电子束填丝工艺对堆焊焊缝成形的研究.pdfVIP

电子束填丝工艺对堆焊焊缝成形的研究 赵健 张秉刚 李晓鹏 冯吉才 (哈尔滨工业大学 先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨 150001) 摘要：本文利用电子束填丝技术在 304 不锈钢基体表面堆焊 ER50-6 焊丝获得堆焊层，并系统地研究了影响堆焊层成形质量的 主要工艺参数.重点讨论了束流、焊接速度、送丝速度、填丝角度、填丝方位和填丝高度对堆焊层宏观质量的影响规律.结果表 明，优化焊接线能量及送丝速度，满足束流、焊接速度和送丝速度的匹配是获得良好焊缝成形的最主要因素，在相同工艺参 数下，焊缝宽度取决于束流，束流越大，焊缝越宽，填丝角度影响着焊缝余高，随填丝角度的增大，余高呈现先减小后增大 的趋势，同时，采用前置填丝方位和小的干伸长更易保证焊接过程的稳定及焊接精度. 关键词：堆焊；电子束填丝；表面改性 0 前言 [1] 堆焊作为材料表面改性的一项重要技术，而广泛应用于冶金、车辆、模具制造修复领域 .钢材因具有 良好的塑韧性及强度而被广泛应用于工业领域，为了进一步提升钢材的应用空间，选择合适堆焊合金层有 利于提高材料的耐磨、耐蚀及高温性能。目前应用较多的堆焊技术包括等离子弧堆焊、焊条电弧堆焊、埋 弧堆焊、TIG 堆焊、氧乙炔喷涂、低真空熔结、碳弧堆焊和激光堆焊技术等[2].电子束填丝堆焊作为一种新 型高质高效堆焊技术与传统堆焊技术相比，其具有加热冷却速度快、易获得细小晶粒、焊接过程稳定、生 产效率高、改善焊缝成形和消除焊接缺陷等优势，具有广阔的应用前景.电子束填丝堆焊作为原型制造技术 的新方法目前主要应用于电子束快速制造领域，而在堆焊修复领域则鲜见报道. 本文旨在研究基于电子束填丝技术所形成堆焊层的主要工艺参数对焊缝宏观成形的影响规律，为后续 电子束填丝技术在异种金属电子束填丝焊接及焊接修复的探索奠定基础. 1 试验方法 试验采用 304 不锈钢板作为基体材料，焊丝为 ER50-6 低碳钢焊丝，具体化学成分如表 1 和 2 所示.304 不锈钢母材和低碳钢焊丝尺寸分别为 150mm×100mm×6mm 和 φ1.2mm，具体焊接过程见图 1.焊前首先采 用机械加工的方法去除 304 钢板表面的氧化物，再用丙酮对试件表面的油污进行清洗，晾干后进行焊接. 表 1 母材的化学成分(质量分数,%) Table 1 Chemical composition of base metal C Si Mn P Cr Ni Cu Fe 0.04 0.60 1.09 0.04 18.29 8.01 0.18 余量 表 2 焊丝的化学成分(质量分数,%) Table 1 Chemical composition of filler wire C Si Mn P S Cr Ni Cu Fe 0.08 0.85 1.48 0.01 0.01 0.01 0.01 0.13 余量 图 1 填丝堆焊示意图 Fig.1 Schematic diagram of surfacing welding with filler wire 本试验采用的送丝机构为自制连续送丝机和送丝铜喷嘴，喷嘴可实现空间 360° 自由旋转，保证任意 角度的精确焊接.焊接设备为 HIT-951 型电子束焊机，加速电压为 60kv，其数控工作台可在 xy 平面内沿 四个方向自由移动，焊接工作高度为250mm，聚焦电流477mA ，采用表面聚焦状态，将工件固定在夹具