用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接材料及焊接工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接材料與焊接工藝，所述焊接材料化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：C：0.04%~0.8%，Ni：2.2%~2.7%，Mn：1.55~1.9%，Mo：0.5%~0.6%，Cr：1.3%~1.5%,S≤0.015%，P≤0.15%，余量為Fe與微量元素；該穩(wěn)定桿的焊接工藝包括：首先將待焊的片簧開好坡口，對(duì)片簧和軸套進(jìn)行預(yù)熱，用夾具對(duì)片簧和軸套進(jìn)行固定，進(jìn)行激光?MIG復(fù)合焊接，焊后進(jìn)行緩冷處理；然后將扭桿11與片簧進(jìn)行裝夾固定，對(duì)焊縫處進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱完成后進(jìn)行激光?MIG復(fù)合焊接，焊后進(jìn)行緩冷處理；使用該材料與焊接工藝的穩(wěn)定桿焊后焊縫成型美觀，疲勞循環(huán)次數(shù)達(dá)到27萬次。
【專利說明】
用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接材料及焊接工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于焊接領(lǐng)域，特別涉及一種用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接材料與焊接工〇【背景技術(shù)】
[0002]隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和人們消費(fèi)水平的提高，汽車作為越來越普及的交通運(yùn)輸工具，在人們?nèi)粘Ｉ詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)中扮演著重要的角色，給人類生活帶來了極大的便利。橫向穩(wěn)定桿技術(shù)是指在車輛上安裝橫向穩(wěn)定桿，來提高懸架系統(tǒng)的側(cè)傾剛度，能使車輛在行駛時(shí)更加舒適、穩(wěn)定，翻車機(jī)率大大降低?？招臋M向穩(wěn)定桿較實(shí)心橫向穩(wěn)定桿最顯著的優(yōu)勢(shì)是能有效地減輕其重量，從而達(dá)到汽車輕量化的目標(biāo)，減少能耗。
[0003]空心橫向穩(wěn)定桿是由軸套、片簧和扭桿三部分焊接而成，其材料分為三種成分不同的彈簧鋼。異種鋼在焊接的過程中，由于材料的線膨脹系數(shù)不同，可能引起難以消除熱應(yīng)力;可能會(huì)產(chǎn)生新的組織或者化合物，造成接頭性能惡化;異種材料焊接熔合區(qū)和熱影響區(qū)的力學(xué)性能較差，容易產(chǎn)生韌性和塑性下降等問題。接頭形式為角接接頭，焊接難度大，成型困難，坡口大工作量多。對(duì)空心橫向穩(wěn)定桿的焊接不但要滿足高性能的焊接質(zhì)量，還要盡可能減小焊縫形成的熱量以減少焊接變形，同時(shí)焊接接頭還要保持美觀平滑。目前國內(nèi)對(duì)于空心橫向穩(wěn)定桿激光-MIG復(fù)合焊接的焊絲與焊接工藝還未見報(bào)道。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種能提高空心橫向穩(wěn)定桿焊縫疲勞強(qiáng)度的焊接材料與焊接工藝。
[0005]本發(fā)明提供的用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接材料，所述橫向穩(wěn)定桿包括用于橫向空心穩(wěn)定桿的軸套9、片簧10和扭桿11，所述軸套9、片簧10和扭桿11為三種彈簧鋼，焊接三種彈簧鋼的焊接材料，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C:0.04%~0.8%,Ni:2.2%~2.7%,Mn:1.55~1.9%,Mo:0.5%~0.6%,Cr:1.3%~1.5%,S ^ 0.015%，P彡0.15%，余量為Fe與微量元素。
