【正文】 ，如裂紋、未熔合、氣孔等，主要缺陷 是裂紋。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。但由于銅與不銹鋼中所含成分較多，在焊接時，母材中的一些合金元素會過渡到焊縫中，形成一些組織（如低熔點共晶物等），嚴重影響了焊接接頭力學(xué)性能，使得接頭性能下降。 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。在焊縫處不銹鋼組織為樹枝晶和枝晶間的少量鐵 素體，紫銅則仍為單項固溶體組織。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。 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，銅與不銹鋼均流入焊縫中，與填充材料（鎳基焊絲 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 HS201）混合充分形成焊 縫。 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 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。所得焊件正面成形如圖 34 所 示；背面成形如圖 35 所示。 焊時所用的實驗數(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。銅的導(dǎo)熱率比鐵大711 倍，厚度越大，散熱越快，越難達到熔化溫度。所得焊件銅不預(yù)熱背面成形如圖 33 所示。 焊時所用的實驗數(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。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。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。 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。 TIG 焊實驗結(jié)果及分析 焊時所用的實驗數(shù)據(jù)： 材料板厚： 2~3mm，預(yù)熱溫度： 300℃ ， 鎢 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 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。腐蝕時間為：不銹鋼 7~10s，紫銅 4~5s。 試驗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、 R4 HK40 等耐熱鋼、銅及銅合金焊件。對有毒藥品要嚴加管理。這些配制 的試劑都有一定的腐蝕作用。 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。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。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。 焊 接接頭金相組織分析，一般先進行宏觀分析，再進行有針對性的顯微金相分析。 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 第 3 章 實驗結(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。 實驗設(shè)備的選擇 試驗中將使用的設(shè)備如圖 2 2 24 所示： 圖 22數(shù)碼金相顯微儀 (XJP6A) 圖 23 P1型金相試樣拋光機 圖 24 鎢極氬弧焊焊機 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 本章總結(jié) 1. 焊接方法的選擇，本試驗焊接方法選用鎢極氬弧焊（ TIG）焊。 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。此外，還可采用電流衰減方法和逐步提高焊槍的移動速度或工件的轉(zhuǎn)動速度，以減少對熔池的熱輸入來防止裂紋。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、擴大正面保護區(qū)、 反面保護。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。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。平焊，橫焊或仰焊時，多采用左焊法。 (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。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。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。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。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。下面介紹手工 TIG 焊基本操作技術(shù)。 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 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。 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。 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。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。故在 TIG 焊時，采用較低的焊接速度比較有利。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。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。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。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。反之，焊接電流太小時，易形成未焊透焊縫。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。 （ 1） 焊接電流 焊接電流是 TIG 焊的主要參數(shù)。不填充焊絲法， 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 主要用于薄板焊接。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。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。不同金屬材料所采用的化學(xué)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。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。 清除氧化膜 常用的方法有機械清理和化學(xué)清理兩種，或者兩者聯(lián)合進行。 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。 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。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。明弧可見，便于操作。 TIG 焊以氬氣作為保護 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 氣體，電弧發(fā)生在電極和 工件 之間。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。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。氬弧焊原理如圖 21 所示。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。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。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)省國產(chǎn)牌號 國際牌號 C Si Mn Cr Ni 其他 1Cr18Ni9Ti 321 ≤ ≤ ≤ ~ ~ Ti：~ 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 大量的非鐵金屬，同時還降低制造成本。 表 22 不銹鋼 化學(xué)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。紫銅化學(xué)成分 如 表 21 所示 ： 表 21 紫銅化學(xué)成分 (Wt.%) 類別 牌號 主要成分 雜質(zhì) ≤ 銅 ≥ 砷 鐵 鎳 鉛 錫 硫 鋅 氧 純銅 T1 T2 T3 — T4 — 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 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。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)。純銅在退火狀態(tài)（軟態(tài)）下具有高的塑性，但強度低。K),線膨脹 系數(shù) 17106/℃ ，電阻率（ 20℃ ） 試材料選擇 試驗材料為紫銅，紫銅即為純銅，熔點 1083℃ ，密度（ 20℃ ）為 。 哈爾濱華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 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(xué)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。 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。 (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。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)。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。 (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。 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。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)。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。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。而為了提高其在不 同腐蝕環(huán)境的耐腐蝕性，對化學(xué)成分也要進行適當?shù)恼{(diào)整。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。當對耐腐蝕性要求高時，含鉻量必須達到 W(Cr)16%以上。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。常