【文章內(nèi)容簡介】 擴(kuò)大正面保護(hù)區(qū)、反面保護(hù)。焊縫在收弧處要求不存在明顯的下凹以及產(chǎn)生氣孔與裂紋等缺陷，為此，在收弧處應(yīng)該添加填充焊絲多使弧坑填滿，這對(duì)于焊接熱裂紋傾向較大的材料時(shí)，尤為重要。此外，還可采用電流衰減方法和逐步提高焊槍的移動(dòng)速度或工件的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，以減少對(duì)熔池的熱輸入來防止裂紋。在焊接拼板接縫時(shí)，通常采用引出板將收弧處引出焊件，使得易出現(xiàn)缺陷的收弧處脫離焊件。熄弧后，不要立即抬起焊槍，要使焊槍在焊縫上停留35s，待鎢極和熔池冷卻后，再抬起焊槍，停止供氣，以防止焊縫和鎢極受到氧化。至此焊接過程便告結(jié)束，應(yīng)關(guān)斷焊機(jī)，切斷水、電、電路。 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選擇 試驗(yàn)中將使用的設(shè)備如圖2224 所示： 圖22數(shù)碼金相顯微儀(XJP6A) 圖23 P1型金相試樣拋光機(jī) 圖24 鎢極氬弧焊焊機(jī) 本章總結(jié)1. 焊接方法的選擇，本試驗(yàn)焊接方法選用鎢極氬弧焊（TIG）焊。2. 對(duì)應(yīng)焊接方法的工藝介紹及焊接材料的選擇，試驗(yàn)中主要的焊接材料有純銅（T2）、奧氏體不銹鋼、焊絲HS201。第3章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 焊接接頭金相組織分析內(nèi)容金相分析是金屬材料試驗(yàn)研究的重要手段之一，采用定量金相學(xué)原理，由二維金相試樣磨面或薄膜的金相顯微組織的測量和計(jì)算來確定合金組織的三維空間形貌，從而建立合金成分、組織和性能間的定量關(guān)系。將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于圖像處理，具有精度高、速度快等優(yōu)點(diǎn)，可以大大提高工作效率。焊接接頭金相組織分析，一般先進(jìn)行宏觀分析，再進(jìn)行有針對(duì)性的顯微金相分析。1. 接頭宏觀組織的顯示 宏觀組織檢查的主要內(nèi)容是，觀察焊接接頭的各部組織宏觀形態(tài)，如柱狀晶、等軸晶、樹枝晶的結(jié)構(gòu)及分布，焊縫及熱影響區(qū)的寬度，過熱區(qū)的寬度，可以從中了解焊接工藝變動(dòng)時(shí)，對(duì)熱影區(qū)寬度的影響，對(duì)鋼的結(jié)晶組織的影響。觀察焊縫凝固過程形成的缺陷，如裂縫、氣孔、夾渣及母材的融合的非金屬夾雜物，或焊后熱處理產(chǎn)生的各種缺陷。通過宏觀組織的檢查、研究焊接接頭結(jié)晶過程中引起的成分偏析情況。檢查焊縫金屬與母材的融合情況，顯露焊接接頭的熔合線的位置。低倍分析，可以了解焊縫柱狀晶生長變化形態(tài)、宏觀偏析、焊接缺陷、焊道橫截面形狀、熱影響區(qū)寬度和多層焊道層次情況；斷口分析，可以了解焊接缺陷的形態(tài)、產(chǎn)生的部位和擴(kuò)展的情況。2. 焊接接頭顯微組織的顯示 化學(xué)試劑侵蝕顯示方法是在金相組織顯示中是最常用的。主要應(yīng)用化學(xué)藥品作為溶質(zhì)，分為有機(jī)或無機(jī)酸類，各種堿類、鹽類溶劑的主要是應(yīng)用甘油、酒精、蒸餾水。這些配制的試劑都有一定的腐蝕作用。使用、配制時(shí)應(yīng)當(dāng)小心謹(jǐn)慎，按操作規(guī)程在腐蝕實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。對(duì)有毒藥品要嚴(yán)加管理。化學(xué)侵蝕顯示金屬組織方法，使用簡便，試劑配制容易。3. 金相腐蝕液的選用與配制 試驗(yàn)中選用的金相腐蝕液為氯化高鐵鹽酸水溶液：氯化高鐵：鹽酸：水為30g：100ml：50ml，如圖31所示，應(yīng)用范圍：不銹鋼、R4HK40等耐熱鋼、銅及銅合金焊件。