【正文】 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 本論文主要研究銅與不銹鋼的焊接工藝，即異種材料的焊接工藝研究， 為異種材料銅和 不銹 鋼的焊接提供理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)基礎(chǔ)。 主要采用的焊接方法為鎢極氬弧焊 (TIG)焊。 不銹鋼及銅中含有合金元素 (Ni， Si， V)和雜質(zhì) (O， S， P)，在焊接過程中易形成各種低熔點(diǎn)共晶體和脆性化合物，嚴(yán)重削弱了金屬在高溫時(shí)的晶間結(jié)合力。由于銅導(dǎo)熱系數(shù)比不銹鋼大得多，需采用大功率熱源，因此熱影響區(qū)寬，使接頭承受較大應(yīng)力，焊縫易產(chǎn)生熱裂紋。近縫區(qū)不銹鋼一側(cè)易產(chǎn)生滲透裂紋，其原因是由液態(tài)銅對鋼有滲透作用和拉應(yīng)力造成的。 通過焊接檢驗(yàn)可知 ，焊縫具有良好的性能；經(jīng)金相檢驗(yàn)，焊縫內(nèi)部組織均勻；紫銅和紫銅熔合區(qū)過渡均勻，結(jié)合良好；紫銅與碳鋼熔合線平直，無孔洞，且 Cu 和 Fe 相互之間有一定程度擴(kuò)散，熔合區(qū)為冶金結(jié)合。 關(guān)鍵詞： 紫銅； 不銹 鋼； 焊接工藝 ； 金相分析 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract This paper studies in copper and stainless steel welding technology, Namely dissimilar material of welding technology research for the dissimilar materials copper and stainless steel welding to provide the theoretical foundation and experimental basis. The mainly welding processec is tungsten inert gas arc welding (TIG)welding. Stainless steel and copper alloy containing elements (Ni, Si, V) and impurities (O, S, P), in the welding process in the formation of lowmeltingeutectic and brittle pounds, severely weakening the metal in the temperature of crystallization binding force. thermal conductivity of copper due to greater than stainless steel, to use highpower heat, the heataffected zone width, the larger joints under stress, thermal weld cracks easily. seam zone near the side of easy to produce stainless steel Crack infiltration, which is caused by the liquid steel with copper on infiltration and the tensile stress. Through welding inspection, we can see that Weld has a good performance, the metallographic examination, the internal anization of uniform weld。 copper and copper fusion zone transition uniform with good copper and steel fusion line is straight, no holes, and the Cu and Fe to a certain extent between the spread of fusion zone for the metallurgical bine. Key words copper, stainless steel。 welding technology。 metallographic analysis 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目錄 摘 要 ............................................................... I Abstract ................................................................... II 第 1 章 緒 論 ...............................................................1 課題研究的目的及意義 ......................................... 