铜钢双丝对接焊的工艺研究(2)

菜单

4.1金相实验步骤 19

4.2 金相分析 19

结论 21

致谢 22

参考文献 23

1 绪论

提高设备的工作性能和可靠性以及降低金属消耗量是现代机器制造业最迫切的问题之一。伴随着全球经济的快速发展和科学技术的不断提升，新材料、新设备、新工艺的不断涌现，从而对零部件的性能的要求越来越高。例如硬度、耐腐蚀性、耐磨性、导电性、导热性、低温性能、高温持久强度等多方面的性能。采用铜和钢复合零部件，由于它们在经济与性能上优势互补，因此具有十分广阔的应用前景。比如新一代的航空发动机采用双相不锈钢与铬青铜的电子束焊接[1]，转炉炼钢的氧气管道需要采用不锈钢管和T2铜管焊接[2]，弹带上纯铜和钢的熔敷扩散焊[3]等。

本课题对铜钢异种金属板材进行双丝堆焊实验，采用的机器是法国SAF公司的R450型号的双丝焊设备，从而实现铜钢异种金属的优质高效焊接。然后根据焊接参数的不同将试样分成不同的组别进行试验，然后将所得焊缝进行互相比较，从而选择好的焊接工艺参数。将焊缝切割成块状然后进行金相组织试验以及硬度测试试验，最后得到焊缝试样的宏观与微观金相图以及焊缝区的硬度分布情况。

1.1 铜钢焊接性

在铜-钢焊接中，由于铁和铜的熔点、线膨胀系数、导热系数和力学性能等都有很大的差异[4]，因此焊接时很容易在焊接接头处产生应力集中，产生各种焊接裂纹。但是钢与铜的原子半径、晶格常数、晶格类型以及原子的外层电子数目都没有太大差异，而且铁与铜在液态时无限互溶，虽然在固态时为有限互溶，但是这并没有形成脆性金属间化合物，反而是以α+β的双相组织的形式存在，这是铜钢能够实现焊接的基本依据。因此如果能够克服上述铁和铜在物理性能上的差异的困难，是能够获得良好的焊接接头的。

铜及铜合金与钢焊接时主要存在以下三个问题：

（1）难熔合及易变形

因为铜及铜合金的热导率比普通的碳钢要大到7~11倍，采用熔焊的时候大量的热量从母材上散失，因此焊缝区达不到其融点，造成难熔合。除此以外，铜的收缩率和线膨胀系数是铁的两倍以上，因此在无拘束条件下焊接容易变形。

（2）热影响区会产生铜的渗透裂纹

不锈钢与铜及铜合金焊接时容易产生铜的渗透裂纹。合理选择焊接工艺，比如选择小的热输入；选择合适的填充金属，控制易产生低熔点共晶的元素（S,P，FeS,Cu2O,FeP),向焊缝中加入Al,Mn,V,Si,Mo,Ni等元素。这样可以防止渗透裂纹的产生。

（3）焊接接头力学性能降低

由于焊接热循环的作用，焊接接头中晶粒严重长大，合金元素和杂志掺入焊缝，容易产生各种脆性相或者脆性的低熔点共晶相，使接头的塑性、导电性、韧性、耐蚀性等显著下降[5]。

1.2 Fe-Cu焊接方法的分类与分析

目前常用的铜钢焊接方法主要有:熔焊、压焊、钎焊[6]等。下面分别对其研究现状进行介绍和分析。

1.2.1熔焊

（1）手工电弧焊

手工电弧焊是指利用电能转变成的热能将两种异种金属局部融化，从而使它们达到原子间相互结合的一种材料连接方式。大家都知道是，铜和钢的熔点、线膨胀系数、导热系数相差很多。如果采用熔化焊，由于铜侧的热量快速散失，从而导致铜不能够形成熔融态与达到熔融态的钢相互结合，这就是铜钢焊接时的难题。然而另一方面，铜与钢的晶格类型、常数、原子半径及原子外层电子数目都差不多，而且铁与铜在液态时无限互溶，但在固态时却有限互溶的二元合金，没有金属间化合物等脆性相。这是他们之间能够焊接的基本依据。所以，只要克服上述的铁与铜之间物理性质的差异，就可以得到正常的焊接接头。论文网