CN111558765B - 一种gmaw电弧增材制造铜-钢复合材料的制备方法 - Google Patents
一种gmaw电弧增材制造铜-钢复合材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111558765B CN111558765B CN202010300840.5A CN202010300840A CN111558765B CN 111558765 B CN111558765 B CN 111558765B CN 202010300840 A CN202010300840 A CN 202010300840A CN 111558765 B CN111558765 B CN 111558765B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- welding
- copper
- carbon steel
- welding wire
- low carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 62
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 144
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 71
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 51
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 47
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 34
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 16
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 11
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims description 6
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 9
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 10
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 5
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 3
- ALKZAGKDWUSJED-UHFFFAOYSA-N dinuclear copper ion Chemical compound [Cu].[Cu] ALKZAGKDWUSJED-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
- B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
- B23K9/044—Built-up welding on three-dimensional surfaces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/235—Preliminary treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
- B33Y40/10—Pre-treatment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
本发明公开的一种GMAW电弧增材制造铜‑钢复合材料的制备方法，具体操作步骤为：步骤1：首先将低碳钢板表面进行机械打磨，除去表面附着的铁锈，然后放入超声波仪器中进行无水乙醇清洗，以除去低碳钢表面的油污，最后将处理好的低碳钢板放入真空箱式加热炉中进行预热处理；步骤2：将低碳钢焊丝和纯铜焊丝进行表面处理；步骤3：采用熔化极气体保护焊技术，进行电弧增材堆焊，得到铜‑钢复合双金属薄壁墙体结构。该方法解决了目前铜/钢异质材料间存在的常见焊接缺陷等问题，极大程度上提高了复合材料的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于金属材料增材制造领域，具体涉及一种GMAW电弧增材制造铜-钢复合材料的制备方法。
背景技术
