紫铜与低碳钢用银焊条熔化极氩弧焊
admin 添加于 2015-11-14 15:48
紫铜与低碳钢用银焊条熔化极氩弧焊
摘 要 通过紫铜与低碳钢的银焊条熔化极氩弧焊的生产实践，对铜钢焊接易产生裂纹、未熔合和气孔等缺陷进行了试验分析，并采用了合理的焊接工艺，提高了焊接接头的力学性能，保证了工件质量。
关键词：紫铜 低碳钢 熔化极氩弧焊
前 言
紫铜具有优良的导电和导热性能，因而在很多领域都得到了广泛的应用。为了节约有色金属铜，降低成本，常常在结构件的关键部位采用紫铜，而其他部位则采用成本低廉的低碳钢材料。这种结构多数采用焊接方式银焊条，紫铜与低碳钢的焊接质量相对整体结构来说也变得尤为重要。 在众多焊接方法中，熔化极氢弧焊以其电弧热量集中、高效、焊接质量好等优点，而被广泛采用。
1 紫铜与低碳钢的焊接性分析
1.1 难熔合及易变形 看出，铜与钢的导热系数、线胀系数和收缩率差异较大，这对保证铜与钢的焊接质量非常不利。 铜的导热系数大，20℃时铜的导热系数比铁大7倍多，1000℃时大11倍多。焊接时热量迅速从加热区传导出去，使母材与填充金属难以熔合。 铁与铜在液态下完全不互溶，只能呈机械混合状态，这是焊接的最大难点，只有“机械式”互相结合，而无冶金结合。 铜的线胀系数和收缩率也比较大。铜的线胀系数比铁大15％，而收缩率比铁大一倍以上。焊接时如工件刚度不大，又无防止变形的措施，必然会产生较大的变形。当工件刚度很大时，由于变形受阻会产生很大的焊接应力。
1.2 易产生裂纹 在铜与钢银焊条焊接时，在焊缝金属晶粒间存在低熔点共晶，如（CU＋CU2O）共晶体（共晶温度为1065℃，低于铜的熔点）等。在结晶后期，这些共晶体以液态形式分布在固态α铜的晶粒边界，割断了固体晶粒间的联系，使晶粒间结合力受到削弱，使焊缝金属的塑性显著下降，再加上铜和钢的线胀系数和收缩率差异较大，在焊缝冷却凝固过程中将产生较大的焊接应力。因此，当铜钢焊缝强度、塑性显著下降，并且焊件中存在内应力时，就在接头的脆弱部位形成热裂纹。
1.3 气 孔 铜与钢银焊条焊接时，焊缝中常会出现气孔。 基于对铜钢焊接性的分析，制定合理的焊接工艺是保证铜钢焊接质量的前提，严格遵守操作规程才能使铜钢焊接接头质量得以保证。
2 紫铜与低碳钢的悍接工艺要点（以环缝焊接为例）
2.1 焊接材料的选择 铜钢熔化极氩弧焊常用银焊条焊丝牌号为HS201，焊接接头可获得满意的力学性能。
2.2 坡口形式的选择 总结多年生产经验，铜钢焊接坡口形式有以下5种形式可供选择（图1）。 曾对以上5种坡口形式进行对比实验，图1d应是首选的坡口形式。
2.3 坡口清理 用机械法或化学法去除坡口表面及两侧（约30mm以内）的油污、水分、氧化物及其它夹杂物，使其露出金属光泽。尤其是钢侧锈蚀必须清理于净，以杜绝由于锈蚀造成的未熔合缺陷的产生。
2.4 工件预热 铜钢焊接前必须对紫铜件进行预热。由于紫铜工件越大，散热越快。因此，预热温度应遵循随工件越大，预热温度越高的原则，一般的预热温度以600－700℃为宜。
2.5 焊 接 由于铜导热性好，为防止焊缝出现缺陷，应采用大热输入焊接。紫铜与低碳钢熔化极氩弧焊的焊接参数见表2。 传统的铜钢焊接工艺要求焊丝必须偏向铜一侧，以保证铜母材有足够的热量输人，使之熔化。这种操作技术很难掌握，焊丝偏离焊缝中心线距离过大，不能保证钢母材金属充分熔化，极易产生未熔合缺陷，合适的距离与紫铜工件的大小和壁厚有关，不是固定的数值。根据多年的生产经验和熔化极氩弧焊热量集中的特点，在足够的预热温度下，焊丝对准坡口中心，即可保证铜侧和钢侧母材充分熔化，从而减少钢侧未熔合缺陷的产生，也有利于焊缝的成形。 另外，施焊位置也至关重要。一般打底焊施焊位置以时钟12点至12点30 分外为宜。 施焊位置靠前，熔池金属易流淌，且不利于焊缝成形，也不利于下层焊道的施焊；施焊位置靠后，熔化的填充金属流淌到未熔化的根部坡口上，电弧始终吹在熔化的填充金属上，在电弧温度不足以使根部母材熔化时，即形成根部未焊透及根部未熔合。 盖面焊时，根据工件的回转半径，施焊位置可适当向后移。 再者，适当的焊接速度对保证铜钢焊缝质量也是至关重要的。过快、过慢均易产生未熔合缺陷，合适的焊接速度要根据送丝速度和工件预热温度来确定。
2.6 焊后保温 工件焊后，应保温缓冷。这样，可扩大焊接区温度场，减弱焊接应力，防止裂纹产生。
3 焊接检验
3.1 拉伸试验 严格执行上述工艺，即可得到满意的紫铜和碳钢焊接接头。按国家标准GB264－89截取试块制成力学性能试件，并进行拉伸试验，结果，每个试件的σb均大于230 MPa。可见，铜钢焊接接头抗拉强度高于紫铜（σb＝196－235.2 MPa）。
3.2 金相检验 经金相检验，焊缝内部组织均匀；紫铜和紫铜熔合区过渡均匀，结合良好；紫铜与碳钢熔合线平直，无孔洞，且Cu和Fe相互之间有一定程度扩散，熔合区为冶金结合。
4 结 论
（1）通过焊接检验可知，焊缝具有良好的性能，证明焊接工艺及其参数是合理的；
（2）紫铜与低碳钢的物理性能和化学成分差异很大，铜钢焊缝易产生很多缺陷，如裂纹、未熔合、气孔等，但只要执行合理的焊接工艺，熟练掌握焊接操作技术，仍能获得满意的铜钢焊接接头。