[0006]—種用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接工藝，該工藝包括:首先將待焊的片簧開好坡口， 對(duì)片簧和軸套進(jìn)行預(yù)熱，用夾具對(duì)片簧和軸套進(jìn)行固定，進(jìn)行激光-MIG復(fù)合焊接，焊后進(jìn)行緩冷處理;然后將扭桿11與片簧進(jìn)行裝夾固定，對(duì)焊縫處進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱完成后進(jìn)行激光-MIG復(fù)合焊接，焊后進(jìn)行緩冷處理。
[0007]所述坡口為單邊坡口，片簧10和軸套9連接處焊縫為環(huán)焊縫，雙面焊接，坡口角度為30°。[〇〇〇8]所述焊前預(yù)熱溫度為270?370°C。
[0009]所述軸套與片簧焊接順序依次為:將兩個(gè)片簧的兩端分別與軸套焊接，第一軸套焊縫1進(jìn)行打底，第二軸套焊縫2進(jìn)行打底;加工第一軸套焊縫1的蓋面層、第二軸套焊縫2的蓋面層;對(duì)第一片簧的第一焊縫3的打底層，第二片簧的第一焊縫4的打底層;加工第一片簧的第一焊縫3的蓋面層，加工第二片簧的第一焊縫4的蓋面層。
[0010]所述片簧和軸套的激光-MIG復(fù)合焊接的焊接參數(shù)為:焊接層數(shù)為2層，光絲間距為 1.5mm;電弧在前，打底焊的激光功率為3600~3800W，電流180 ± 10A，電壓20.3 ± IV，焊接速度0.95m/min;蓋面層的激光功率為3000~3100W，電流210±10A，電壓22.3±1V，焊接速度 0?85m/min〇
[0011]將所述扭桿11的兩端分別焊接在片簧上，其焊接順序依次為:分別對(duì)扭桿11兩端的第一焊縫5、第二焊縫6進(jìn)行打底;對(duì)第一片簧的第二焊縫7、第二片簧的第二焊縫8進(jìn)行打底，對(duì)扭桿11的第一焊縫5的填充層，對(duì)扭桿11的第二焊縫6的填充層進(jìn)行加工;加工第一片簧的第二焊縫7、第二片簧的第二焊縫8的填充層;加工扭桿11的第一焊縫5、第二焊縫6的蓋面層;加工第一片簧的第二焊縫7、第二片簧的第二焊縫8的蓋面層。
[0012]在進(jìn)行填充焊和蓋面焊之前打底焊之前，均需要用氣鏟清除前一層焊縫的焊渣。 [〇〇13]扭桿11與片簧激光-MIG復(fù)合焊接的焊接參數(shù)為:焊接層數(shù)為3,光絲間距為1.5mm， 電弧在前，打底焊的激光功率為4200?4500W，電流195±10A，電壓21.3±1V，焊接速度lm/ min;填充層的激光功率為3300~3500W，電流225 ± 10A，電壓23.4± IV，焊接速度0.9m/min; 蓋面層的激光功率為3000?3100W，電流240 ± 10A，電壓24.2 ± IV，焊接速度0.82m/min。
[0014]所述緩冷處理為全部焊接工作完成后將穩(wěn)定桿的焊縫部分全部埋入石英砂坑中保溫緩冷，時(shí)間大于3小時(shí)。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明提供的一種用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接材料與焊接工藝，使焊后的空心橫向穩(wěn)定桿的焊縫成型美觀，裂紋、氣孔和咬邊等缺陷均在DIN EN ISO 5817標(biāo)準(zhǔn)的許可范圍內(nèi)，疲勞循環(huán)次數(shù)達(dá)到27萬次。
[0016]盡管，焊前預(yù)熱以及焊后熱處理的作用是所有焊接通用的，但是本發(fā)明針對(duì)的是異種材料，采用了特定配比材料制成的橫向穩(wěn)定桿，而且對(duì)成品的性能要求較高，本發(fā)明研究人員通過大量實(shí)驗(yàn)及探索，摸索出以如下步驟對(duì)穩(wěn)定桿進(jìn)行加工時(shí)加工效果最好:首先將待焊的片簧開好坡口，用夾具對(duì)片簧和軸套進(jìn)行固定后復(fù)合焊接，再將扭桿與片簧進(jìn)行裝夾固定，對(duì)焊縫處進(jìn)行復(fù)合焊接。并且，以本發(fā)明中所提供的工藝參數(shù)進(jìn)行預(yù)熱緩冷處理，能夠有效的減少焊接過程中裂紋的產(chǎn)生;在蓋面焊過程中采用擺動(dòng)焊的技術(shù)，能夠使焊縫成型美觀，填充完全?！靖綀D說明】