侵蝕劑配制時(shí)需要嚴(yán)格按組分及組分次序加入。腐蝕時(shí)間為：不銹鋼7~10s，紫銅4~5s。 圖31 氯化高鐵鹽酸水溶液 試驗(yàn)結(jié)果及分析異種材料焊接的熔合區(qū)組織：異種材料焊接由于化學(xué)成分和組織差別很大，在熔合區(qū)存在著化學(xué)成分的過渡，在焊接過程熱處理及運(yùn)行中熔合線兩側(cè)化學(xué)成分會(huì)發(fā)生變化碳遷移和合金元素?cái)U(kuò)散再分配，使得熔合線兩側(cè)組織發(fā)生了復(fù)雜變化。 TIG焊實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析： 材料板厚：2~3mm，預(yù)熱溫度：300℃，鎢極直徑：2~3mm，焊絲直徑：，噴嘴直徑：8~10mm，焊接電流：175~225A，氬氣流量：6~10（L∕min），電源極性：直流正接，焊接速度：∕s，送絲速度：2mm∕s，破口形式：不開坡口。所得焊件不開坡口背面成形如圖32所示。圖32 不開坡口背面成形圖32為焊件不開坡口背面成形圖，從圖片上可以看出焊縫處不是很均勻，并且沒有焊透，使之力學(xué)性能下降?？梢?，雖然是薄板焊接，開坡口也是需要的。所以焊縫坡口形式就是焊接過程中重要的工藝參數(shù)之一。開坡口的目的在于使焊接生成順利進(jìn)行，確保焊接質(zhì)量的接頭性能，減小焊接變形和焊接材料的消耗，帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。坡口形式的選擇，不僅直接影響到焊接結(jié)構(gòu)的生成成本，而且將直接影響到接頭的化學(xué)成、組織和力學(xué)性能。因此，正確選擇合理坡口形式，對(duì)焊接生產(chǎn)質(zhì)量將有重大的現(xiàn)實(shí)意義。2. TIG焊時(shí)所用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： 材料板厚：2~3mm，預(yù)熱溫度：不預(yù)熱，鎢極直徑：2~3mm，焊絲直徑：，噴嘴直徑：8~10mm，焊接電流：175~225A，氬氣流量：6~10（L∕min），電源極性：直流正接，焊接速度：∕s，送絲速度：2mm∕s，破口形式：不銹鋼45176。、銅45176。所得焊件銅不預(yù)熱背面成形如圖33所示。圖33 銅不預(yù)熱焊件背面成形圖33焊件銅不預(yù)熱背面成形圖，從圖片上可以看出母材很難熔化，填充焊絲也與母材不易熔合，這個(gè)和銅的物理性能有關(guān)。銅的導(dǎo)熱率比鐵大711倍，厚度越大，散熱越快，越難達(dá)到熔化溫度。因此，焊接操作時(shí)，銅件要高溫預(yù)熱后才可以焊接。3. TIG焊時(shí)所用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： 材料板厚：2~3mm，預(yù)熱溫度：300℃，鎢極直徑：2~3mm，焊絲直徑：，噴嘴直徑：8~10mm，焊接電流：175~225A，氬氣流量：6~10（L∕min），電源極性：直流正接，焊接速度：∕s，送絲速度：2mm∕s，破口形式：不銹鋼45176。、銅45176。所得焊件正面成形如圖34所示；背面成形如圖35所示。 圖34 焊件正面成形圖35 焊件背面成形圖34和圖35為焊件正面和背面成形圖，從圖片上可以看出這組焊接參數(shù)得到的焊縫是最好的，焊縫表面成形很好，沒有氣孔、未融合、未焊透等焊接缺陷。 TIG焊焊接接頭組織微觀顯示圖 a） b） c） d）圖36 TIG焊的焊縫組織金相顯微圖 圖36中，a）、b）和d）均為放大100倍的金相組織圖，c）圖為放大400倍的焊縫組織金相圖。由圖片可以看出TIG焊的焊接接頭組織缺陷較少，紫銅與不銹鋼組織熔合比較均勻，a）為不銹鋼側(cè)熔合線組織圖，圖中不銹鋼與焊縫組織間有一塊過渡帶，且在此處已有少量銅組織溶入不銹鋼組織中，而在焊縫處以有大量的不銹鋼組織溶入。