一种超声脉冲mag复合焊接超高强钢的方法
阅读说明：本技术 一种超声脉冲mag复合焊接超高强钢的方法 (Method for ultrasonic pulse MAG composite welding of ultrahigh-strength steel ) 是由 郭浩然 王刚 付知易 张闰勃 李静 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：一种超声脉冲MAG复合焊接超高强钢的方法,本发明涉及超声脉冲MAG复合焊接领域。本发明要解决现有方法焊接高强钢易产生气孔等缺陷,焊缝强度低的技术问题。方法：一、焊接前加工坡口；二、将待焊工件进行预热；三、将超声装置固定；四、调整焊接工艺参数及超声参数；五、采用MAG焊接机器人进行多层多道焊接,同时开启超声装置；六、消氢处理。本发明在MAG焊接过程中引入了超声振动和脉冲搅拌两种利于增加熔池流动性的方法,解决了焊接气孔,裂纹的同时,超声振动还能对熔池中先形成的树枝晶进行破碎,增加熔池形核基地与形核数量,细化焊缝晶粒尺寸,提高铝合金焊接接头力学性能。本发明应用于防弹车辆超高强钢焊接生产领域。(The invention discloses a method for ultrasonic pulse MAG composite welding of ultrahigh-strength steel, and relates to the field of ultrasonic pulse MAG composite welding. The invention aims to solve the technical problems that the high-strength steel welded by the existing method is easy to generate air holes and the like, and the weld joint strength is low. The method comprises the following steps: firstly, processing a groove before welding; secondly, preheating a workpiece to be welded; thirdly, fixing the ultrasonic device; fourthly, adjusting welding process parameters and ultrasonic parameters; fifthly, performing multilayer multi-pass welding by adopting an MAG welding robot, and simultaneously starting an ultrasonic device; sixthly, hydrogen elimination treatment. The ultrasonic vibration and the pulse stirring are introduced into the MAG welding process, so that the method is beneficial to increasing the fluidity of the molten pool, the problem of welding pores and cracks is solved, meanwhile, the ultrasonic vibration can also crush dendrites formed in the molten pool, the nucleation bases and the number of nucleation of the molten pool are increased, the grain size of a welding line is refined, and the mechanical property of an aluminum alloy welding joint is improved. The method is applied to the field of welding production of the bulletproof vehicle ultrahigh-strength steel.)
技术领域
本发明涉及超声脉冲MAG复合焊接领域。
背景技术
装甲车高强钢防护钢板应用越来越广泛，如今不仅仅应用于军事领域，而且目前各大汽车品牌也相继使用防护钢板，推出了高防护性能的车辆。目前大多采用较为先进的抗拉强度1500MPa以上超高强度防弹钢板，并且向高硬度及超高硬度方向发展。防弹钢板硬度超过一定值后，穿甲时弹丸变形或破碎，随着硬度提高，抗弹性能将大幅度地提高。本发明研究的VR9级防护钢板，即能抵抗7.62×51mm口径子弹十米距离三次射击。