随着现代工业技术的发展，异种金属焊接构件兼备两种材料的优良性能，被大量使用于各个领域。随之，异种材料间焊接性和服役后的情况等问题也日益突出，目前如何将性质和功能不同的两种材料实现有效的结合，是各个科研机构关注的热题，如大型变压器油箱结构件中，往往会选用合金钢作为内壳体，用铜及其铜合金作为壳体外面的金属保护罩，不但可以降低变压器工作时的热损耗，避免出现局部过热现象，而且还能够吸收外界磁场的干扰，以降低变压器机组工作时外界磁场对内部工作磁场的磁干扰问题。但是两者物理性质差异很大，无论是从焊接性原理方面，还是从技术操作方面来看，都会相比于同种材料之间焊接的难度系数大。电弧增材制造(Additive Manufacturing)是基于离散-堆积的原理，利用材料进行逐层叠加制造零件的过程，是一种“自下而上”的快速成型技术。采用电弧增材技术制备出的金属零件具有成本低、材料利用率高以及生产效率高等优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种GMAW电弧增材制造铜-钢复合材料的制备方法，该方法解决了目前铜/钢异质材料间存在的常见焊接缺陷等问题，极大程度上提高了复合材料的力学性能。
本发明所采用的技术方案是，一种GMAW电弧增材制造铜-钢复合材料的制备方法，具体操作步骤为：
步骤1：首先将低碳钢板表面进行机械打磨，除去表面附着的铁锈，然后放入超声波仪器中进行无水乙醇清洗，以除去低碳钢表面的油污，最后将处理好的低碳钢板放入真空箱式加热炉中进行预热处理；
步骤2：将低碳钢焊丝和纯铜焊丝进行表面处理；
步骤3：采用熔化极气体保护焊技术，进行电弧增材堆焊，得到铜-钢复合双金属薄壁墙体结构。
本发明的特征还在于，
步骤1中，低碳钢板为：Q345钢板。
步骤1中，超声波清洗的时间为：15min～30min，预热处理的温度为：100℃～200℃。
步骤2中，低碳钢焊丝为：H08C焊丝，纯铜焊丝为：S201焊丝。
步骤2中，低碳钢焊丝和纯铜焊丝进行表面处理的具体过程均为：先进行无水乙醇擦拭，然后在温度为40℃～60℃的条件下烘干。
步骤3中，钢侧焊接工艺具体参数为：焊接电流：180A～220A、焊接电压：20V～24V、摆幅宽度：3mm～3.2mm、摆弧频率：4～4.5Hz、保护气体为：体积分数为90％Ar+体积分数为10％CO2的混合气体，以上组分体积百分比之和为100％；铜侧焊接工艺具体参数为：焊接电流：210A～250A、焊接电压：22V～26V、摆幅宽度：2.8mm～3.0mm、摆弧频率：3.5-4Hz、保护气体：体积分数为99.99％的Ar气。
步骤3中，低碳钢焊丝和纯铜焊丝伸出长度均为：6mm～10mm；层间冷却时间:0.5min～1min，层间冷却温度：80℃～120℃。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的制备方法中采用传统的电弧增材制造技术可以缩短铜-钢复合零件的生产周期，提高材料的利用率，以节约制造成本。
(2)本发明制备方法中采用的控制层间温度，能够降低钢至钢侧、钢至铜侧和铜至铜侧焊接裂纹的产生。
(3)本发明的制备方法在逐层堆焊时，前一道焊缝对后一道焊缝可以起到良好的预热效果，而后一道焊缝又为前一道焊缝起到了良好的热处理作用，使得钢-钢侧、铜-铜侧组织更加均匀、细小，还提高铜-钢结合界面处的力学性能，并且能够成形出任何复杂形状的铜-钢双金属零件。
(4)本发明的制备方法工艺简单、操作方便、可以极大程度上优化铜-钢复合结构件的生产流程。
附图说明
图1是采用本发明一种GMAW电弧增材制造铜-钢复合材料的制备方法的实施例3中电弧增材铜-钢薄壁墙体结构的宏观形貌图；
图2是采用本发明制备方法的实施例3中薄壁墙体结构钢-钢侧焊缝的微观形貌图；
图3是采用本发明制备方法的实施例3中薄壁墙体结构钢-铜侧焊缝界面的微观形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种GMAW电弧增材制造铜-钢复合材料的制备方法，具体操作步骤为：
步骤1：首先将低碳钢板表面进行机械打磨，除去表面附着的铁锈，然后放入超声波仪器中进行无水乙醇清洗，以除去低碳钢表面的油污，最后将处理好的低碳钢板放入真空箱式加热炉中进行预热处理；
步骤1中，低碳钢板为：Q345钢板，其尺寸规格为：长×宽×高＝160mm×50mm×5mm；
步骤1中，超声波清洗的时间为：15min～30min，预热处理的温度为：100℃～200℃；
步骤2：将低碳钢焊丝和纯铜焊丝进行表面处理；
步骤2中，低碳钢焊丝为：H08C焊丝，纯铜焊丝为：S201焊丝，低碳钢焊丝与纯铜焊丝尺寸规格均为φ1.2mm；
步骤2中，低碳钢焊丝和纯铜焊丝进行表面处理的具体过程均为：先进行无水乙醇擦拭，然后在温度为40℃～60℃的条件下烘干；
步骤3：采用熔化极气体保护焊(GMAW)技术，进行电弧增材堆焊，得到铜-钢复合双金属薄壁墙体结构；
