【正文】 器材和熱交換器、管道、太陽能加熱裝置的平板集熱器等導(dǎo)熱器材。常用的銅合金分為黃銅、青銅、白銅3大類。銅及銅合金具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性以及在某些介質(zhì)中良好的抗腐蝕性能。因而成為電子、化工、船舶、能源動力、交通等工業(yè)領(lǐng)域中換熱管道、導(dǎo)電裝置及抗腐蝕部件的優(yōu)選材料。 不銹鋼材料在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用領(lǐng)域不銹鋼一般是指含鉻量W(Cr)11%~12%、W(C)%的鋼材，這個成分是最簡單的不銹鋼。當對耐腐蝕性要求高時，含鉻量必須達到W(Cr)16%以上。由于鐵素體不銹鋼脆性大，焊接性不好，奧氏體不銹鋼除具有良好的耐腐蝕性外，特別是韌性高、焊接性好，而且工作溫度范圍廣，即可以在高溫，也可以在低溫下使用，因此，應(yīng)用非常廣泛。通常用Ni來獲取奧氏體組織，但近來越來越的利用強奧氏體形成元素氮來獲取奧氏體組織。奧氏體不銹鋼突出的優(yōu)點是優(yōu)良的耐腐蝕性。而為了提高其在不同腐蝕環(huán)境的耐腐蝕性，對化學成分也要進行適當?shù)恼{(diào)整。以最典型的188型CrNi不銹鋼為例，加入不同合金元素后其耐腐蝕性發(fā)生變化，W(Cr)18%，對于許多類型的環(huán)境腐蝕來說，其腐蝕性會大大提高。對于鐵素體基體來說，在氯化物環(huán)境下，也具有良好的抗應(yīng)力腐蝕裂紋的能力。 異種金屬材料焊接存在的技術(shù)問題及缺陷兩種不同材料能否直接形成焊接連接，決定于構(gòu)成該兩種材料的原子或分子之間的相互作用的強弱。兩元素之間的相互作用決定于他們的電子層結(jié)構(gòu)、價電子數(shù)、原子大小、負電性以及晶體點陣、點陣常數(shù)諸因素。一般來說，在液態(tài)和固態(tài)都形成無限互溶的兩種金屬之間，能夠便利的形成性能良好的焊接連接。液態(tài)無限互溶、固態(tài)有限互溶的兩種金屬，無論是共晶型還是包晶型相圖結(jié)構(gòu)都是可以形成焊接連接的，不過其性能與兩種金屬見的組織過度狀況相關(guān)。形成金屬間化合物和間隙化合物中間相的兩種合金，也是可以形成焊接連接的，其接頭性能大半受到此種化合物性能的影響。異種金屬熔焊的主要技術(shù)問題：(1)金屬物理性能的不同 當兩種線脹系數(shù)差別較大的金屬進行焊接時，將會造成焊接接頭出現(xiàn)復(fù)雜的高內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)，可能導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋，甚至還會導(dǎo)致焊縫與母材金屬剝離。因此，焊前對線脹系數(shù)小的金屬進行預(yù)熱，或者在線脹系數(shù)差異很大的兩金屬中間加入一種塑性好的金屬焊接成過渡接頭作為緩沖帶，都是行之有效的方法。(2)熱導(dǎo)率和比熱容的差異 金屬的熱導(dǎo)率和比熱容強烈地影響被焊接材料的熔化、熔池的形成、焊接區(qū)溫度場和焊縫結(jié)晶過程。熔焊時，通常應(yīng)將熱源位置偏向熱導(dǎo)性能好的材料一側(cè)。因此必須吧熱源的大部分熱量集中到純銅待焊處一側(cè)，以保證兩側(cè)的金屬均勻同步地熔化和凝固。(3)電磁性的差異 在異種金屬熔焊時有時會出現(xiàn)焊接電弧片吹，或者電弧燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象而造成焊縫成形變壞，這是由于兩種金屬的電磁性相差很大而發(fā)生的。一般來說，銅鋼異種金屬焊接時，由于銅的熱導(dǎo)率比鋼的大得多，因而，熱源應(yīng)偏向銅側(cè)。