然而由于强度、硬度和碳当量都很高，在焊接热循环过程中所遇到的不可避免的问题是焊接裂纹的产生，其中包括热裂纹，延迟裂纹，焊接热影响区晶粒粗化、从而引起热影响区的局部软化。这种现象，随焊接热输入的增加逐渐严重。随着硬度降低，装甲钢板的抗弹性能降低，使其成为防护车辆抗弹性能最为薄弱的环节,所以选择合适的焊接方法与工艺对于改善防护钢板性能极为重要。
目前，超高强钢的焊接方法有很多，包括了激光焊接，激光MAG复合焊接，TIG焊接，K-TIG焊，手工电弧焊和CO2气体保护焊等，激光焊接中，回火区的马氏体发生分解，晶间析出了网状渗碳体，其硬度及冲击韧性比母材及焊缝中心明显降低，防弹性能不足等问题。
发明内容
本发明要解决现有方法焊接高强钢易产生气孔等缺陷，焊缝强度低的技术问题，而提供一种超声脉冲MAG复合焊接超高强钢的方法。
一种超声脉冲MAG复合焊接超高强钢的方法，具体按以下步骤进行：
一、将待焊工件的待焊接部位进行坡口加工，对待焊区域进行去污清理，然后固定在焊接工装夹具上；
二、将步骤一处理后的待焊工件进行预热，控制预热宽度为距坡口边缘60～80mm的范围；
三、在沿焊接方向上固定超声装置，控制超声波振动工具头与待焊工件的距离为20～50mm，超声波振动工具头与待焊工件的接触压力为0.2～0.6MPa；
四、调整焊接工艺参数及超声参数：
打底焊：焊丝直径1.2mm，脉冲MAG基值电流为50～100A，峰值电流100～200A，脉冲频率50～200Hz，焊接速度为50～500mm/min，保护气采用Ar和CO2的混合气体，控制保护气流量为20～25L/min；
填充焊：焊丝直径1.2mm，脉冲MAG基值电流为100～150A，峰值电流200～300A，脉冲频率50～200Hz，焊接速度为50～500mm/min，保护气采用Ar和CO2的混合气体，控制保护气流量为15～20L/min；
超声波振动工具头的振幅为5～10um，振动频率为50～200kHz；
五、采用直流反接对步骤一固定的待焊工件进行施焊，获得焊接件；
六、焊后消氢处理：
将步骤五施焊的焊接件进行保温消氢处理，完成该方法。
步骤五施焊采用MAG焊接机器人进行多层多道焊接，同时开启超声装置。
进一步的，步骤一所述待焊工件为PRO500S防弹钢，厚度为6～10mm。
PRO500S防弹钢的成分按质量百分含量，C为0.24～0.38％，Si为0.5％，Mn为1.10～1.70％，P为0.025％，S为0.035％，Ni为1.2％，Cr为0.30～1.20％，Mo为0.8％，B为0.002～0.005％和余量为Fe，且存在不可避免的杂质；
PRO500S防弹钢的屈服强度1500MPa，抗拉强度2000MPa。
进一步的，步骤一加工的坡口为V型坡口、U型坡口或Y型坡口。
进一步的，步骤一控制坡口角度为40～60°，对接接头的间隙为1～2mm，坡口钝边高度为0～2mm。
进一步的，步骤一将加工坡口的两侧表面进行打磨或清洗，坡口表面露出金属光泽，对待焊区域50mm范围内的铁锈、油渍清除干净。
进一步的，步骤二控制预热温度为200～300℃。
进一步的，步骤四所述焊丝为ER100S-G焊丝或ER120S-G焊丝。
ER100S-G焊丝的成分按质量百分含量，C为0.11％，Si为0.50～0.80％，Mn为1.40～1.80％，P为0.025％，S为0.025％，Ni为1.20～1.55％，Mo为0.3～0.6％和余量为Fe，且存在不可避免的杂质。其熔敷金属力学性能为：抗拉强度≥745MPa，屈服强度≥630MPa。
ER120S-G焊丝的成分按质量百分含量，C为0.1％，Si为0.8％，Mn为1.8％，P为0.025％，S为0.025％，Cr为0.35％，Ni为2.25％，Mo为0.6％和余量为Fe，且存在不可避免的杂质。其熔敷金属力学性能为：抗拉强度≥915MPa，屈服强度≥960MPa。
本发明的有益效果是：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种超声脉冲MAG复合焊接超高强钢的方法。该方法在目前工艺相对稳定的MAG焊接基础上进行优化改进，其中超声-MAG电弧复合焊接将超声的优点引入到焊接过程中，并且在细化晶粒方面取得了显著的成绩，在焊接时金属熔体在凝固过程中，超声的声流作用和空化作用能够使刚刚长大晶枝脱离长大的基体，形成新的形核质点，从而起到了细化晶粒的作用，还可以利用超声能量促进熔滴过渡的方法，对比普通MAG焊接，熔滴尺寸更小，过渡频率更快，焊接效率增加。焊枪结构类似单轴声悬浮系统，在声发射端与被焊接工件之间的区域产生电弧。超声加入后焊接电弧会出现压缩，飞溅减弱，气孔减少。所以采用超声MAG焊接高强度防护钢板可以改善传统方法的不足，提高焊接接头性能。
本发明利用频率为50kHz～200kHz的超声波振源与脉冲MAG焊接相结合对超刚强钢板进行焊接，即在MAG焊接过程中引入了超声振动和脉冲搅拌两种利于增加熔池流动性的方法，有效地解决了焊接气孔，裂纹的同时，超声振动还能对熔池中先形成的树枝晶进行破碎，增加熔池形核基地与形核数量，细化焊缝晶粒尺寸，提高铝合金焊接接头力学性能。
