硬質(zhì)合金與鋼的mig自動焊的焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硬質(zhì)合金與鋼的MIG自動焊的焊接方法，首先分別去除被焊材料的焊接面的表面油污和氧化膜層；其中，被焊材料為硬質(zhì)合金以及鋼，被焊材料的厚度范圍為2-6mm,被焊材料的厚度相同；接著將硬質(zhì)合金以及鋼分別固定在機(jī)器人變位機(jī)的工作臺上，硬質(zhì)合金的焊接面與鋼的焊接面之間的間隙在1mm以內(nèi)；然后，打開保護(hù)氣體，調(diào)節(jié)保護(hù)氣流量，氣體流量為15-25L/min，保護(hù)氣體為氬氣或氦氣；將焊槍移動至被焊材料的焊接面上方開始自動焊接，最后進(jìn)行焊后檢驗。這樣，可有效解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的生產(chǎn)率低、焊接接頭容易產(chǎn)生裂紋等問題，提高硬質(zhì)合金與鋼之間的結(jié)合力，提高硬質(zhì)合金焊接的自動化水平，改善硬質(zhì)合金焊接接頭的強(qiáng)韌性，達(dá)到強(qiáng)度和韌性的一體化。
【專利說明】硬質(zhì)合金與鋼的MIG自動焊的焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及硬質(zhì)合金連接【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，是涉及一種硬質(zhì)合金與鋼的MIG自動焊的焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硬質(zhì)合金的碳化物含量通常在70_97wt%之間，平均晶粒尺寸在0.2 μ m-20 μ m(市場產(chǎn)品)之間，其中WC-Co系硬質(zhì)合金較為常見，常用于工具刃具、油氣運輸工裝設(shè)備的制備等。通常以整體硬質(zhì)合金、碳化鎢涂層、厚板連接件、薄板連接件的形式應(yīng)用；綜合利用了硬質(zhì)合金的強(qiáng)韌性、碳化物涂層的硬度、不銹鋼/碳鋼/因瓦合金等鋼結(jié)構(gòu)，可滿足結(jié)構(gòu)中某些部位耐高溫、耐熱、耐腐蝕等實際需求。為了滿足實際工業(yè)需求，在連接硬質(zhì)合金與鋼的各種方法中，采用燒結(jié)方法是常見的解決方案，如Prakash K Mirchandani, Morris EChandler, Eric W Olsen等發(fā)明的Cemented Carbide - Metallic Alloy (US20090293672A1，2009.12.3)。
[0003]然而，燒結(jié)工藝對產(chǎn)品尺寸有一定的限制；對設(shè)備有嚴(yán)格的要求；而且在燒結(jié)件與基體之間的二次焊接過程中結(jié)合界面會出現(xiàn)裂紋。也就是說，雖然燒結(jié)方法可以較容易地解決硬質(zhì)合金和鋼的結(jié)合問題，但自動化程度低，限制了工業(yè)化生產(chǎn)，而且在燒結(jié)件與其他鋼結(jié)構(gòu)連接過程中也存在很大的裂紋傾向。
[0004]為了解決這些問題,提出了很多實用技術(shù),如A Costa, R M Miranda, L.Quintino提出了 一種激光焊的自動化焊接技術(shù)！Materials Behavior in Laser Welding ofHardmetals to Steel, Materials and Manufacturing Processes, 2006, 21(5), 459-465.利用激光焊方法用于硬質(zhì)合金與鋼的連接解決了硬質(zhì)合金與鋼的連接依賴爐中加熱和尺寸的限制問題，使硬質(zhì)合金和鋼的連接生產(chǎn)進(jìn)入到工業(yè)化自動化階段提供了可能，提出了從控制熱輸入和激光作用位置來控制焊縫質(zhì)量的方法，有效地抑制界面反應(yīng)、提高焊縫強(qiáng)度，但是，由于硬質(zhì)合金與鋼較大的熱脹系數(shù)差異以及焊接過程沒有一定的緩沖材料中間層，接頭硬質(zhì)合金一側(cè)熱影響區(qū)的碳化鎢常發(fā)生大面積溶解，降低了硬質(zhì)合金原有的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種硬質(zhì)合金與鋼的MIG自動焊的焊接方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0007]—種硬質(zhì)合金與鋼的MIG自動焊的焊接方法，該焊接方法的具體步驟為:
