專利名稱：一種減少金屬熱裂紋的焊接工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬的焊接技術(shù)，特別是一種減少金屬熱裂紋的方法。
幾十年來(lái)，焊接熱裂紋理論一直是焊接界關(guān)注的主要問(wèn)題之一，而焊接熱裂紋預(yù)防新措施則是焊接工程技術(shù)人員在努力探索的新課題。前者是后者的基礎(chǔ)和指導(dǎo)，而后者又反過(guò)來(lái)檢驗(yàn)前者是否正確。
焊接熱裂紋的產(chǎn)生是由于晶間變形超過(guò)該處晶間變形能力所致。由于產(chǎn)生晶間破壞時(shí)往往伴隨晶粒變形發(fā)生，因此宏觀上測(cè)量的金屬熱塑性實(shí)際上包括晶界變形和晶粒變形兩部分。金屬的熱塑性除主要決定于金屬的成分、組織和溫度外，變形速度也起到重要的作用。變形速度的提高將強(qiáng)化晶界和引起變形向晶內(nèi)轉(zhuǎn)移，它與降低溫度的作用是等效的。
普羅霍羅夫認(rèn)為，隨變形速度增加，晶間變形來(lái)不及充分進(jìn)行，引起金屬熱塑性降低。其示意圖如

圖1所示。從圖1可知，在金屬的熱脆溫度區(qū)(過(guò)去一般稱脆性溫度區(qū)，由于存在兩種類型的脆性溫度，即高溫脆性和低溫脆性，為區(qū)別起見(jiàn)，特把高溫脆性溫度區(qū)稱為熱脆溫度區(qū))內(nèi)，隨變形速度增加，金屬的熱塑性降低，由熱塑性和熱脆溫度區(qū)大小決定的允許變形速率降低，焊接熱裂紋敏感性增加。普羅霍羅夫認(rèn)為，預(yù)熱和緩冷可以降低焊縫金屬的冷卻速度和變形速度，以此手段減少焊接熱裂紋的出現(xiàn)。在許多情況下預(yù)熱和焊后緩冷不僅不降低而且還增加裂紋敏感性。對(duì)此，普羅霍羅夫是無(wú)法解釋的。
本發(fā)明的目的在于提供一種焊接工藝，使得金屬焊接熱裂紋傾向降低。
本發(fā)明提供了一種減少金屬熱裂紋的焊接方法，其特征在于在對(duì)金屬焊接的同時(shí)，對(duì)熔池后部的熱脆溫度區(qū)的金屬進(jìn)行急速冷卻，如在該區(qū)域使用熱管導(dǎo)熱，或向該區(qū)域吹液氮等。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，隨變形速度增加，金屬的熱塑性不是單調(diào)的降低。在熱脆溫度區(qū)上半部，是以晶間變形為主的區(qū)域，此時(shí)增加變形速度將使晶間變形不能充分進(jìn)行，而晶內(nèi)變形又很少發(fā)展，因此熱塑性降低;在熱脆溫度區(qū)下半部，是以晶內(nèi)變形為主的區(qū)域，隨變形速度增加，晶間強(qiáng)化，晶內(nèi)變形發(fā)展，金屬的熱塑性增加，示意圖如圖2所示。從圖2可看出，隨變形速度增加，允許變形速率增加，焊接熱裂紋傾向降低。
下面結(jié)合實(shí)施例詳述本發(fā)明。
實(shí)施例1進(jìn)行了魚骨狀可變拘束裂紋試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖見(jiàn)圖3，1-壓條，2-熱管，3-氬弧焊炬，4-試樣，5-石墨，6-水冷紫銅板。試驗(yàn)材料為30CrMnSiA，厚1.2mm，材料化學(xué)成分如表1所示。用自動(dòng)鎢極氬弧焊進(jìn)行熔敷焊接。焊接規(guī)范見(jiàn)表2。在氬弧焊炬之后用外徑Φ8的熱管進(jìn)行跟蹤冷卻，調(diào)整熱管與焊炬的距離即得到不同的冷卻效果，該距離越小，冷卻效果越大。不加熱管則相當(dāng)于熱管與焊炬距離為無(wú)窮大。每組在相同條件下焊六個(gè)樣品。研究裂紋長(zhǎng)度與熱管距離之間的關(guān)系，結(jié)果如表3和圖4所示。
圖4熱管與鎢極距離對(duì)焊接裂紋長(zhǎng)度的影響表1 30CrMnSiA鋼化學(xué)成分(wt%)<