本发明应用于防弹车辆超高强钢焊接生产领域。
附图说明
图1为实施例超声辅助脉冲MAG焊接装置结构示意图；
图2为实施例超声辅助脉冲MAG焊接装置设备分布图；
图3为实施例一焊接焊缝的金相照片；
图4为实施例一焊接焊缝无损检测照片。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种超声脉冲MAG复合焊接超高强钢的方法，具体按以下步骤进行：
一、将待焊工件的待焊接部位进行坡口加工，对待焊区域进行去污清理，然后固定在焊接工装夹具上；
二、将步骤一处理后的待焊工件进行预热，控制预热宽度为距坡口边缘60～80mm的范围；
三、在沿焊接方向上固定超声装置，控制超声波振动工具头与待焊工件的距离为20～50mm，超声波振动工具头与待焊工件的接触压力为0.2～0.6MPa；
四、调整焊接工艺参数及超声参数：
打底焊：焊丝直径1.2mm，脉冲MAG基值电流为50～100A，峰值电流100～200A，脉冲频率50～200Hz，焊接速度为50～500mm/min，保护气采用Ar和CO2的混合气体，控制保护气流量为20～25L/min；
填充焊：焊丝直径1.2mm，脉冲MAG基值电流为100～150A，峰值电流200～300A，脉冲频率50～200Hz，焊接速度为50～500mm/min，保护气采用Ar和CO2的混合气体，控制保护气流量为15～20L/min；
超声波振动工具头的振幅为5～10um，振动频率为50～200kHz；
五、采用直流反接对步骤一固定的待焊工件进行施焊，获得焊接件；
六、焊后消氢处理：
将步骤五施焊的焊接件进行保温消氢处理，完成该方法。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述待焊工件为PRO500S防弹钢。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一加工的坡口为V型坡口、U型坡口或Y型坡口。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一控制坡口角度为40～60°，对接接头的间隙为1～2mm，坡口钝边高度为0～2mm。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一将加工坡口的两侧表面进行打磨或清洗，坡口表面露出金属光泽，对待焊区域50mm范围内的铁锈、油渍清除干净。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二控制预热温度为200～300℃。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤四调整：
打底焊：焊丝直径1.2mm，脉冲MAG基值电流为70～100A，峰值电流120～200A，脉冲频率100～200Hz，焊接速度为100～500mm/min，保护气采用Ar和CO2的混合气体，控制保护气流量为20～25L/min。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤四调整：
打底焊：焊丝直径1.2mm，脉冲MAG基值电流为80～100A，峰值电流160～200A，脉冲频率150～200Hz，焊接速度为300～500mm/min，保护气采用Ar和CO2的混合气体，控制保护气流量为20～25L/min；
填充焊：焊丝直径1.2mm，脉冲MAG基值电流为120～150A，峰值电流250～300A，脉冲频率150～200Hz，焊接速度为300～500mm/min，保护气采用Ar和CO2的混合气体，控制保护气流量为15～20L/min；
超声波振动工具头的振幅为5～10um，振动频率为150～200kHz。其它与具体实施方式一至三七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四调整：
打底焊：焊丝直径1.2mm，脉冲MAG基值电流为90～100A，峰值电流180～200A，脉冲频率180～200Hz，焊接速度为400～500mm/min，保护气采用Ar和CO2的混合气体，控制保护气流量为20～25L/min；
填充焊：焊丝直径1.2mm，脉冲MAG基值电流为140～150A，峰值电流280～300A，脉冲频率180～200Hz，焊接速度为400～500mm/min，保护气采用Ar和CO2的混合气体，控制保护气流量为15～20L/min；