[0008]A.表面處理步驟，即分別去除被焊材料的焊接面的表面油污和氧化膜層；
[0009]其中，被焊材料為硬質(zhì)合金以及鋼，被焊材料的厚度相同；
[0010]B.將硬質(zhì)合金以及鋼分別固定在機(jī)器人變位機(jī)的工作臺上，硬質(zhì)合金的焊接面與鋼的焊接面之間的間隙在Imm以內(nèi)；
[0011]C.打開保護(hù)氣體，調(diào)節(jié)保護(hù)氣流量，氣體流量為15-25L/每分鐘，保護(hù)氣體為氬氣或氦氣；
[0012]D.將焊槍移動至被焊材料的焊接面上方開始自動焊接，焊接材料采用直徑為1.2mm的純鎳焊絲；
[0013]當(dāng)所述硬質(zhì)合金的厚度以及鋼的厚度均為X,且2mm≤X < 3mm時，硬質(zhì)合金的焊接面以及鋼的焊接面均不開坡口；或者硬質(zhì)合金的焊接面開20°至40°坡口，鋼的焊接面不開坡口 ；所述焊接電流為90-120A，焊接電壓為18-20V，焊接速度為40-45cm/每分鐘，焊絲的送絲速度為2-2.5m/每分鐘；
[0014]或者,所述硬質(zhì)合金的厚度以及鋼的厚度均為X,且3mm≤X < 5mm時，所述硬質(zhì)合金的焊接面以及鋼的焊接面開設(shè)對稱的坡口，所述坡口的角度范圍為20°至40° ;所述焊接電流為120-160A，焊接電壓為20-24V，焊接速度為35-40cm/每分鐘，焊絲的送絲速度為3.0-3.7m/每分鐘。
[0015]又或者，所述硬質(zhì)合金的厚度以及鋼的厚度均為X，且5mm≤X≤6mm時，所述硬質(zhì)合金的焊接面以及鋼的焊接面開設(shè)對稱的坡口，所述坡口的角度范圍為20°至40° ;所述焊接電流為120-180A，焊接電壓為22-24V，焊接速度為35_40cm/每分鐘，焊絲的送絲速度為3.0-3.7m/每分鐘。
[0016]E.焊接結(jié)束后，進(jìn)彳T焊后檢驗。
[0017]所述步驟A進(jìn)一步包括以下步驟；在被焊材料的焊接面的表面去除油污和氧化膜層后，將預(yù)制納米鎳粉中間層涂在焊接面上。
[0018]所述硬質(zhì)合金為WC-Co系硬質(zhì)合金，粘結(jié)相為鈷,硬質(zhì)相為微米級碳化鎢,碳化鎢的成分范圍為70-97wt%。
[0019]所述硬質(zhì)合金其成分為碳化鶴92wt%、鈷8wt%。
[0020]所述鋼包括普通碳鋼、不銹鋼、因瓦合金以及可伐合金。
[0021]所述硬質(zhì)合金的厚度以及鋼的厚度均為X,且5_ ^ X ^ 6mm時,所述硬質(zhì)合金的底面上以及鋼的底面上均設(shè)有高度相等的鈍邊，所述鈍邊的高度范圍為0-lmm。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明在一種硬質(zhì)合金與鋼的MIG自動焊的焊接方法，利用純鎳作為填充材料，減小由于硬質(zhì)合金與鋼熱脹系數(shù)等物理化學(xué)性能差異過大而引起的裂紋等缺陷。這樣，不僅有效解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的生產(chǎn)率低、焊接接頭容易產(chǎn)生裂紋等問題，而且還有效提高硬質(zhì)合金與鋼之間的結(jié)合力，提高硬質(zhì)合金焊接的自動化水平，改善硬質(zhì)合金焊接接頭的強(qiáng)韌性，達(dá)到強(qiáng)度和韌性的一體化，本發(fā)明的焊接方法可以廣泛用于硬質(zhì)合金的加工。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為實現(xiàn)本發(fā)明的硬質(zhì)合金機(jī)器人MIG自動化焊接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為圖1中的硬質(zhì)合金21以及鋼22的放大示意圖；
