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申报焊工高级技师论文

紫铜与低碳钢的熔化极氩弧焊

刘福

北京化工机械有限公司

2011年2月1日

目录
一前言

二紫铜与低碳钢的焊接分析
1难溶合及易变形
2易产生裂纹
3气孔

三紫铜与低碳钢的焊接工艺要点
1焊接材料的选择
2坡口形式的选择
3坡口清理
4工件预热
5焊接
6焊后保温

四焊接检验
1拉伸试验
2金相检验

五结论

紫铜与低碳钢的熔化极氩弧焊

摘要：通过紫铜与低碳钢的熔化极氩弧焊的生产实践，对铜钢焊接易产生裂纹，未溶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。

一前言
紫铜具有优良的到点和导热性能，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。
在众多焊接方式中，熔化极氩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。

二紫铜与低碳钢的焊接性分析
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。

表1铜与铁的物理性能的比较
金属导热系数
W/（m·k）
20℃100℃线胀系数
(20-100)/1000000
摄氏度分之一收缩率
﹪Cu393.6326.616.44.7Fe54.829.314.22.0

铜的导热系数大，20℃时铜的导热系数比铁大七倍多，100℃大十一倍多。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，这是焊接时的最大难点，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。
易产生裂纹
在铜与钢的焊接时，在焊缝金属晶粒间存在低熔点共晶，如（Cu+Cu20）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，割断了固体晶粒的联系，使晶粒间的结合力受到削弱，使焊缝金属的塑性显著下降，再加上铜与钢的线胀系数和收缩率差异较大，在焊缝冷却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。
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，遵守操作规程才能使铜钢焊接接头质量得以保证。

三紫铜与低碳钢的焊接工艺要点（以环缝焊接为例）
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。
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种可供选择。

图1铜钢焊接的坡口形式

曾对以上5种坡口形式进行对比试验，图1d应是首选的坡口形式。
坡口清理
用机械法或者化学法去除坡口表面及两侧（约30mm以内）的油污，水分，氧化物及其他夹杂物，使其露出金属光泽。尤其是钢侧锈蚀必须清理干净，以杜绝由于锈蚀造成的未溶合缺陷的产生。
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，一般的预热温度以从600——700℃为宜。
焊接
由于铜导热性好，为防止焊缝出现缺陷，应采用大热量输入焊接。紫铜与低碳钢的熔化极氩弧焊的焊接参数见表2

表2紫铜与低碳钢的熔化极氩弧焊焊接工艺参数
母材壁厚
S/mm电源极性电流
I/A电压
u/v氩气流量
Q/L/min焊丝直径
d/mm5——8直流反接220—28028--3015--181.29——10直流反接260---32028--3015--181.610——20直流反接300---36028--3015--181.6紫铜与低碳钢的MIC焊接的电流与母材壁厚、工件大小、预热温度有关。
传统的铜钢焊接工艺要求焊丝必须偏向铜的一侧，以保证铜母材有足够的热量输入，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，极易产生未溶合缺陷，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，既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