表2 焊接工藝參數(shù)
<p>表3熱管與鎢極距離對(duì)裂紋長(zhǎng)度的影響 從表3和圖5可知，在所采用的實(shí)驗(yàn)條件下，加熱管都比不加熱管焊接裂紋長(zhǎng)度要短，最短的只相當(dāng)于不加熱管的30%。而且不是熱管距焊炬越近裂紋越短，而是存在某一最佳距離，即當(dāng)這一距離在8～9mm時(shí)，焊接裂紋最短。
金相檢驗(yàn)表明，裂紋沿晶間分布。
在如圖3所示的裝置上進(jìn)行焊縫測(cè)溫試驗(yàn)，由于加熱管、熱電偶無(wú)法從正面插入焊接熔池，故只得從被面插入。將圖3中的石墨板(件5)背面中部加工出槽用杠桿將鉑金-鉑銠熱電偶從背面插入熔池，用X-Y記錄儀記錄，結(jié)果如圖5所示。曲線1為不加熱管，曲線2為加熱管時(shí)的熱循環(huán)曲線。熱管與鎢極的距離為8.5mm。從圖5可知，加熱管后冷卻速度比不加熱管明顯提高，從290℃/s提高到570℃/s。
實(shí)施例2使用焊接熱裂紋敏感性極大的LY12CZ高強(qiáng)鋁合金，其名義化學(xué)成分如表4所示。試板尺寸為長(zhǎng)250mm，寬100mm，厚2.0mm。
用交流鎢極氬弧焊進(jìn)行不填絲熔敷焊接。
表4LY12CZ化學(xué)成分(wt%)成分CuMgMnTiSiZnFeAl含量3.8-4.41.2-1.80.3-0.90.0270.210.09≤0.03余量從板邊緣6.5mm處起弧，起弧后滯后一定時(shí)間移動(dòng)焊炬，保持板邊不熔尺寸為1-1.5mm，焊接寬度為8mm。用熱管跟蹤冷卻焊縫，調(diào)整熱管與鎢極之間的距離，從8到28mm范圍內(nèi)變化，與不加熱管(相當(dāng)于熱管與鎢極之間的距離為∞)進(jìn)行比較。熱管與鎢極之間的距離不同代表焊縫從不同溫度開(kāi)始快冷，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。
表5熱管與鎢極距離對(duì)裂紋長(zhǎng)度的影響 從表2可知，在所采用的實(shí)驗(yàn)條件下，并不是加熱管都能減少焊接熱裂紋。當(dāng)熱管與鎢極間的距離極小(此時(shí)熱管緊貼氬弧焊炬的噴嘴)時(shí)，熱裂紋比不加熱管時(shí)還長(zhǎng)。適當(dāng)增加熱管與鎢極之間的距離，焊接熱裂紋長(zhǎng)度減少。當(dāng)這一距離為28mm時(shí)，熱裂紋長(zhǎng)度只及不加熱管時(shí)的40%左右。
當(dāng)然強(qiáng)力冷卻可能對(duì)所有材料不是都適用，因?yàn)橛行┎牧?，快速冷卻能引起偏析加劇，甚至出現(xiàn)少量低熔共晶，這將對(duì)金屬的熱塑性和焊接熱裂紋敏感性產(chǎn)生明鮮的不利影響。
權(quán)利要求
1.一種減少金屬熱裂紋的焊接工藝方法，其特征在于在對(duì)金屬焊接的同時(shí)，對(duì)熔池后部的熱脆溫度區(qū)的金屬進(jìn)行急速冷卻，如在該區(qū)域使用熱管導(dǎo)熱，或向該區(qū)域吹液氮等。
全文摘要
一種減少金屬熱裂紋的焊接工藝方法，其特征在于在對(duì)金屬焊接的同時(shí)，對(duì)溶池后部的熱脆溫度區(qū)的金屬進(jìn)行急速冷卻，如在該區(qū)域使用熱管導(dǎo)熱，或向該區(qū)域吹液氮等。本發(fā)明所提供的工藝方法可以使得金屬焊接熱裂紋傾向降低。
文檔編號(hào)B23K37/00GK1110206SQ9411018
公開(kāi)日1995年10月18日 申請(qǐng)日期1994年4月11日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月11日
發(fā)明者王者昌, 崔巖, 于爾靖 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所