[0025]圖3為表1中的A-1焊接條件下的正面焊縫成形示意圖；
[0026]圖4為表1中的A-1焊接條件下的背面焊縫成形示意圖；
[0027]圖5為表1中的A-2焊接條件下的正面焊縫成形示意圖；
[0028]圖6為表1中的A-2焊接條件下的背面焊縫成形示意圖；
[0029]圖7為表1中的B-1焊接條件下的正面焊縫成形示意圖；[0030]圖8為表1中的B-1焊接條件下的背面焊縫成形示意圖；
[0031]圖9為表1中的B-2焊接條件下的正面焊縫成形示意圖；
[0032]圖10為表1中的B-2焊接條件下的背面焊縫成形示意圖；
圖11為表1中的C-1焊接條件下的正面焊縫成形示意圖；
圖12為表1中的C-1焊接條件下的背面焊縫成形示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖以及實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0034]如圖1、圖2所示的硬質(zhì)合金機(jī)器人MIG自動化焊接示意圖，焊接機(jī)器人11與焊機(jī)12相連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，將被焊材料按照要求切割并進(jìn)行焊前處理后按照裝配要求(被焊材料之間可以留O-1mm的間隙以便于成形)固定在機(jī)器人變位機(jī)13上；由焊接機(jī)器人11附帶的送絲機(jī)構(gòu)14完成焊絲15的填送；焊機(jī)12向機(jī)器人中輸入程序，插入工藝參數(shù)，由焊機(jī)實時控制工藝參數(shù)的運行，焊接機(jī)器人11執(zhí)行自動化焊接；其他的如附件設(shè)備16是指焊接過程中的測溫、圖像采集等相關(guān)設(shè)備；焊接完成后對試樣進(jìn)行微觀成形分析。
[0035]由上述硬質(zhì)合金機(jī)器人MIG自 動化焊接的焊接方法如下:
[0036]A.表面處理步驟，即分別去除被焊材料的焊接面的表面油污和氧化膜層；
[0037]其中，被焊材料為硬質(zhì)合金21以及鋼22，被焊材料的厚度范圍為2_6mm，被焊材料的厚度相同；
[0038]B.將硬質(zhì)合金21以及鋼22分別固定在機(jī)器人變位機(jī)的工作臺上，硬質(zhì)合金21的焊接面與鋼22的焊接面之間的間隙24在Imm以內(nèi)；
[0039]C.打開保護(hù)氣體，調(diào)節(jié)保護(hù)氣流量，氣體流量為15-25L/每分鐘，保護(hù)氣體為氬氣或氦氣；
[0040]D.將焊槍111移動至被焊材料的焊接面上方開始自動焊接，焊接材料采用直徑為
1.2mm的純鎳焊絲,其中:
[0041]I)硬質(zhì)合金的厚度以及鋼的厚度均為X，且2mm≤x < 3mm時，硬質(zhì)合金的焊接面以及鋼的焊接面均不開坡口；或者硬質(zhì)合金的焊接面開20°至40°坡口，鋼的焊接面不開坡口 ；焊接電流為90-120A，焊接電壓為18-20V，焊接速度為40-45cm/每分鐘，焊絲的送絲速度為2-2.5m/每分鐘。
[0042]2)硬質(zhì)合金的厚度以及鋼的厚度均為X,且3mm ≤x < 5mm時，所述硬質(zhì)合金的焊接面以及鋼的焊接面開設(shè)對稱的坡口，所述坡口的角度范圍為20°至40° ;焊接電流為120-160A，焊接電壓為20-24V，焊接速度為35_40cm/每分鐘，焊絲的送絲速度為3.0-3.7m/每分鐘。
[0043]3)硬質(zhì)合金的厚度以及鋼的厚度均為X,且5mm ≤ x ≤6mm時，所述硬質(zhì)合金的焊接面以及鋼的焊接面開設(shè)對稱的坡口，所述坡口的角度范圍為20°至40° ;所述焊接電流為120-180A，焊接電壓為22-24V，焊接速度為35-40cm/每分鐘，焊絲的送絲速度為
3.0-3.7m/ 每分鐘。
[0044]較佳地，所述硬質(zhì)合金的底面上以及鋼的底面上均設(shè)有高度相等的鈍邊23，所述鈍邊的高度范圍為0-lmm，防止根部燒穿。
[0045]需要說明的是，在2mm < X < 5mm時，硬質(zhì)合金的底面上以及鋼的底面上不需要鈍邊。[0046]E.焊接結(jié)束后，進(jìn)打焊后檢驗。