1 不銹鋼、銅的焊接性分析 ....................................... 1 銅和不銹鋼在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 ................................ 5 銅及其合金材料在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用領(lǐng)域 ............. 5 不銹鋼材料在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用領(lǐng)域 ................. 5 異種金屬材料焊接存在的技術(shù)問題及缺陷 ........................ 6 本章的主要研究內(nèi)容 .......................................... 7 第 2 章 實(shí)驗(yàn)方法設(shè)備與材料 ................................................ 8 引言 ........................................................ 8 試材料選擇 .................................................. 8 焊接方法及設(shè)備的選擇 ....................................... 9 焊接方法的選擇及工藝 ................................... 9 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選擇 ........................................ 14 本章總結(jié) .................................................. 15 第 3 章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 .................................................. 16 焊接接頭金相組織分析內(nèi)容 .................................. 16 試驗(yàn)結(jié)果及分析 ............................................ 17 TIG 焊實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 ................................. 17 TIG 焊焊接 接頭組織微觀顯示圖 ......................... 19 本章總結(jié) ................................................... 21 結(jié) 論 .............................................................. 22 致 謝 .............................................................. 23 參考文獻(xiàn) ........................................................... 24 附 錄 1 ............................................................ 26 附 錄 2 ............................................................ 30 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒 論 課題研究的目的及意義 隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)度，新材料、新工藝、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，對零部件的性能提出了更高的要求。異種金屬材料的焊接技術(shù)已逐步被熟練掌握并廣泛應(yīng)用到化學(xué)工程、航空航天、造船、核工程、異種材料等各個(gè)領(lǐng)域，如航天發(fā)射架裝置、齒輪輪齒與輪輻材料的鏈接等應(yīng)用。因此，異種材料焊接技術(shù)越來越受人們的重視。采用不銹鋼和銅的復(fù)合零部件，因在 性能與經(jīng)濟(jì)上優(yōu)勢互補(bǔ)，具有廣闊的應(yīng)用前景。 本課題的研究，就是為了充分利用不銹鋼和銅這兩種金屬在比重、強(qiáng)度、比強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性、耐蝕性和熱強(qiáng)性等方面的各自優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)它們之間的彼此連接，從而形成重要的復(fù)合構(gòu)件， 而且大大節(jié)省材料，降低成本，在航天、石油化工、電站鍋爐、核動力、造船及其他一些領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用 。 