步骤3中，钢侧焊接工艺具体参数为：焊接电流：180A～220A、焊接电压：20V～24V、摆幅宽度：3mm～3.2mm、摆弧频率：4～4.5Hz、保护气体为：体积分数为90％Ar+体积分数为10％CO2的混合气体，以上组分体积百分比之和为100％；铜侧焊接工艺具体参数为：焊接电流：210A～250A、焊接电压：22V～26V、摆幅宽度：2.8mm～3.0mm、摆弧频率：3.5-4Hz、保护气体：体积分数为99.99％的Ar气；
步骤3中，低碳钢焊丝和纯铜焊丝伸出长度均为：6mm～10mm；层间冷却时间:0.5min～1min，层间冷却温度：80℃～120℃。
实施例1
步骤1：首先将低碳钢板表面进行机械打磨，除去表面附着的铁锈。然后放入超声波仪器中进行无水乙醇清洗，清洗时间为：15min，以除去低碳钢表面的油污，最后将处理好的低碳钢板放入真空箱式加热炉中进行预热处理，预热温度为：100℃；
步骤1中，低碳钢板为：Q345钢板，其尺寸规格为：长×宽×高＝160mm×50mm×5mm；
步骤2：将低碳钢焊丝和纯铜焊丝进行表面处理，使用无水乙醇布进行擦拭，并放入真空管式炉中烘干，烘干温度为：40℃；
步骤2中，低碳钢焊丝为：H08C焊丝，纯铜焊丝为：S201焊丝，低碳钢焊丝与纯铜焊丝尺寸规格均为φ1.2mm；
步骤3：采用熔化极气体保护焊(GMAW)技术进行逐层堆焊，低碳钢焊丝和纯铜焊丝伸出长度均为：6mm；层间冷却时间:0.5min，层间冷却温度：80℃，钢侧焊接工艺具体参数为：焊接电流：180A、焊接电压：20V、摆幅宽度：3mm、摆弧频率：4Hz、保护气体：体积分数为90％Ar+体积分数为10％CO2的混合气体，以上组分体积百分比之和为100％；铜侧焊接工艺具体参数为：焊接电流：210A、焊接电压：22V、摆幅宽度：2.8mm、摆弧频率：3.5Hz、保护气体：体积分数为99.99％的Ar气，最终得到铜-钢复合双金属薄壁墙体结构。
用实施例1方法所制备出的铜-钢薄壁墙体结构，经力学性能检测，薄壁墙体结构力学性能为：抗拉强度280.295MPa，屈服强度161.089MPa，室温冲击功35J，并且焊接过程中飞溅小，焊缝成型性好，墙体结构无裂纹及夹渣缺陷。
实施例2
步骤1：首先将低碳钢板表面进行机械打磨，除去表面附着的铁锈。然后放入超声波仪器中进行无水乙醇清洗，清洗时间为：18min，以除去低碳钢表面的油污，最后将处理好的低碳钢板放入真空箱式加热炉中进行预热处理，预热温度为：120℃；
步骤1中，低碳钢板为：Q345钢板，其尺寸规格为：长×宽×高＝160mm×50mm×5mm；
步骤2：将低碳钢焊丝和纯铜焊丝进行表面处理，使用无水乙醇布进行擦拭，并放入真空管式炉中烘干，烘干温度为：45℃；
步骤2中，低碳钢焊丝为：H08C焊丝，纯铜焊丝为：S201焊丝，低碳钢焊丝与纯铜焊丝尺寸规格均为φ1.2mm；
步骤3：采用熔化极气体保护焊(GMAW)技术进行逐层堆焊，低碳钢焊丝和纯铜焊丝伸出长度均为：10mm；层间冷却时间:1min，层间冷却温度：120℃，钢侧焊接工艺具体参数为：焊接电流：190A、焊接电压：21V、摆幅宽度：3mm、摆弧频率：4.2Hz、保护气体：体积分数为90％Ar+体积分数为10％CO2的混合气体，以上组分体积百分比之和为100％；铜侧焊接工艺具体参数为：焊接电流：220A、焊接电压：23V、摆幅宽度：2.9mm、摆弧频率：3.7Hz、保护气体：体积分数为99.99％的Ar气，最终得到铜-钢复合双金属薄壁墙体结构。
用实施例2方法所制备出的铜-钢薄壁墙体结构，经力学性能检测，薄壁墙体结构力学性能为：抗拉强度294.217MPa，屈服强度175.129MPa，室温冲击功37J，并且焊接过程中飞溅小，焊缝成型性好，墙体结构无裂纹及夹渣缺陷。
实施例3
步骤1：首先将低碳钢板表面进行机械打磨，除去表面附着的铁锈。然后放入超声波仪器中进行无水乙醇清洗，清洗时间为：22min，以除去低碳钢表面的油污。最后将处理好的低碳钢板放入真空箱式加热炉中进行预热处理，预热温度为：140℃；
步骤1中，低碳钢板为：Q345钢板，其尺寸规格为：长×宽×高＝160mm×50mm×5mm；
步骤2：将低碳钢焊丝和纯铜焊丝进行表面处理，使用无水乙醇布进行擦拭，并放入真空管式炉中烘干，烘干温度为：50℃；
步骤2中，低碳钢焊丝为：H08C焊丝，纯铜焊丝为：S201焊丝，低碳钢焊丝与纯铜焊丝尺寸规格均为φ1.2mm；
步骤3：采用熔化极气体保护焊(GMAW)技术进行逐层堆焊，低碳钢焊丝和纯铜焊丝伸出长度均为：8mm；层间冷却时间:0.6min，层间冷却温度：100℃，钢侧焊接工艺具体参数为：焊接电流：200A、焊接电压：23V、摆幅宽度：3.1mm、摆弧频率：4.3Hz、保护气体：体积分数为90％Ar+体积分数为10％CO2的混合气体，以上组分体积百分比之和为100％；铜侧焊接工艺具体参数为：焊接电流：230A、焊接电压：24V、摆幅宽度：2.9mm、摆弧频率：3.8Hz、保护气体：体积分数为99.99％的Ar气，最终得到铜-钢复合双金属薄壁墙体结构。