b）、c）和d）均為焊縫組織金相圖，由b）和c）可以看出不銹鋼成分與紫銅成分較為均勻混合，由此可見，不銹鋼與銅焊接時(shí)，銅與不銹鋼均流入焊縫中，與填充材料（鎳基焊絲HS201）混合充分形成焊縫。但仍有一些缺陷，由d）可見，可以看出在焊縫中，有大塊的不銹鋼熔入，影響了焊接接頭的性能。不銹鋼側(cè)組織：奧氏體不銹鋼母材組織為奧氏體或奧氏體和少量的鐵素體，熔合線和熱影響區(qū)交界較明顯，不銹鋼側(cè)母材熱影響區(qū)組織較為狹窄，組織為奧氏體和帶狀鐵素體，不銹鋼母材未受熱影響區(qū)組織為奧氏體和少量帶狀分布的鐵素體以及一些顆粒碳化物。紫銅側(cè)母材焊后一般仍為單項(xiàng)固溶體（α固溶體），但晶粒會(huì)變得粗大，熱影響區(qū)處尤為明顯，若焊前為冷作狀態(tài)的紫銅母材在熱影響區(qū)可以得到細(xì)晶粒α固溶體組織。在焊縫處不銹鋼組織為樹枝晶和枝晶間的少量鐵素體，紫銅則仍為單項(xiàng)固溶體組織。為了防止產(chǎn)生焊縫熱裂紋和有利于提高抗晶間腐蝕能力，一般奧氏體不銹鋼焊縫中希望含有鐵素體組織的體積分?jǐn)?shù)為5%～10%。 本章總結(jié) 從以上圖片中可以發(fā)現(xiàn)紫銅側(cè)和不銹鋼側(cè)熔合的良好。由鎢極氬弧焊（TIG）焊焊接方法及工藝可以選用某種填充材料將紫銅和不銹鋼焊接起來，并且得到了良好的焊接接頭及性能。但由于銅與不銹鋼中所含成分較多，在焊接時(shí)，母材中的一些合金元素會(huì)過渡到焊縫中，形成一些組織（如低熔點(diǎn)共晶物等），嚴(yán)重影響了焊接接頭力學(xué)性能，使得接頭性能下降。故應(yīng)選擇與母材有良好焊接性的填充材料進(jìn)行焊接，本實(shí)驗(yàn)選擇焊絲HS201作為TIG焊時(shí)的填充金屬，從而獲得了良好的焊接接頭，得到了良好的結(jié)果。從而證明了銅與不銹鋼異種材料可以通過某種焊接方法將其良好的焊接在一起，并通過調(diào)整合適的焊接參數(shù)的成型及力學(xué)性能良好的焊接接頭。結(jié) 論本論文通過TIG焊焊接方法對(duì)紫銅和不銹鋼異種材料進(jìn)行焊接，在某種程度上為銅和不銹鋼異種材料焊接的發(fā)展提供理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。（1）紫銅與不銹鋼的物理性能和化學(xué)成分差異很大，銅與不銹鋼鋼焊縫易產(chǎn)生很多缺陷，如裂紋、未熔合、氣孔等，主要缺陷是裂紋。但只要執(zhí)行合理的焊接工藝，熟練掌握焊接操作技術(shù)技能，仍能獲得滿意的銅與不銹鋼焊接接頭。（2）通過焊接檢驗(yàn)可知，焊縫具有良好的力學(xué)性能以及機(jī)械性能，從而證明銅與不銹鋼可以通過一些焊接方法和合理的焊接工藝將其焊接在一起，并得到性能良好的焊接接頭。（3）經(jīng)金相試驗(yàn)分析，焊縫內(nèi)部組織均勻；紫銅側(cè)熔合區(qū)過渡均勻，結(jié)合良好；紫銅與不銹鋼熔合線清晰，缺陷較少；釬縫組織均勻，缺陷較少，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。致 謝本文是在導(dǎo)師楊德云老師的悉心指導(dǎo)下完成的，導(dǎo)師科學(xué)客觀、一絲不茍的工作態(tài)度令學(xué)生受益頗深。導(dǎo)師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)使學(xué)生終生難忘。在此，向?qū)煹呐囵B(yǎng)和教育表示崇高的敬意和衷心的感謝。課題的實(shí)驗(yàn)工作得到了范富華老師、崔元彪老師、吳犇老師、郝亮老師及實(shí)驗(yàn)室其他老師的大力支持與熱情幫助，在此表示真誠的感謝。在實(shí)驗(yàn)過程中，得到了王會(huì)學(xué)、趙偉等同學(xué)的大力配合與協(xié)作，也得到了其他同學(xué)的幫助與指導(dǎo)，在此一并表示感謝。參考文獻(xiàn)[1]李亞江,王娟,劉鵬. 異種難焊材料的焊接及應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, [2]劉中青,[M]. 