想和有益效果如下：
[0018]本专利技术通过使用冰晶石作为铝青铜焊接用焊剂，在熔池中可增加焊缝流动性，有效提高焊缝质量，提高焊缝纯净度，同时利用熔融焊剂来对焊接根部形成保护，阻绝氧气，借助熔融焊剂表面张力有效改善根部形状来降低根部应力集中。在明确焊缝中裂纹缺陷形成机制基础上，通过严格控制工艺窗口来确保焊缝中无裂纹产生，具体的原理如下：
[0019]由于铝青铜中含有10％的铝元素，其属于活泼元素，因此焊接时应特别注意焊缝氧化问题。保持架铜/钢焊接结构属于部分熔透接头，根部存在缝隙难以完全阻绝氧气侵入。本专利技术开焊剂为冰晶石，其在焊接高温作用下呈熔融状态，可以有效阻绝根部空气造成熔池氧化。
[0020]本专利技术采用打底焊+填充焊双层焊接，焊接电流需分别大于125A和140A，是通过限定最小热输入来确保根部的铝青铜和钢基体发生熔化并结合。
[0021]影响焊缝组织性能的关键因素之一是合金钢侧母材熔化量，当焊接热输入过大时，钢基体的熔化量过高，则易产生凝固收缩裂纹。同时，热输入过大时，还会造成液态铜沿钢的焊接热影响区渗入，引起渗透裂纹。因此，本专利技术采用打底焊+填充焊双层焊接，焊接电流需分别不大于150A和165A，确保控制热输入上限，来限制钢基体的熔化量，达到避免凝固裂纹、渗透裂纹的目的。
附图说明
[0022]图1为在钢轴承保持架本体上焊接铜合金垫块组成的铝青铜
‑
合金钢复合保持架示意图。
[0023]图2为实施例1方法焊接后焊缝根部附近形貌及元素检测。
[0024]图3为实施例1方法焊接后焊接接头拉伸断裂后试样。
[0025]图4为对比例1方法焊接后的焊缝根部金相照片。
[0026]图5为对比例2方法焊接后熔池内部的凝固裂纹缺陷及对应元素分布图。
具体实施方式
[0027]以下结合附图和实施例详述本专利技术。
[0028]实施例1
[0029]步骤一：将焊接处的铁锈、油污和水分等清理干净。焊接前取出适量冰晶石粉末，按照每100g冰晶石倒入40ml无水乙醇搅拌直至均匀粘稠得到糊状物。将所得糊状物均匀涂抹在待焊铝青铜垫块的边缘，将铝青铜块按图1位置要求装配在钢保持架本体上；
[0030]步骤二：将铝青铜垫块按位置要求装配完成后，用氧乙炔火焰对焊接部位及周围进行预热处理，当焊接处温度达到100℃时且焊剂中酒精挥发净后进行焊接。焊接母材为铝青铜QAl10
‑5‑
5和低合金钢Q355，焊接材料为SCu6338光焊丝，焊接方法为钨极氩弧焊，选用打底焊+填充焊两道焊缝成型，打底焊焊接电流为140A，填充焊焊接电流为160A，道间温度为80
‑
150℃。
[0031]经过上述方法焊接后，焊缝形貌照片如图2所示，可以看出两侧母材与焊缝熔合良好，没有出现裂纹和氧化问题。图3为焊缝横向拉伸试样拉断后照片，断裂位置均位于母材，焊缝完好，表明焊接强度优于母材，对应断裂强度见表1。表2为焊缝内杂质元素含量的检测结果，可见焊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型轴承保持架铜/钢异质材料焊接工艺，其特征在于：所述轴承保持架包括钢保持架本体和铜合金垫块，该工艺是采用钨极氩弧焊接方法将铜合金垫块焊接到钢保持架本体上。2.根据权利要求1所述的大型轴承保持架铜/钢异质材料焊接工艺，其特征在于：该工艺包括以下步骤：(1)焊接前将焊剂涂抹在待焊铜合金垫块底部，再将铜合金垫块按位置要求装配在钢保持架本体上；(2)对待焊件进行预热处理，当待焊接处温度达到80
‑
150℃之间进行焊接；(3)焊接：焊接方法为钨极氩弧焊，选用打底焊和填充焊两道焊缝成型，其中：打底焊焊接电流控制在125
‑
150A，填充焊焊接电流控制在140
‑
165A，道间温度控制在80
‑
150℃之间。3.根据权利要求2所述的大型轴承保持架铜/钢异质材料焊接工艺，其特征在于：步骤(1)中，所述焊剂为冰晶石，在熔池中可增加焊缝流动性，有效提高焊缝质量，提高焊缝纯净度，同时焊剂熔融时产生的表面张力，能够改善焊缝根部形状，降低根部应力集中，防止裂纹。4.根据权利要求2所述的大型轴承保持架铜/钢异质材料焊接工艺，其特征在于：步骤(1)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴栋，杨帆，胡小强，张驰，陆善平，夏立军，李殿中，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：