电弧增材铜-钢薄壁墙体结构的宏观形貌如图1所示，薄壁墙体结构钢-钢侧焊缝的微观形貌如图2所示，薄壁墙体结构钢-铜界面处焊缝的微观形貌如图3所示。
由图1可以看出，使用该制备方法得到的铜-钢薄壁墙体结构成形性良好，未出现裂纹、气孔等明显的焊接缺陷。
由图2可以看出，钢侧无明显的逐层堆焊界面，未发现分层现象，成形性良好，组织均匀、细小，其组织为铁素体+珠光体。
由图3可以看出，低碳钢与纯铜之间界面非常清晰，熔合线过渡曲折，这与焊接过程中铜侧金属液的流动性有关，可见使用该方案明显提高了铜侧金属的流动性。同时钢侧界面处还存在一条明显的过渡带，是由大量分布的α-Fe和ε-Cu颗粒相组成。
用实施例3方法所制备出的铜-钢薄壁墙体结构，经力学性能检测，薄壁墙体结构力学性能为：抗拉强度310.016MPa，屈服强度178.474MPa，室温冲击功40J，并且焊接过程中飞溅小，焊缝成型性好，墙体结构无裂纹及夹渣缺陷。
实施例4
步骤1：首先将低碳钢板表面进行机械打磨，除去表面附着的铁锈。然后放入超声波仪器中进行无水乙醇清洗，清洗时间为：26min，以除去低碳钢表面的油污。最后将处理好的低碳钢板放入真空箱式加热炉中进行预热处理，预热温度为：170℃；
步骤1中，低碳钢板为：Q345钢板，其尺寸规格为：长×宽×高＝160mm×50mm×5mm；
步骤2：将低碳钢焊丝和纯铜焊丝进行表面处理，使用无水乙醇布进行擦拭，并放入真空管式炉中烘干，烘干温度为：55℃；
步骤2中，低碳钢焊丝为：H08C焊丝，纯铜焊丝为：S201焊丝，低碳钢焊丝与纯铜焊丝尺寸规格均为φ1.2mm；
步骤3：采用熔化极气体保护焊(GMAW)技术进行逐层堆焊，低碳钢焊丝和纯铜焊丝伸出长度均为：9mm；层间冷却时间:1min，层间冷却温度：100℃，钢侧焊接工艺具体参数为：焊接电流：210A、焊接电压：23V、摆幅宽度：3.2mm、摆弧频率：4.4Hz、保护气体：体积分数为90％Ar+体积分数为10％CO2的混合气体，以上组分体积百分比之和为100％；铜侧焊接工艺具体参数为：焊接电流：240A、焊接电压：25V、摆幅宽度：3.0mm、摆弧频率：3.9Hz、保护气体：体积分数为99.99％的Ar气。最终得到铜-钢复合双金属薄壁墙体结构。
用实施例4方法所制备出的铜-钢薄壁墙体结构，经力学性能检测，薄壁墙体结构力学性能为：抗拉强度300.47MPa，屈服强度174.692MPa，室温冲击功39J，并且焊接过程中飞溅小，焊缝成型性好，墙体结构无裂纹及夹渣缺陷。
实施例5
步骤1：首先将低碳钢板表面进行机械打磨，除去表面附着的铁锈。然后放入超声波仪器中进行无水乙醇清洗，清洗时间为：30min，以除去低碳钢表面的油污。最后将处理好的低碳钢板放入真空箱式加热炉中进行预热处理，预热温度为：200℃；
步骤1中，低碳钢板为：Q345钢板，其尺寸规格为：长×宽×高＝160mm×50mm×5mm；
步骤2：将低碳钢焊丝和纯铜焊丝进行表面处理，使用无水乙醇布进行擦拭，并放入真空管式炉中烘干，烘干温度为：60℃；
步骤2中，低碳钢焊丝为：H08C焊丝，纯铜焊丝为：S201焊丝，低碳钢焊丝与纯铜焊丝尺寸规格均为φ1.2mm；
步骤3：采用熔化极气体保护焊(GMAW)技术进行逐层堆焊，低碳钢焊丝和纯铜焊丝伸出长度均为：10mm；层间冷却时间:1min，层间冷却温度：100℃，钢侧焊接工艺具体参数为：焊接电流：220A、焊接电压：24V、摆幅宽度：3.2mm、摆弧频率：4.5Hz、保护气体：体积分数为90％Ar+体积分数为10％CO2的混合气体，以上组分体积百分比之和为100％；铜侧焊接工艺具体参数为：焊接电流：250A、焊接电压：26V、摆幅宽度：3.0mm、摆弧频率：4Hz、保护气体：体积分数为99.99％的Ar气，最终得到铜-钢复合双金属薄壁墙体结构。
用实施例5方法所制备出的铜-钢薄壁墙体结构，经力学性能检测，薄壁墙体结构力学性能为：抗拉强度274.849MPa，屈服强度165.572MPa，室温冲击功34J，并且焊接过程中飞溅小，焊缝成型性好，墙体结构无裂纹及夹渣缺陷。
本发明所研制的弧焊增材制造的方法制备铜-钢复合结构件，利用逐层堆焊时，前一道焊缝对后一道焊缝起到良好的预热效果和后一道焊缝又为前一道焊缝起到良好的热处理效果，使得钢-钢侧、铜-铜侧组织更加均匀、细小，还提高铜-钢结合界面处的力学性能。同时采用电弧增材制造技术可以缩短铜-钢复合零件的生产周期，提高材料的利用率，以节约制造成本。因此本发明研究的铜-钢增材制造方法制备双金属零件具有广阔的应用前景以及深远的工程意义。