北京：科學(xué)出版社, 1990[3]李亞江,王娟,劉強(qiáng). 有色金屬焊接及應(yīng)用[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, [4]孟慶森,王文先,吳志生. 金屬材料焊接基礎(chǔ)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, [5]中國機(jī)械工程協(xié)會(huì)焊接學(xué)會(huì). 焊接手冊(cè)第一卷焊接方法及設(shè)備[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001[6]《焊接手冊(cè)》（2）材料的焊接[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2001:608[7]李炯輝. 金屬材料金相圖譜[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009[8]孫景榮等編.《實(shí)用焊接手冊(cè)》. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, ISBN7502520023[9]雷世明主編. 焊接方法與設(shè)備. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1998[10]哈焊接所. 焊接裂紋金相分析圖譜. 1981[11]冶金部鋼鐵研究總院. 鋼的金相圖譜. 1975 [12]張守忠. 銅與鋼異種材料TIG焊焊接工藝研究. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文. 2005: 1925[13]方洪淵. 材料連接過程中的界面行為. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 2005:956[14]崔忠圻,劉北興. 金屬學(xué)與熱處理原理. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 1998:23[15]耿浩然,王守仁,王艷等. 鑄造鋅、銅合金. 化學(xué)工業(yè)出版社, 2006:519[16]M. Abbasi, A. Karimi Taheri, M. T. Salehi Growth rate of intermetallic pounds in A1/Cu bimetal produced by cold roll welding process [J].Journal of Alloys and Compounds 319 (2001) 233241[17]Liu Peng, Li Yajiang, Geng Haoran, Wang Juan A study of phase constitution near the interface of Mg/A1 vacuum diffusion bonding Materials Letters 59 (2005) 20012005[18]Calderon P D, Walmsley D R, Munlr Z A. An investigation of diffusion welding of pure and alloyed aluminum to type 316 stainless steel[J].Welding Journal，1985, 64(4):104114[19]閆久春,崔西會(huì),李慶芬等. 預(yù)熱對(duì)紫銅厚板TIG焊接工藝性的影響[J]. (9)5861[20]Lei Zhen, Qin Guoliang, Lin Shangyang, Wang Xuyou, Wang Lei Research and development of dissimilar metals welding of aluminum and steel [J].WELDINGamp。JOINING 2006 (4) 1620