[0017]圖1-空心橫向穩(wěn)定桿結(jié)構(gòu)與焊縫位置示意圖；圖2-坡口局部細(xì)節(jié)示意圖(軸套與片簧(左)，片簧與扭桿(右))；圖中，1-第一軸套焊縫，2-第二軸套焊縫，3-第一片簧的第一焊縫，4-第二片簧的第一焊縫，5-扭桿的第一焊縫，6-扭桿的第二焊縫，7-第一片簧的第二焊縫，8-第二片簧第二焊縫，9-軸套，10-片簧，11-扭桿?！揪唧w實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明提供一種用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接材料及焊接工藝，為使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0019]下面通過具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作近一步的詳細(xì)描述。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接材料，所述橫向穩(wěn)定桿包括用于橫向空心穩(wěn)定桿的軸套9、片簧10和扭桿11，所述軸套9、片簧10和扭桿11為三種彈簧鋼，焊接三種彈簧鋼的焊接材料，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C:0.04%~0.8%,Ni:2.2%~2.7%,Mn:1.55~1.9%,Mo:0.5%~0.6%,Cr:1.3%~1.5%,S ^ 0.015%，P彡0.15%，余量為Fe與其他微量元素。
[0021]碳是鋼中的主要強(qiáng)化元素，溶解在鋼中形成固溶體起固溶強(qiáng)化作用，它與強(qiáng)碳化物形成元素結(jié)合形成碳化物析出時(shí)起沉淀強(qiáng)化作用。碳對(duì)彈簧鋼的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、 脫碳傾向、顯微組織都有很大影響，其影響往往超過其它合金元素，本發(fā)明中C元素含量為 0.04%〇[〇〇22]錳是提高淬透性最有效的合金元素鉻能顯著提高鋼的淬透性。鉻能顯著提高鋼的淬透性，改善抗蝕和抗氧化性能，絡(luò)與猛共用作用更好，本發(fā)明中Mn: 1.55%，Cr: 1.3%。
[0023]本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種使用上述焊接材料焊接空心橫向穩(wěn)定桿的焊接工藝，包括:首先將待焊的片簧10開好坡口，對(duì)片簧10和軸套9進(jìn)行預(yù)熱，用夾具對(duì)片簧10和軸套9進(jìn)行固定，進(jìn)行激光-MIG復(fù)合焊接，焊后進(jìn)行緩冷處理;然后將扭桿11與片簧10進(jìn)行裝夾固定，對(duì)焊縫處進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱完成后進(jìn)行激光-MIG復(fù)合焊接，焊后進(jìn)行緩冷處理。
[0024]進(jìn)一步地，所述坡口為單邊坡口，即只在片簧10處開坡口，焊縫為環(huán)焊縫，雙面焊接，破口形式如圖2所示，坡口角度為30°。[〇〇25]進(jìn)一步地，所述焊前預(yù)熱溫度為270°C。
[0026]進(jìn)一步地，所述軸套9與片簧10焊接順序依次為:第一軸套焊縫1的打底層，第二軸套焊縫2的打底層，第一軸套焊縫1的蓋面層，第二軸套焊縫2的蓋面層，第一片簧的第一焊縫3的打底層，第二片簧的第一焊縫4的打底層，第一片簧的第一焊縫3的蓋面層，第二片簧的第一焊縫4的蓋面層。[〇〇27]進(jìn)一步地，片簧10和軸套9的激光-MIG復(fù)合焊接的焊接參數(shù)為:焊接層數(shù)為2，光絲間距為1.5mm，電弧在前，打底焊的激光功率為3600W，電流180± 10A，電壓20.3± IV，焊接速度0.95m/min;蓋面層的激光功率為3000W，電流210 ± 10A，電壓22.3 ± IV，焊接速度0.85m/ min〇
[0028]進(jìn)一步地，所述扭桿11與片簧10焊接順序依次為:扭桿的第一焊縫5的打底層，扭桿的第二焊縫6的打底層，第一片簧的第二焊縫7的打底層，第二片簧第二焊縫8的打底層， 扭桿的第一焊縫5的填充層，扭桿的第二焊縫6的填充層，第一片簧的第二焊縫7的填充層， 第二片簧第二焊縫8的填充層，扭桿的第一焊縫5的蓋面層，扭桿的第二焊縫6的蓋面層，第一片簧的第二焊縫7的蓋面層，第二片簧第二焊縫8的蓋面層。
[0029]進(jìn)一步地，在進(jìn)行填充焊和蓋面焊之前打底焊之前，均需要用氣鏟清除前一層焊縫的氧化皮和飛濺等焊渣。