Claims (3)
1.一种GMAW电弧增材制造铜-钢复合材料的制备方法，其特征在于，具体操作步骤为：
步骤1：首先将低碳钢板表面进行机械打磨，除去表面附着的铁锈，然后放入超声波仪器中进行无水乙醇清洗，以除去低碳钢表面的油污，最后将处理好的低碳钢板放入真空箱式加热炉中进行预热处理；
步骤2：将低碳钢焊丝和纯铜焊丝进行表面处理；
步骤3：采用熔化极气体保护焊技术，进行电弧增材堆焊，得到铜-钢复合双金属薄壁墙体结构；
步骤1中，超声波清洗的时间为：15min～30min，预热处理的温度为：100℃～200℃；
步骤2中，低碳钢焊丝为：H08C焊丝，纯铜焊丝为：S201焊丝；
步骤3中，钢侧焊接工艺具体参数为：焊接电流：180A～220A、焊接电压：20V～24V、摆幅宽度：3mm～3.2mm、摆弧频率：4～4.5Hz、保护气体为：体积分数为90％Ar+体积分数为10％CO2的混合气体，以上组分体积百分比之和为100％；铜侧焊接工艺具体参数为：焊接电流：210A～250A、焊接电压：22V～26V、摆幅宽度：2.8mm～3.0mm、摆弧频率：3.5-4Hz、保护气体：体积分数为99.99％的Ar气；
步骤3中，低碳钢焊丝和纯铜焊丝伸出长度均为：6mm～10mm；层间冷却时间:0.5min～1min，层间冷却温度：80℃～120℃。
2.根据权利要求1所述的一种GMAW电弧增材制造铜-钢复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，低碳钢板为：Q345钢板。
3.根据权利要求1所述的一种GMAW电弧增材制造铜-钢复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，低碳钢焊丝和纯铜焊丝进行表面处理的具体过程均为：先进行无水乙醇擦拭，然后在温度为40℃～60℃的条件下烘干。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010300840.5A CN111558765B (zh) | 2020-04-16 | 2020-04-16 | 一种gmaw电弧增材制造铜-钢复合材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010300840.5A CN111558765B (zh) | 2020-04-16 | 2020-04-16 | 一种gmaw电弧增材制造铜-钢复合材料的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111558765A CN111558765A (zh) | 2020-08-21 |
| CN111558765B true CN111558765B (zh) | 2022-04-12 |
Family
ID=72067834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010300840.5A Active CN111558765B (zh) | 2020-04-16 | 2020-04-16 | 一种gmaw电弧增材制造铜-钢复合材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111558765B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112935471B (zh) * | 2021-03-10 | 2022-07-08 | 西安理工大学 | 一种铜/钢复合梯度材料零件及其制备方法 |
| CN112959014A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-06-15 | 西安理工大学 | 一种铜/钢复合轴套的制备方法 |
| CN113770485B (zh) * | 2021-08-24 | 2023-03-24 | 西安理工大学 | 一种基于电镀镍中间层的铜-钢复合结构的制备方法 |
| CN114289504B (zh) * | 2022-01-04 | 2023-04-25 | 南京工程学院 | 一种铜/高碳钢复合材料及其专用v型气体保护罩、激光辅助制备方法和应用 |
| CN116423016B (zh) * | 2023-04-23 | 2025-08-01 | 北京理工大学 | 一种tig双丝电弧增材制造铜-钢双合金的制备方法 |