超声波振动工具头的振幅为5～10um，振动频率为180～200kHz。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤四所述焊丝为ER100S-G焊丝或ER120S-G焊丝。其它与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤四所述保护气中氩气体积含量为75～95％，二氧化碳体积含量为5～25％。其它与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：步骤五在填控制充焊时，控制层间温度为200～250℃。其它与具体实施方式一至十一之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是：步骤六消氢处理控制温度高于150℃，时间≥4h。其它与具体实施方式一至十二之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例超声辅助脉冲MAG焊接装置：两个待焊钢板2按照对接的形式固定在数控工作台9上，MIG焊枪3固定在行走机构13，并垂直于待焊钢板2的正面，MIG焊枪3中安装焊丝4：超声波振动工具头5置于待焊钢板2的正面、焊缝1的侧面，超声波振动工具头5与变幅杆6连接，变幅杆6与换能器7连接，换能器7通过传输线8与超声波发生器1l连接。
所述MIG焊枪3与弧焊机14连接，弧焊机14通过管道与焊接气体15连接。
所述超声波发生器11与超声波发生器外接控制系统12连接，超声波发生器11通过电源线10与超声波发生器外接电源17连接，所述数控工作台9和行走机构13与数控操作柜16连接。
实施例一：
本实施例一种超声脉冲MAG复合焊接超高强钢的方法，具体按以下步骤进行：
一、将待焊工件的待焊接部位进行坡口加工，坡口为V型坡口，控制坡口角度为60°，对接接头的间隙为1mm，坡口钝边高度为1mm，对待焊区域进行去污清理，将加工坡口的两侧表面进行打磨或清洗，坡口表面露出金属光泽，对待焊区域50mm范围内的铁锈、油渍清除干净，然后固定在焊接工装夹具上；所述待焊工件为两块厚度为8.2mm的PRO500S防弹钢板；
二、将步骤一处理后的待焊工件进行预热，预热至250℃，控制预热宽度为距坡口边缘80mm的范围；
三、在沿焊接方向上固定超声装置，控制超声波振动工具头与待焊工件的距离为20mm，超声波振动工具头与待焊工件的接触压力为0.6MPa；
四、调整焊接工艺参数及超声参数：
打底焊：ER-100S焊丝直径1.2mm，脉冲MAG基值电流为100A，峰值电流150A，脉冲频率50Hz，焊接速度为500mm/min，保护气采用Ar和CO2的混合气体，控制保护气流量为20L/min；
填充焊：ER-100S焊丝直径1.2mm，脉冲MAG基值电流为150A，峰值电流250A，脉冲频率50Hz，焊接速度为500mm/min，保护气采用Ar和CO2的混合气体，控制保护气流量为15L/min；
超声波振动工具头的振幅为10um，振动频率为200kHz；
所述保护气中氩气体积含量为95％，二氧化碳体积含量为5％；
五、采用直流反接对步骤一固定的待焊工件进行施焊，获得焊接件；步骤四在填控制充焊时，控制层间温度为200℃。
六、焊后消氢处理：
将步骤五施焊的焊接件进行保温消氢处理，控制温度160℃，保温4h；完成该方法。
图3为本实施例焊接焊缝的金相照片。
图4为本实施例焊接焊缝无损检测照片。
从图中可以看出，焊缝整体均匀，无粗大晶粒缺陷，达到细化晶粒的效果，并且焊缝质量高，表面无裂纹、无气孔。
实施例二：
本实施例一种超声脉冲MAG复合焊接超高强钢的方法，具体按以下步骤进行：
一、将待焊工件的待焊接部位进行坡口加工，坡口为V型坡口，控制坡口角度为60°，对接接头的间隙为1mm，坡口钝边高度为1mm，对待焊区域进行去污清理，将加工坡口的两侧表面进行打磨或清洗，坡口表面露出金属光泽，对待焊区域50mm范围内的铁锈、油渍清除干净，然后固定在焊接工装夹具上；所述待焊工件为两块厚度为8.2mm的PRO500S防弹钢板；
二、将步骤一处理后的待焊工件进行预热，预热至300℃，控制预热宽度为距坡口边缘80mm的范围；
三、在沿焊接方向上固定超声装置，控制超声波振动工具头与待焊工件的距离为20mm，超声波振动工具头与待焊工件的接触压力为0.6MPa；
四、调整焊接工艺参数及超声参数：
打底焊：ER-120S焊丝直径1.2mm，脉冲MAG基值电流为150A，峰值电流200A，脉冲频率100Hz，焊接速度为500mm/min，保护气采用Ar和CO2的混合气体，控制保护气流量为20L/min；
填充焊：ER-120S焊丝直径1.2mm，脉冲MAG基值电流为180A，峰值电流280A，脉冲频率100Hz，焊接速度为500mm/min，保护气采用Ar和CO2的混合气体，控制保护气流量为15L/min；
超声波振动工具头的振幅为10um，振动频率为200kHz；
所述保护气中氩气体积含量为95％，二氧化碳体积含量为5％；
五、采用直流反接对步骤一固定的待焊工件进行施焊，获得焊接件；步骤四在填控制充焊时，控制层间温度为200℃。
六、焊后消氢处理：
将步骤五施焊的焊接件进行保温消氢处理，控制温度160℃，保温4h；完成该方法。
通过抗拉强度测试实施例一和实施例二焊接钢板的抗拉强度可以达到1400-1600MPa，均达到母材抗拉强度的70％，可以满足防弹钢焊缝的使用要求。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种反变形装配线