[0030]進(jìn)一步地，扭桿11與片簧10激光-MIG復(fù)合焊接的焊接參數(shù)為:焊接層數(shù)為3，光絲間距為1.5mm，電弧在前，打底焊的激光功率為4200W，電流195 ± 10A，電壓21.3 ± IV，焊接速度lm/min;填充層的激光功率為3300W，電流225 ± 10A，電壓23.4± IV，焊接速度0.9m/min; 蓋面層的激光功率為3000W，電流240 ± 10A，電壓24.2 ± IV，焊接速度0.82m/min。[〇〇31]進(jìn)一步地，所述緩冷處理為全部焊接工作完成后將穩(wěn)定桿的焊縫部分全部埋入石英砂坑中保溫緩冷，時(shí)間大于3小時(shí)。[〇〇32] 實(shí)施例二作為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，C元素含量為0.8%。[〇〇33]錳是提高淬透性最有效的合金元素鉻能顯著提高鋼的淬透性。鉻能顯著提高鋼的淬透性，改善抗蝕和抗氧化性能，鉻與錳共用作用更好，本實(shí)施例中Mn: 1.9%，Cr: 1.5%。
[0034]本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種使用上述焊接材料焊接空心橫向穩(wěn)定桿的焊接工藝，包括:首先將待焊的片簧10開好坡口，對(duì)片簧10和軸套9進(jìn)行預(yù)熱，用夾具對(duì)片簧10和軸套9進(jìn)行固定，進(jìn)行激光-MIG復(fù)合焊接，焊后進(jìn)行緩冷處理;然后將扭桿11與片簧10進(jìn)行裝夾固定，對(duì)焊縫處進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱完成后進(jìn)行激光-MIG復(fù)合焊接，焊后進(jìn)行緩冷處理。
[0035]進(jìn)一步地，所述坡口為單邊坡口，即只在片簧10處開坡口，焊縫為環(huán)焊縫，雙面焊接，破口形式如圖2所示，坡口角度為30°。[〇〇36]進(jìn)一步地，所述焊前預(yù)熱溫度為370°C。
[0037]進(jìn)一步地，所述軸套9與片簧10焊接順序依次為:第一軸套焊縫1的打底層，第二軸套焊縫2的打底層，第一軸套焊縫1的蓋面層，第二軸套焊縫2的蓋面層，第一片簧的第一焊縫3的打底層，第二片簧的第一焊縫4的打底層，第一片簧的第一焊縫3的蓋面層，第二片簧的第一焊縫4的蓋面層。[〇〇38]進(jìn)一步地，片簧10和軸套9的激光-MIG復(fù)合焊接的焊接參數(shù)為:焊接層數(shù)為2，光絲間距為1.5mm，電弧在前，打底焊的激光功率為3800W，電流180 ± 10A，電壓20.3 ± IV，焊接速度0.95m/min;蓋面層的激光功率為3100W，電流210 ± 10A，電壓22.3 ± IV，焊接速度0.85m/ min〇
[0039]進(jìn)一步地，所述扭桿11與片簧10焊接順序依次為:扭桿的第一焊縫5的打底層，扭桿的第二焊縫6的打底層，第一片簧的第二焊縫7的打底層，第二片簧第二焊縫8的打底層， 扭桿的第一焊縫5的填充層，扭桿的第二焊縫6的填充層，第一片簧的第二焊縫7的填充層， 第二片簧第二焊縫8的填充層，扭桿的第一焊縫5的蓋面層，扭桿的第二焊縫6的蓋面層，第一片簧的第二焊縫7的蓋面層，第二片簧第二焊縫8的蓋面層。
[0040]進(jìn)一步地，在進(jìn)行填充焊和蓋面焊之前打底焊之前，均需要用氣鏟清除前一層焊縫的氧化皮和飛濺等焊渣。[0041 ]進(jìn)一步地，扭桿11與片簧10激光-MIG復(fù)合焊接的焊接參數(shù)為:焊接層數(shù)為3，光絲間距為1.5mm，電弧在前，打底焊的激光功率為4500W，電流195 ± 10A，電壓21.3 ± IV，焊接速度lm/min;填充層的激光功率為3500W，電流225 ± 10A，電壓23.4± IV，焊接速度0.9m/min; 蓋面層的激光功率為3100W，電流240 ± 10A，電壓24.2 ± IV，焊接速度0.82m/min。[〇〇42]進(jìn)一步地，所述緩冷處理為全部焊接工作完成后將穩(wěn)定桿的焊縫部分全部埋入石英砂坑中保溫緩冷，時(shí)間大于3小時(shí)。[〇〇43]最后說明，在本發(fā)明基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，等同替換而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案精神范圍的，均應(yīng)在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接材料，所述橫向穩(wěn)定桿包括用于橫向空心穩(wěn)定桿的軸 套、片簧和扭桿，所述軸套、片簧和扭桿為三種彈簧鋼，其特征在于，焊接三種彈簧鋼的焊接 材料，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C:0.04%~0.8%,Ni:2.2%~2.7%,Mn:1.5 5~1.9%,Mo:0.5%~0.6%,Cr:1.3%~1.5%,S ^ 0.015%，P彡0.15%，余量為Fe與微量元素。