| CN116372315B (zh) * | 2023-05-15 | 2025-08-05 | 沈阳大学 | 一种铜/钢双金属材料及其cmt电弧增材制造方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107116290A (zh) * | 2017-06-08 | 2017-09-01 | 南华大学 | 双丝等离子弧堆焊制造颗粒增强金属基复合材料零件的方法 |
| CN109909616A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-06-21 | 大连理工大学 | 一种基于低功率激光诱导tig电弧的不锈钢结构件增材制造方法及制造系统 |
| CN109967739A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-07-05 | 上海工程技术大学 | 一种基于增材制造技术制备梯度结构金属件的方法 |
| CN109986169A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-07-09 | 南京英尼格玛工业自动化技术有限公司 | 一种基于mig/mag热源的双金属电弧增材制造方法 |
| CN110039154A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-07-23 | 东南大学 | 铜钢复合材料及其电弧增材制备方法、应用和锡青铜合金 |
| CN110523982A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-12-03 | 武汉轻工大学 | 一种复合材料增材制造的方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20190135681A1 (en) * | 2016-04-06 | 2019-05-09 | Ceramicoat International Limited | Sprayable alumino-silicate coatings, resins, their compositions and products |
-
2020
- 2020-04-16 CN CN202010300840.5A patent/CN111558765B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107116290A (zh) * | 2017-06-08 | 2017-09-01 | 南华大学 | 双丝等离子弧堆焊制造颗粒增强金属基复合材料零件的方法 |
| CN109967739A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-07-05 | 上海工程技术大学 | 一种基于增材制造技术制备梯度结构金属件的方法 |
| CN109909616A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-06-21 | 大连理工大学 | 一种基于低功率激光诱导tig电弧的不锈钢结构件增材制造方法及制造系统 |
| CN110039154A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-07-23 | 东南大学 | 铜钢复合材料及其电弧增材制备方法、应用和锡青铜合金 |
| CN109986169A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-07-09 | 南京英尼格玛工业自动化技术有限公司 | 一种基于mig/mag热源的双金属电弧增材制造方法 |
| CN110523982A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-12-03 | 武汉轻工大学 | 一种复合材料增材制造的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Additive Manufacturing of Steel-Bronze Bimetal by Shaped Metal Deposition:Interface Characteristics and Tensile Properties;Liming Liu等;《International Journal of Advanced Manufacturing Technology》;20130725;第69卷(第9-12期);第2-3节 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111558765A (zh) | 2020-08-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111558765B (zh) | 一种gmaw电弧增材制造铜-钢复合材料的制备方法 | |