[0047]步驟A進(jìn)一步包括以下步驟；在被焊材料的焊接面的表面去除油污和氧化膜層后，將預(yù)制納米鎳粉中間層涂在焊接面上。
[0048]所述硬質(zhì)合金為WC-Co系硬質(zhì)合金,粘結(jié)相為鈷，硬質(zhì)相為微米級碳化鶴，碳化鶴的成分范圍為70-97wt%。在以下實施例中所采用的YG8硬質(zhì)合金其成分為碳化鎢92wt%、鈷 8wt%。
[0049]鋼包括普通碳鋼、不銹鋼、因瓦合金以及可伐合金。
[0050]再請參見表1所示的鋼焊接實驗表，其中具體表述了 5種不同條件下鋼焊接實驗參數(shù)，
[0051]表1
[0052]
【權(quán)利要求】
1.一種硬質(zhì)合金與鋼的MIG自動焊的焊接方法，其特征在于: 該焊接方法的具體步驟為: A.表面處理步驟，即分別去除被焊材料的焊接面的表面油污和氧化膜層； 其中，被焊材料為硬質(zhì)合金以及鋼，被焊材料的厚度相同； B.將硬質(zhì)合金以及鋼分別固定在機(jī)器人變位機(jī)的工作臺上，硬質(zhì)合金的焊接面與鋼的焊接面之間的間隙在Imm 以內(nèi)； C.打開保護(hù)氣體，調(diào)節(jié)保護(hù)氣流量，氣體流量為15-25L/每分鐘，保護(hù)氣體為氬氣或氦氣; D.將焊槍移動至被焊材料的焊接面上方開始自動焊接，焊接材料采用直徑為1.2mm的純鎳焊絲； 當(dāng)所述硬質(zhì)合金的厚度以及鋼的厚度均為X，且2_≤ X < 3mm時，硬質(zhì)合金的焊接面以及鋼的焊接面均不開坡口；或者硬質(zhì)合金的焊接面開20°至40°坡口，鋼的焊接面不開坡口 ；所述焊接電流為90-120A，焊接電壓為18-20V，焊接速度為40-45cm/每分鐘，焊絲的送絲速度為2-2.5m/每分鐘； 或者，所述硬質(zhì)合金的厚度以及鋼的厚度均為X，且3mm≤X < 5mm時，所述硬質(zhì)合金的焊接面以及鋼的焊接面開設(shè)對稱的坡口，所述坡口的角度范圍為20°至40° ;所述焊接電流為120-160A，焊接電壓為20-24V，焊接速度為35-40cm/每分鐘，焊絲的送絲速度為3.0-3.7m/ 每分鐘。 又或者，所述硬質(zhì)合金的厚度以及鋼的厚度均為X，且5_≤X ≤ 6mm時，所述硬質(zhì)合金的焊接面以及鋼的焊接面開設(shè)對稱的坡口，所述坡口的角度范圍為20°至40° ;所述焊接電流為120-180A，焊接電壓為22-24V，焊接速度為35-40cm/每分鐘，焊絲的送絲速度為3.0-3.7m/ 每分鐘。 E.焊接結(jié)束后，進(jìn)打焊后檢驗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接方法，其特征在于: 所述步驟A進(jìn)一步包括以下步驟；在被焊材料的焊接面的表面去除油污和氧化膜層后，將預(yù)制納米鎳粉中間層涂在焊接面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接方法，其特征在于: 所述硬質(zhì)合金為WC-Co系硬質(zhì)合金，粘結(jié)相為鈷，硬質(zhì)相為微米級碳化鎢，碳化鎢的成分范圍為70-97wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的焊接方法，其特征在于: 所述硬質(zhì)合金其成分為碳化鶴92wt%、鈷8wt%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接方法，其特征在于: 所述鋼包括普通碳鋼、不銹鋼、因瓦合金以及可伐合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接方法，其特征在于: 所述硬質(zhì)合金的厚度以及鋼的厚度均為X，且5_ ^ X ^ 6mm時,所述硬質(zhì)合金的底面上以及鋼的底面上均設(shè)有高度相等的鈍邊，所述鈍邊的高度范圍為0-lmm。
【文檔編號】B23K9/23GK103537783SQ201310485020
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】馬丁, 徐培全, 王臻杰, 蔣天穎, 張宏鵬, 徐振, 曹曉蓮 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)