2.—種用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接工藝，其特征在于，包括:首先將待焊的片簧開好坡 口，對(duì)片簧和軸套進(jìn)行預(yù)熱，用夾具對(duì)片簧和軸套進(jìn)行固定，進(jìn)行激光-MIG復(fù)合焊接，焊后 進(jìn)行緩冷處理;然后將扭桿與片簧進(jìn)行裝夾固定，對(duì)焊縫處進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱完成后進(jìn)行激 光-MIG復(fù)合焊接，焊后進(jìn)行緩冷處理。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接工藝，其特征在于，所述坡口 為單邊坡口，片簧和軸套連接處焊縫為環(huán)焊縫，雙面焊接，坡口角度為30°。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接工藝，其特征在于，所述對(duì)片 簧和軸套進(jìn)行預(yù)熱，以及對(duì)所述扭桿與片簧焊縫處進(jìn)行預(yù)熱的溫度為270?370°C。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接工藝，其特征在于，所述軸套 與片簧焊接順序依次為:將兩個(gè)片簧的兩端分別與軸套焊接，第一軸套焊縫進(jìn)行打底，第二 軸套焊縫進(jìn)行打底;加工第一軸套焊縫的蓋面層、第二軸套焊縫的蓋面層;對(duì)第一片簧的第 一焊縫的打底層，第二片簧的第一焊縫的打底層;加工第一片簧的第一焊縫的蓋面層，加工 第二片簧的第一焊縫的蓋面層。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接工藝，其特征在于，所述片簧 和軸套的激光-MIG復(fù)合焊接的焊接參數(shù)為:焊接層數(shù)為2層，光絲間距為1.5mm;電弧在前， 打底焊的激光功率為3600~3800W，電流180 ± 10A，電壓20.3 ± IV，焊接速度0.95m/min;蓋面 層的激光功率為300(K3100W，電流210 ± 10A，電壓22.3 ± IV，焊接速度0.85m/min。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接工藝，其特征在于，將所述扭 桿的兩端分別焊接在片簧上，其焊接順序依次為:分別對(duì)扭桿兩端的第一焊縫、第二焊縫進(jìn) 行打底;對(duì)第一片簧的第二焊縫、第二片簧的第二焊縫進(jìn)行打底，對(duì)扭桿的第一焊縫的填充 層，對(duì)扭桿的第二焊縫的填充層進(jìn)行加工;加工第一片簧的第二焊縫、第二片簧的第二焊縫 的填充層;加工扭桿的第一焊縫、第二焊縫的蓋面層;加工第一片簧的第二焊縫、第二片簧 的第二焊縫的蓋面層。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接工藝，其特征在于，在進(jìn)行填 充焊和蓋面焊之前打底焊之前，均需要用氣鏟清除前一層焊縫的焊渣。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接工藝，其特征在于，扭桿與片 簧激光-MIG復(fù)合焊接的焊接參數(shù)為:焊接層數(shù)為3，光絲間距為1.5mm，電弧在前，打底焊的 激光功率為4200?4500W，電流195± 10A，電壓21.3± IV，焊接速度lm/min;填充層的激光功 率為3300?3500W，電流225± 10A，電壓23.4± IV，焊接速度0.9m/min;蓋面層的激光功率為 3000?3100W，電流240 ± 10A，電壓 24 ? 2 ± IV，焊接速度 0 ? 82m/min。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于空心橫向穩(wěn)定桿的焊接工藝，其特征在于，所述緩 冷處理為全部焊接工作完成后將穩(wěn)定桿的焊縫部分全部埋入石英砂坑中保溫緩冷，時(shí)間大 于3小時(shí)。
【文檔編號(hào)】B23K26/70GK105965173SQ201610276427
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】占小紅, 張琪, 陳紀(jì)城, 魏艷紅, 張聃
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)