用于空心橫向穩定桿的焊接材料及焊接工藝的制作方法
【專利摘要】本發明公開了用于空心橫向穩定桿的焊接材料與焊接工藝，所述焊接材料化學成分質量百分比為：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；該穩定桿的焊接工藝包括：首先將待焊的片簧開好坡口，對片簧和軸套進行預熱，用夾具對片簧和軸套進行固定，進行激光?MIG復合焊接，焊后進行緩冷處理；然后將扭桿11與片簧進行裝夾固定，對焊縫處進行預熱，預熱完成后進行激光?MIG復合焊接，焊后進行緩冷處理；使用該材料與焊接工藝的穩定桿焊后焊縫成型美觀，疲勞循環次數達到27萬次。
【專利說明】
用于空心橫向穩定桿的焊接材料及焊接工藝
技術領域
[0001]本發明屬于焊接領域，特別涉及一種用于空心橫向穩定桿的焊接材料與焊接工〇【背景技術】
[0002]隨著汽車產業的快速發展和人們消費水平的提高，汽車作為越來越普及的交通運輸工具，在人們日常生活和工農業生產中扮演著重要的角色，給人類生活帶來了極大的便利。橫向穩定桿技術是指在車輛上安裝橫向穩定桿，來提高懸架系統的側傾剛度，能使車輛在行駛時更加舒適、穩定，翻車機率大大降低。空心橫向穩定桿較實心橫向穩定桿最顯著的優勢是能有效地減輕其重量，從而達到汽車輕量化的目標，減少能耗。
[0003]空心橫向穩定桿是由軸套、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不同，可能引起難以消除熱應力;可能會產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和熱影響區的力學性能較差，容易產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。對空心橫向穩定桿的焊接不但要滿足高性能的焊接質量，還要盡可能減小焊縫形成的熱量以減少焊接變形，同時焊接接頭還要保持美觀平滑。目前國內對于空心橫向穩定桿激光-MIG復合焊接的焊絲與焊接工藝還未見報道。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是，提供一種能提高空心橫向穩定桿焊縫疲勞強度的焊接材料與焊接工藝。
[0005]本發明提供的用于空心橫向穩定桿的焊接材料，所述橫向穩定桿包括用于橫向空心穩定桿的軸套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，其化學成分質量百分比為: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， 對片簧和軸套進行預熱，用夾具對片簧和軸套進行固定，進行激光-MIG復合焊接，焊后進行緩冷處理;然后將扭桿11與片簧進行裝夾固定，對焊縫處進行預熱，預熱完成后進行激光-MIG復合焊接，焊后進行緩冷處理。
[0007]所述坡口為單邊坡口，片簧10和軸套9連接處焊縫為環焊縫，雙面焊接，坡口角度為30°。[〇〇〇8]所述焊前預熱溫度為270?370°C。
[0009]所述軸套與片簧焊接順序依次為:將兩個片簧的兩端分別與軸套焊接，第一軸套焊縫1進行打底，第二軸套焊縫2進行打底;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復合焊接的焊接參數為:焊接層數為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:分別對扭桿11兩端的第一焊縫5、第二焊縫6進行打底;對第一片簧的第二焊縫7、第二片簧的第二焊縫8進行打底，對扭桿11的第一焊縫5的填充層，對扭桿11的第二焊縫6的填充層進行加工;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復合焊接的焊接參數為:焊接層數為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定桿的焊縫部分全部埋入石英砂坑中保溫緩冷，時間大于3小時。
[0015]本發明的有益效果為:本發明提供的一種用于空心橫向穩定桿的焊接材料與焊接工藝，使焊后的空心橫向穩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標準的許可范圍內，疲勞循環次數達到27萬次。
[0016]盡管，焊前預熱以及焊后熱處理的作用是所有焊接通用的，但是本發明針對的是異種材料，采用了特定配比材料制成的橫向穩定桿，而且對成品的性能要求較高，本發明研究人員通過大量實驗及探索，摸索出以如下步驟對穩定桿進行加工時加工效果最好:首先將待焊的片簧開好坡口，用夾具對片簧和軸套進行固定后復合焊接，再將扭桿與片簧進行裝夾固定，對焊縫處進行復合焊接。并且，以本發明中所提供的工藝參數進行預熱緩冷處理，能夠有效的減少焊接過程中裂紋的產生;在蓋面焊過程中采用擺動焊的技術，能夠使焊縫成型美觀，填充完全。【附圖說明】
[0017]圖1-空心橫向穩定桿結構與焊縫位置示意圖；圖2-坡口局部細節示意圖(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。【具體實施方式】
[0018]本發明提供一種用于空心橫向穩定桿的焊接材料及焊接工藝，為使本發明的目的，技術方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0019]下面通過具體的實施例并結合附圖對本發明作近一步的詳細描述。
[0020]如圖1所示，本發明實施例的用于空心橫向穩定桿的焊接材料，所述橫向穩定桿包括用于橫向空心穩定桿的軸套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，其化學成分質量百分比為: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]碳是鋼中的主要強化元素，溶解在鋼中形成固溶體起固溶強化作用，它與強碳化物形成元素結合形成碳化物析出時起沉淀強化作用。碳對彈簧鋼的強度、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，絡與猛共用作用更好，本發明中Mn: 1.55%，Cr: 1.3%。
