【正文】 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(guò)程中重要的工藝參數(shù)之一。圖32 不開(kāi)坡口背面成形圖32為焊件不開(kāi)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(méi)有焊透，使之力學(xué)性能下降。 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(kāi)坡口。腐蝕時(shí)間為：不銹鋼7~10s，紫銅4~5s。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。對(duì)有毒藥品要嚴(yán)加管理。這些配制的試劑都有一定的腐蝕作用。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。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(guò)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(jìn)行宏觀分析，再進(jìn)行有針對(duì)性的顯微金相分析。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(cè)量和計(jì)算來(lái)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(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。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(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(lái)防止裂紋。焊接時(shí)為了加強(qiáng)氣保護(hù)效果，提高焊縫質(zhì)量，還可以采?。杭訐醢?、擴(kuò)大正面保護(hù)區(qū)、反面保護(hù)。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(dòng)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(yùn)動(dòng)外，允許作適當(dāng)?shù)臋M向擺動(dòng)。平焊，橫焊或仰焊時(shí)，多采用左焊法。(2) 焊接 焊接時(shí)為了得到良好的氣保護(hù)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(zhǎng)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(kāi)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(shí)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)。 6. TIG焊操作技術(shù)TIG焊可分手工TIG焊和自動(dòng)TIG焊兩種，其操作技術(shù)的正確與熟練時(shí)保證焊接質(zhì)量的重要前提。TIG焊時(shí)，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(dāng)?shù)暮附与娏骱秃附铀俣冗M(jìn)行試焊。 5．焊接參數(shù)的選擇在焊接過(guò)程中，每一項(xiàng)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(shí)送絲速度慢，焊接電流、焊接速度接頭間隙大時(shí)，送絲速度快。故在TIG焊時(shí)，采用較低的焊接速度比較有利。當(dāng)焊接速度過(guò)快時(shí)，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(hù)效果就越好。但弧長(zhǎng)超過(guò)一定范圍后，會(huì)因電弧熱量的分散使熱效率下降，電弧力對(duì)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(shí)，易形成未焊透焊縫。因此，焊接電流時(shí)根據(jù)焊件的材料性質(zhì)和厚度來(lái)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，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(shí)間太長(zhǎng)，其表面氧化膜仍會(huì)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(shí)不一樣的，可按焊接生產(chǎn)說(shuō)明書(shū)的規(guī)定進(jìn)行。對(duì)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(jī)械清理和化學(xué)清理兩種，或者兩者聯(lián)合進(jìn)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(jī)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(duì)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(shí)TIG焊電弧穩(wěn)定，飛濺小，焊縫致密，表面無(wú)熔渣，成形美觀。明弧可見(jiàn)，便于操作。TIG焊以氬氣作為保護(hù)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(diǎn)金屬等情況下，也可采用氦氣或氦氬混合氣作保護(hù)氣體。填充焊絲在電弧前方添加，當(dāng)焊接薄焊件時(shí)，一般不需開(kāi)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(duì)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(lái)的方法，來(lái)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(dú)特的性能，并通過(guò)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(shí)還降低制造成本。國(guó)產(chǎn)牌號(hào)國(guó)際牌號(hào)CSiMnCrNi其他1Cr18Ni9Ti321≤≤≤~~Ti：~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(hào)為MONEL67，成分如表23所示。紫銅化學(xué)成分如表21所示：類別牌號(hào)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(xué)成分 (Wt.%)試驗(yàn)材料為奧氏體不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)，奧氏體不銹鋼是生產(chǎn)中最常見(jiàn)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(qiáng)度低。K),線膨脹系數(shù)17106/℃，電阻率（20℃） 試材料選擇試驗(yàn)材料為紫銅，紫銅即為純銅，熔點(diǎn)1083℃，密度（20℃）。