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紫铜与低碳钢的熔化极氩弧焊《5》  

2007-08-05 13:54:30|  分类: 技术类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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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,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

    由表1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。

screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt='Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';}" border=0>    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)。

screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt='Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';}" border=0>    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。

screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt='Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';}" border=0>    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。

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