(4)形成脆性化合物 異種金屬焊接時，由于焊縫金屬化學成分的多元性和復(fù)雜性，除了將形成多種碳化物和氮化物等外，還能析出多種非金屬或金屬間化合物。(5)焊接接頭難于與母材金屬等性能 通常兩種不同金屬結(jié)合在一起會構(gòu)成腐蝕電偶，因而其耐蝕性要比其中任意金屬都低，此外，為了實現(xiàn)異種金屬的焊接，往往選用塑性好的焊接材料，以避免焊縫金屬開裂或脆化，但可能會降低焊接接頭的強度。因此，為了保證異種金屬焊接接頭具有良好的綜合使用性能，往往不得不放棄或降低一些對次要性能指標的要求，這是異種金屬焊接是時不可避免的問題。由此可見，異種金屬焊接時需要解決的問題較多，焊接難度也很大，只有選用合理的焊接方法和焊接材料，并正確制定焊接工藝方案，采用一些特殊措施，才能獲得優(yōu)質(zhì)的異種金屬的焊接接頭。 本章的主要研究內(nèi)容研究了不銹鋼與銅異種金屬的焊接性，采用TIG焊實現(xiàn)了不銹鋼、銅異種金屬的連接，對焊接接頭的微觀組織進行了金相組織觀察分析，深入分析了不銹鋼、銅異種金屬焊接接頭的結(jié)合機理。第2章 實驗方法設(shè)備與材料 引言在某些工程結(jié)構(gòu)中，如啤酒生產(chǎn)用的糊化鍋以及電渣熔鑄冷凝器等均出現(xiàn)紫銅與不銹鋼的焊接，這樣可節(jié)約銅材和降低產(chǎn)品成本，因此，對焊接過程中紫銅與不銹鋼的化學成分、組織和性能的變化規(guī)律，以及各種焊接缺陷的形成機理及影響因素等進行過詳細研究。本文指在結(jié)合生產(chǎn)實際，對紫銅與不銹鋼異種材料的焊接，獲得優(yōu)質(zhì)接頭的焊接方法及工藝進行探討。 試材料選擇試驗材料為紫銅，紫銅即為純銅，熔點1083℃，密度（20℃）。(mK),線膨脹系數(shù)17106/℃，電阻率（20℃）m㎡/，延伸率為30﹪，在400~700℃的高溫下強度和塑性顯著降低，在熱加工時應(yīng)引起重視。純銅在退火狀態(tài)（軟態(tài)）下具有高的塑性，但強度低。經(jīng)冷加工變形后（硬態(tài)），強度可提高一倍，但塑性降低幾倍。產(chǎn)生了加工硬化的紫銅經(jīng)550~600℃退火，可使塑性完全回復(fù)。焊接結(jié)構(gòu)一般采用軟態(tài)紫銅。紫銅化學成分如表21所示：類別牌號主要成分雜質(zhì)≤銅≥砷鐵鎳鉛錫硫鋅氧純銅T1T2T3—T4—表21 紫銅化學成分 (Wt.%)試驗材料為奧氏體不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)，奧氏體不銹鋼是生產(chǎn)中最常見的一種不銹鋼，其主要合金成分為Cr和Ni。密度（20℃） g/cm3，比熱容c (J/g ℃) (0~100℃)，熱導(dǎo)率λ(100℃) (cm℃)，(106/℃)，一般來講，只有ω(Cr)≥12%時才能在大氣環(huán)境下不發(fā)生腐蝕，增加Ni或提高Cr含量，耐腐蝕性或耐熱性均可以提高，不銹鋼化學成分如表22所示。國產(chǎn)牌號國際牌號CSiMnCrNi其他1Cr18Ni9Ti321≤≤≤~~Ti：~表22 不銹鋼化學成分 (Wt.%)焊絲材料為Ni基合金（我用的是銅焊絲HS201），牌號為MONEL67，成分如表23所示。表23 焊絲成分 (Wt.%)牌號化學成分NiAlMnFeSnPSiTiZnPbCu其它MONEL67～－～—～—余量 焊接方法及設(shè)備的選擇 焊接方法的選擇及工藝試驗中主要選用的焊接方法為鎢極氬弧焊（TIG）焊。利用不銹鋼與非鐵金屬各自獨特的性能，并通過焊接方法，可制造許多合理的焊接構(gòu)件，不僅節(jié)省大量的非鐵金屬，同時還降低制造成本。只有采用與銅和鐵都能無限固溶的鎳或鎳合金作填充金屬才能保證良好的焊縫質(zhì)量，達到較高的接頭強度和塑性。它在石油化工、電力、電子、航空航天和食品工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。