[0023]本發明的另一個方面提供了一種使用上述焊接材料焊接空心橫向穩定桿的焊接工藝，包括:首先將待焊的片簧10開好坡口，對片簧10和軸套9進行預熱，用夾具對片簧10和軸套9進行固定，進行激光-MIG復合焊接，焊后進行緩冷處理;然后將扭桿11與片簧10進行裝夾固定，對焊縫處進行預熱，預熱完成后進行激光-MIG復合焊接，焊后進行緩冷處理。
[0024]進一步地，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]進一步地，所述焊前預熱溫度為270°C。
[0026]進一步地，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]進一步地，片簧10和軸套9的激光-MIG復合焊接的焊接參數為:焊接層數為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]進一步地，在進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]進一步地，扭桿11與片簧10激光-MIG復合焊接的焊接參數為:焊接層數為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]進一步地，所述緩冷處理為全部焊接工作完成后將穩定桿的焊縫部分全部埋入石英砂坑中保溫緩冷，時間大于3小時。[〇〇32] 實施例二作為本發明的另一個實施例，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，本實施例中Mn: 1.9%，Cr: 1.5%。
[0034]本發明的另一個方面提供了一種使用上述焊接材料焊接空心橫向穩定桿的焊接工藝，包括:首先將待焊的片簧10開好坡口，對片簧10和軸套9進行預熱，用夾具對片簧10和軸套9進行固定，進行激光-MIG復合焊接，焊后進行緩冷處理;然后將扭桿11與片簧10進行裝夾固定，對焊縫處進行預熱，預熱完成后進行激光-MIG復合焊接，焊后進行緩冷處理。
[0035]進一步地，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]進一步地，所述焊前預熱溫度為370°C。
[0037]進一步地，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]進一步地，片簧10和軸套9的激光-MIG復合焊接的焊接參數為:焊接層數為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]進一步地，在進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 ]進一步地，扭桿11與片簧10激光-MIG復合焊接的焊接參數為:焊接層數為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]進一步地，所述緩冷處理為全部焊接工作完成后將穩定桿的焊縫部分全部埋入石英砂坑中保溫緩冷，時間大于3小時。[〇〇43]最后說明，在本發明基礎上進行修改，等同替換而不脫離本發明技術方案精神范圍的，均應在本發明的權利要求范圍內。
【主權項】
1.用于空心橫向穩定桿的焊接材料，所述橫向穩定桿包括用于橫向空心穩定桿的軸 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，其化學成分質量百分比為: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，對片簧和軸套進行預熱，用夾具對片簧和軸套進行固定，進行激光-MIG復合焊接，焊后 進行緩冷處理;然后將扭桿與片簧進行裝夾固定，對焊縫處進行預熱，預熱完成后進行激 光-MIG復合焊接，焊后進行緩冷處理。3.根據權利要求2所述的一種用于空心橫向穩定桿的焊接工藝，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焊縫，雙面焊接，坡口角度為30°。4.根據權利要求2所述的一種用于空心橫向穩定桿的焊接工藝，其特征在于，所述對片 簧和軸套進行預熱，以及對所述扭桿與片簧焊縫處進行預熱的溫度為270?370°C。5.根據權利要求2所述的一種用于空心橫向穩定桿的焊接工藝，其特征在于，所述軸套 與片簧焊接順序依次為:將兩個片簧的兩端分別與軸套焊接，第一軸套焊縫進行打底，第二 軸套焊縫進行打底;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.根據權利要求2所述的一種用于空心橫向穩定桿的焊接工藝，其特征在于，所述片簧 和軸套的激光-MIG復合焊接的焊接參數為:焊接層數為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.根據權利要求2所述的一種用于空心橫向穩定桿的焊接工藝，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:分別對扭桿兩端的第一焊縫、第二焊縫進 行打底;對第一片簧的第二焊縫、第二片簧的第二焊縫進行打底，對扭桿的第一焊縫的填充 層，對扭桿的第二焊縫的填充層進行加工;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.根據權利要求2所述的一種用于空心橫向穩定桿的焊接工藝，其特征在于，在進行填 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.根據權利要求2所述的一種用于空心橫向穩定桿的焊接工藝，其特征在于，扭桿與片 簧激光-MIG復合焊接的焊接參數為:焊接層數為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.根據權利要求2所述的一種用于空心橫向穩定桿的焊接工藝，其特征在于，所述緩 冷處理為全部焊接工作完成后將穩定桿的焊縫部分全部埋入石英砂坑中保溫緩冷，時間大 于3小時。
【文檔編號】B23K26/70GK105965173SQ201610276427
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】占小紅, 張琪, 陳紀城, 魏艷紅, 張聃
【申請人】南京航空航天大學