異種金屬焊接復(fù)合構(gòu)件的特點(diǎn)是：能夠最大限度地利用材料的各自優(yōu)點(diǎn)， 受 到“物盡其用”的效果?？墒蛊洳煌课惶幱诓煌臏囟?、壓力、載荷、介質(zhì)等工作條件。復(fù)合構(gòu)件不僅能滿足使用性能的要求，而且在經(jīng)濟(jì)上也相當(dāng)合理。顯然，把異種金屬零件連接成一個(gè)整體部件，焊接常常是最好的方法，所以異種合金焊接技術(shù)就成了關(guān)鍵。 本文在對異種材料焊接（銅與不銹鋼的焊接）選用的焊接方法為鎢極氬弧焊（ TIG）焊進(jìn)行研究與討論，并得出在何種參數(shù)下形成的焊接接頭強(qiáng)度及性能更加優(yōu)質(zhì)，其結(jié)果對異種材料焊接接頭質(zhì)量及成型有著重要的意義。 不銹鋼、銅的焊接性分析 不銹鋼的焊接性分析：不銹鋼和耐熱鋼的種類繁多，主要以合金成分為 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 Cr 和 Ni。一般來講，只有ω (Cr)12%時(shí)才能在大氣環(huán)境下不發(fā)生銹蝕，增加 Ni或提高 Cr 含量，耐蝕性或耐熱性均可提高。不銹鋼和耐熱鋼按材料供應(yīng)狀態(tài)的組織可分為以下五種類型，即鐵素體剛、馬氏體剛、鐵素體 奧氏體雙 相鋼和沉淀硬化鋼。不銹鋼的腐蝕形式主要有均勻腐蝕和局部腐蝕，局部腐蝕包括晶間腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕等。而奧氏體不銹鋼（ 1Cr18Ni9Ti）熔焊時(shí)的焊接缺陷主要有： (1)晶間腐蝕，防止措施：①選擇超低碳 [w(C)%]或添加鈦和鈮等固碳元素的焊接材料；②形成奧氏體鐵素體雙相組織的焊縫；③合理選擇焊接工藝，減少敏化溫度范圍的停留時(shí)間；④焊后將工件加熱到 1050~1150℃固溶處理后淬火，使晶界上的碳化物溶入晶粒內(nèi)部，形成均勻奧氏體組織。 (2)應(yīng)力腐蝕，對于不銹鋼來說，應(yīng)力腐蝕斷裂的部位通常不 存在均勻腐蝕，斷裂往往以點(diǎn)蝕，縫隙腐蝕為起始點(diǎn)。防止措施：雙相不銹鋼焊接接頭具有優(yōu)良的耐應(yīng)力腐蝕性能，主要是因?yàn)橐韵聨c(diǎn)： 1) 雙相不銹鋼的屈服強(qiáng)度比奧氏體不銹鋼高，產(chǎn)生表面滑移所需要的應(yīng)力水平高，在相同的腐蝕介質(zhì)中，雙相不銹鋼的表面膜因表面滑移而破壞所需的應(yīng)力較大，應(yīng)力腐蝕開裂較難發(fā)生。 2) 雙相不銹鋼中含有 Mo 元素， Cr 含量也很高，耐點(diǎn)蝕能力強(qiáng)，應(yīng)力腐蝕開裂缺乏起始點(diǎn)。3) 雙相不銹鋼的兩個(gè)電極電位不同，裂紋在不同相和相界的擴(kuò)展機(jī)制不同，對裂紋的擴(kuò)展起到阻止或抑制作用，應(yīng)力腐蝕開裂的發(fā)展速度緩慢。尤其是在熔合區(qū)附近的熱影響區(qū)中，應(yīng)控制母材和焊縫的相比例，以獲得合適的δ/γ雙相組織。 (3) 點(diǎn)蝕 最容易產(chǎn)生點(diǎn)蝕的部位是熔合區(qū)，因該區(qū)域化學(xué)成分極不均勻。焊縫中心部位也會產(chǎn)生點(diǎn)蝕，其主要原因是 Cr 和 Mo 的偏析。防止措施：實(shí)驗(yàn)證明，提高 Ni的含量，晶軸中 Cr、 Mo 的偏析減少，因此采用高 Ni焊絲對防止點(diǎn)蝕有利。此外還要考慮母材的稀釋作用，采用超合金話的焊絲，以保證焊絲金屬中含有足夠的合金元素，而不能采用自熔焊接。 (4) 熱裂紋 與一般鋼結(jié)構(gòu)相比，奧氏體不銹鋼焊接時(shí)更容易產(chǎn)生熱裂紋，并以結(jié)晶裂紋為主，有時(shí)也可能 出現(xiàn)液化裂紋。這是因?yàn)椋?1) 奧氏體不銹鋼的熱導(dǎo)率小和線膨脹系數(shù)大，在焊接局部加熱和冷卻下，接頭在冷卻過程中易形成較大的拉應(yīng)力； 2) 奧氏體不銹鋼易于聯(lián)生結(jié)晶形成方向性 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 強(qiáng)的柱狀晶組織，促使形成晶間液膜； 3) 奧氏體鋼焊縫的合金成分組織復(fù)雜， S、 P、 Sn 和 Pb 等雜質(zhì)元素或者 Si、 Nb 等有線溶解度元素都可能形成低熔點(diǎn)共晶液膜，導(dǎo)致產(chǎn)生熱裂紋。防止措施：焊縫成分對奧氏體鋼的熱裂紋敏感性有決定性影響，因?yàn)樗苯佑绊懸簯B(tài)金屬及合金的凝固模式。只有合金以 FA 模式凝固時(shí)，形成的初生δ相呈蠕蟲狀，能阻礙γ相枝晶的充分發(fā)展， 細(xì)化晶粒，減少元素偏析，因而熱烈傾向最低。焊縫組織構(gòu)成對奧氏體的熱裂紋傾向有很大的影響。由奧氏體和少量的鐵素體構(gòu)成的焊縫組織比單相奧氏體組織的抗裂性能好。因?yàn)閱蜗嗟脢W氏體焊縫金屬合金化程度高，奧氏體非常穩(wěn)定，焊接時(shí)易形成方向性強(qiáng)的粗大柱狀晶，會促進(jìn)有害雜質(zhì) S、P 的偏析，易于形成連續(xù)的晶間液態(tài)夾層，從而增大熱裂紋的傾向。對于Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于