銅及銅合金與不銹鋼的熔焊工藝主要是由于被連接件的兩種材料的化學成分和物理性能差異很大，在焊接過程中易產(chǎn)生裂紋和氣孔等缺陷。因此，要尋求一種對兩者均有較好焊接性的焊接材料，堆焊隔離層：或者采用隔離材料，再分別與他們焊接起來的方法，來獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。 1. 鎢極氬弧焊（TIG） TIG焊是在惰性氣體的保護下，利用鎢極與焊件間產(chǎn)生的電弧熱熔化母材和填充焊絲（也可以不加填充焊絲），形成焊縫的焊接方法。氬弧焊原理如圖21所示。圖21 TIG焊原理圖焊接時保護氣體從焊槍的噴嘴中連續(xù)噴出，在電弧周圍形成保護層隔絕空氣，保護電極和焊槍熔池以及臨近熱影響區(qū)，以形成優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。填充焊絲在電弧前方添加，當焊接薄焊件時，一般不需開破口和填充焊絲，還可采用脈沖電流以防止燒穿焊件。焊接厚大焊件時，也可以將焊絲預(yù)熱后，再添加到熔池中去，以提高熔敷速度。在焊接厚板、高熱導(dǎo)率或高熔點金屬等情況下，也可采用氦氣或氦氬混合氣作保護氣體。在焊接不銹鋼、鎳基合金和鎳銅合金時可以采用氬氫混合氣作為保護氣體。TIG焊以氬氣作為保護氣體，電弧發(fā)生在電極和工件之間。電弧和熔化區(qū)由氬氣氣流保護，容易實現(xiàn)全位置焊接。明弧可見，便于操作。電弧在氣流壓縮下燃燒，熱量集中，熔池較小，焊接速度快，熱影響區(qū)較窄，焊后變形小。同時TIG焊電弧穩(wěn)定，飛濺小，焊縫致密，表面無熔渣，成形美觀。常用于不銹鋼、高溫合金、鋁、鎂、鈦及其合金以及難容的活潑金屬和異種金屬的焊接。2. TIG焊焊接工藝 （1）．焊前清理焊前對焊件及焊絲必須清理干凈，不應(yīng)殘留油污、氧化皮、水分和灰塵等。如果采用工藝墊板，同樣也要進行清理，否則它們就會從內(nèi)被破壞氬氣的保護作用，這往往是造成焊接缺陷（如氣孔）的重要原因。TIG焊常用的清理方法有：清除油污、灰塵 常用汽油、丙酮等有機溶劑清洗焊件與焊絲表面。也可按焊接生產(chǎn)說明書規(guī)定的其他方法進行。清除氧化膜 常用的方法有機械清理和化學清理兩種，或者兩者聯(lián)合進行。機械清理主要用于焊件，有機械加工、吹沙、磨削及拋光等方法。對于鋼或高溫合金的焊件，常用砂帶磨或拋光法，將焊件接頭兩側(cè)3050mm寬度內(nèi)的氧化膜清除掉?；瘜W法對于鋁、鎂等有色金屬的焊件與焊絲表面氧化膜的清理效果好，且生產(chǎn)率高。不同金屬材料所采用的化學清理劑與清理程序時不一樣的，可按焊接生產(chǎn)說明書的規(guī)定進行。清理后的焊件與焊絲必須妥善放置與保管，一般應(yīng)在24h內(nèi)焊接完。如果存放中弄臟或放置時間太長，其表面氧化膜仍會增厚并吸附水分，因而為保證焊縫質(zhì)量，必須在焊前重新清理。 3. 焊接工藝參數(shù)的影響及選擇TIG焊的焊接主要工藝參數(shù)有：焊接電流、電弧電壓（電弧長度）、焊接速度、填絲速度等。合理的焊接工藝參數(shù)是獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的重要保證。 4. 焊接工藝參數(shù)對焊縫成形和焊接過程的影響TIG焊時，可采用填充焊絲或不填充的方法形成焊縫。不填充焊絲法，主要用于薄板焊接。如厚度在3mm以下的不銹鋼板，可采用不留間隙的卷邊對接，焊接時不加填充焊絲，而且可實現(xiàn)單面焊雙面成形。（1） 焊接電流 焊接電流是TIG焊的主要參數(shù)。在其他條件不變的情況下，電弧能量與焊接電流成正比；焊接電流越大，可焊接的材料厚度越大。因此，焊接電流時根據(jù)焊件的材料性質(zhì)和厚度來確定的。當焊接電流太大時，易引起焊縫咬邊、焊漏等缺陷。反之，焊接電流太小時，易形成未焊透焊縫。（2） 電弧電壓（或電弧長度） 當弧長增加時，電弧電壓即增加，焊縫熔寬和加熱面積都有增大。但弧長超過一定范圍后，會因電弧熱量的分散使熱效率下降，電弧力對熔池的作用減小，熔寬和母材熔化面積均減小。同時電弧長度還影響到氣體保護效果的好壞。在一定限度內(nèi)，噴嘴到焊件的距離越短，則保護效果就越好。（3） 焊接速度 焊接時，焊縫獲得的熱輸入反比于焊接速度。在其它條件不變的情況下，焊接速度越小，熱輸入越大，則焊接凹陷深度、熔透深度、熔寬都相應(yīng)增大。反之上述參數(shù)減小。當焊接速度過快時，焊縫易產(chǎn)生未焊透、氣孔、夾渣和裂紋等缺陷。反之焊接速度慢時，焊縫有易產(chǎn)生焊穿和咬邊現(xiàn)象。故在TIG焊時，采用較低的焊接速度比較有利。（4） 填絲速度與焊絲直徑 焊絲的填送速度與焊絲的直徑、焊接電流、焊接速度、接頭間隙等因素有關(guān)。一般焊絲直徑大時送絲速度慢，焊接電流、焊接速度接頭間隙大時，送絲速度快。送絲速度選擇不當時，可能造成焊縫出現(xiàn)未焊透、燒穿、焊縫凹陷、焊縫堆高太高、成形不光滑等缺陷。 5．焊接參數(shù)的選擇在焊接過程中，每一項參數(shù)都直接影響焊接質(zhì)量，而且各參數(shù)之間有相互影響，相互制約。為了獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫，除注意各焊接參數(shù)對焊縫成形和焊接過程的影響外，還必須考慮各參數(shù)的綜合影響，即應(yīng)使各項參數(shù)合理匹配。TIG焊時，首先應(yīng)根據(jù)焊件材料的性質(zhì)與厚度參考現(xiàn)有資料確定適當?shù)暮附与娏骱秃附铀俣冗M行試焊。再根據(jù)試焊結(jié)果調(diào)整有關(guān)參數(shù)，直至符合要求。 6. TIG焊操作技術(shù)TIG焊可分手工TIG焊和自動TIG焊兩種，其操作技術(shù)的正確與熟練時保證焊接質(zhì)量的重要前提。由于焊件厚度，施焊姿式，接頭形式等條件不同，操作技術(shù)也不盡相同。下面介紹手工TIG焊基本操作技術(shù)。(1)引弧 引弧前應(yīng)提前510s送氣。引弧有兩種方法：高頻振蕩和接觸引弧，最好采用非接觸引弧。采用非接觸引弧時，應(yīng)先使鎢極端頭與焊件之間保持較短距離，然后接通引弧器電路，在高頻電流或高壓脈沖電流的作用下引弧。這種引弧方法可靠性高，且由于鎢極不與焊件接觸，因而鎢極不致因短路而燒損，同時還可防止焊縫因電極材料落入熔池而形成夾鎢等缺陷。在用無引弧器的設(shè)備施焊時，需采用接觸引弧法。即將鎢電極末端與焊件直接短路，然后迅速拉開而引燃電弧。接觸引弧時，設(shè)備簡單，但引弧可靠性較差。由于鎢極與焊件接觸，可能使鎢極端頭局部熔化而混入焊縫金屬中，造成夾鎢缺陷。為了防止焊縫夾鎢，在用接觸引弧法時，可先在一塊引弧板上引燃電弧，然后再將電弧移到焊縫起點處。(2) 焊接 焊接時為了得到良好的氣保護效果，在不妨礙視線的情況下應(yīng)盡量縮短噴追到焊件的距離，采用短弧焊接，一般弧長47mm。焊槍與焊件角度的選擇也應(yīng)以獲得好的保護效果，便于填充焊絲為準。平焊，橫焊或仰焊時，多采用左焊法。厚度小于4mm的薄板立焊時，采用向下焊或向上焊均可，板厚大于4mm的焊件，多采用向上焊。要注意保持電弧一定高度和焊槍移動速度的均勻性，以確保焊縫熔深、熔寬的均勻，防止產(chǎn)生氣孔和夾雜等缺陷；為了獲得必要的熔寬，焊槍除作勻速直線運動外，允許作適當?shù)臋M向擺動。在需要填充焊絲時，焊絲直徑一般不得大于4mm，因為焊絲太粗易產(chǎn)生夾渣和未焊透現(xiàn)象。填充焊絲在熔池前均勻地向熔池送入，切不可擾亂氬氣氣流。焊絲的端部應(yīng)始終置于氬氣保護區(qū)內(nèi)，以免氧化。焊接時為了加強氣保護效果，提高焊縫質(zhì)量，還可以采取：加擋板、