第2章 實(shí)驗(yàn)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(duì)焊接過(guò)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(jī)理及影響因素等進(jìn)行過(guò)詳細(xì)研究。由此可見(jiàn)，異種金屬焊接時(shí)需要解決的問(wèn)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(huì)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(shí)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(kāi)裂或脆化，但可能會(huì)降低焊接接頭的強(qiáng)度。一般來(lái)說(shuō)，銅鋼異種金屬焊接時(shí)，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(qiáng)烈地影響被焊接材料的熔化、熔池的形成、焊接區(qū)溫度場(chǎng)和焊縫結(jié)晶過(guò)程。異種金屬熔焊的主要技術(shù)問(wèn)題：(1)金屬物理性能的不同 當(dāng)兩種線脹系數(shù)差別較大的金屬進(jìn)行焊接時(shí)，將會(huì)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(huì)導(dǎo)致焊縫與母材金屬剝離。液態(tài)無(wú)限互溶、固態(tài)有限互溶的兩種金屬，無(wú)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(guò)其性能與兩種金屬見(jiàn)的組織過(guò)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(jià)電子數(shù)、原子大小、負(fù)電性以及晶體點(diǎn)陣、點(diǎn)陣常數(shù)諸因素。對(duì)于鐵素體基體來(lái)說(shuō)，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(duì)化學(xué)成分也要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。通常用Ni來(lái)獲取奧氏體組織，但近來(lái)越來(lái)越的利用強(qiáng)奧氏體形成元素氮來(lái)獲取奧氏體組織。當(dāng)對(duì)耐腐蝕性要求高時(shí)，含鉻量必須達(dá)到W(Cr)16%以上。因而成為電子、化工、船舶、能源動(dòng)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。常用的銅合金分為黃銅、青銅、白銅3大類。熔點(diǎn)為1083℃，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和耐蝕性。它在石油化工、電力、電子、航空航天和食品工業(yè)等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。在航天、石油化工、電站鍋爐、核動(dòng)力、造船及其他一些領(lǐng)域獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。(3)耐蝕性能下降 銅合金的耐蝕性能是依靠鋅、錫、錳、鎳、鋁等元素的合金化而獲得的，熔焊過(guò)程中這些元素的蒸發(fā)和氧化燒損都會(huì)不同程度地使接頭耐蝕性能下降。(2)導(dǎo)電性下降 銅中任何元素的摻入都會(huì)使其導(dǎo)電性下降。 銅及銅合金在熔焊過(guò)程中，由于晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，雜質(zhì)及有害元素的參入，有益合金元素的氧化、蒸發(fā)等，使接頭性能發(fā)生很大的變化。氣孔的形成主要與氫、氧和氮在銅中的溶解有關(guān)，而且熔池凝固時(shí)間短也加劇了氣孔的形成傾向。而且Cu2O能與Cu形成熔點(diǎn)略低于銅的低熔共晶物，會(huì)導(dǎo)致焊接熱裂紋的產(chǎn)生。銅及銅合金中存在氧、硫、磷、鉛、鉍等雜質(zhì)元素，銅能與它們形成多種低熔點(diǎn)共晶物，這些低熔點(diǎn)共晶在熔池結(jié)晶過(guò)程中分布在樹(shù)枝晶間或晶界處，使銅和銅合金有明顯的熱脆性。采用氬弧焊，必須采用強(qiáng)規(guī)范才能熔化母材，否則需要高溫預(yù)熱后才能進(jìn)行焊接。銅的導(dǎo)熱率比鐵大7~11倍，厚度越大，散熱越快，越難達(dá)到熔化溫度，熱影響區(qū)也寬。銅及銅合金熔焊時(shí)已出現(xiàn)的缺陷主要有1) 難于熔化及形成。經(jīng)冷加工變形后，強(qiáng)度可以提高一倍，但塑性降低若干倍。磷雖然也可能與銅形成脆性化合物，但當(dāng)其含量不超過(guò)它在室溫銅中最大溶解度時(shí)，可以為一種良好的脫氧劑。但當(dāng)雜質(zhì)元素含量超過(guò)其在銅中的溶解度而出現(xiàn)多想結(jié)構(gòu)時(shí)，將顯著降低銅的各種性能，如鉛、氧、硫與銅形成的低熔點(diǎn)共晶組織分布在晶界上，增加了材料的脆性和焊接熱裂紋的敏感性。銅及銅合金的種類和性能：按化學(xué)成分和表面顏色可將銅及其合金分為純銅、黃銅、青銅及白銅四大類別，工業(yè)純銅中常見(jiàn)的雜質(zhì)元素有氧、硫、鉛、砷及磷等。對(duì)于Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于15%（約5%左右）的奧氏體鋼，如果能使焊縫存在少量的δ鐵素體，那么可以大幅度提高焊縫金屬的抗裂紋能力。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。只有合金以FA模式凝固時(shí)，形成的初生δ相呈蠕蟲(chóng)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。這是因?yàn)椋?) 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(guò)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。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。焊縫中心部位也會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)蝕，其主要原因是Cr和Mo的偏析。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。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(kāi)裂缺乏起始點(diǎn)。(2)應(yīng)力腐蝕，對(duì)于不銹鋼來(lái)說(shuō)，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)。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。一般來(lái)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。本文在對(duì)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(duì)異種材料焊接接頭質(zhì)量及成型有著重要的意義。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。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