| CN102513662B (zh) | Q690与q980高强异种钢不预热焊接方法 | |
| CN103990919B (zh) | 一种深熔tig焊的专用焊接活性剂及使用方法 | |
| CN103071878B (zh) | 硬质合金和低合金高强度钢的钎焊方法 | |
| CN111958113B (zh) | 一种Cu元素-表面微织构复合调控作用下的铝/钢激光焊接方法 | |
| CN103084714B (zh) | 一种钛合金与纯铝薄板的激光预处理填丝tig焊接方法 | |
| CN101239413B (zh) | 废旧模具电磁堆焊修复和表面改性方法与设备 | |
| CN111558793A (zh) | Ni基-药芯焊丝及制备铜-钢基梯度复合材料的方法 | |
| CN102728937B (zh) | 一种钛合金与奥氏体不锈钢异种金属的焊接方法 | |
| CN102114561B (zh) | 铝-钢螺柱预镀铜感应熔钎焊方法 | |
| CN103801847B (zh) | 一种紫铜管焊接方法 | |
| CN105710543A (zh) | 一种铝合金管道焊接的焊前预处理工艺 | |
| CN101195187A (zh) | 一种铁铝金属间化合物与钢的脉冲熔焊方法 | |
| CN103231156B (zh) | 一种x90管线钢制造的快速埋弧焊方法 | |
| CN109332860B (zh) | 一种5083铝合金/tc4钛合金结构的电弧增材制造方法 | |
| CN103866317B (zh) | 一种提高铝合金焊接接头强度的表面熔敷方法 | |
| CN108296584B (zh) | 一种钛-钢板材对接双热源低热输入钎焊方法 | |
| CN110860808A (zh) | 一种电感耦合超声辅助脉冲激光焊接装置及方法 | |
| CN111558756B (zh) | 基于增材制造技术制备铜及铜合金构件的方法 | |
| CN101549430A (zh) | 锌基合金的钨极氩弧焊工艺 | |
| CN117066681A (zh) | Al-Cu系合金对接接头脉冲-扫描复合激光焊接方法 | |
| CN101758361B (zh) | 应用激光和微弧火花复合技术修复u型金属薄壁管的方法 | |
| CN103084716B (zh) | 钛-铝微叠层复合材料的脉冲熔化极气体保护焊工艺 | |
| CN111673239B (zh) | 一种预置接头的铜/钢复合材料连接方法 | |
| CN113199147A (zh) | 一种用于铝/钢异种金属的激光深熔点焊工艺 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230714 Address after: Room 1607-2, No. 1609, Xin'ao Road, Jinhai Street, Xiang'an District, Xiamen, Fujian 361100 Patentee after: Xiamen Water Village Technology Co.,Ltd. Address before: 710048 Shaanxi province Xi'an Beilin District Jinhua Road No. 5 Patentee before: XI'AN University OF TECHNOLOGY Effective date of registration: 20230714 Address after: 046700 Mishan Industrial Park, Gaoping economic and Technological Development Zone, Gaoping City, Jincheng City, Shanxi Province Patentee after: Kangshuo (Shanxi) Low Stress Manufacturing System Technology Research Institute Co.,Ltd. Address before: Room 1607-2, No. 1609, Xin'ao Road, Jinhai Street, Xiang'an District, Xiamen, Fujian 361100 Patentee before: Xiamen Water Village Technology Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |