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铜-钢异种金属焊接的研究现状和进展

时间:2021-06-10 21:59来源:毕业论文
随着经济的迅速发展和科学技术的不断进步,新材料、新工艺、新设备不断涌现,对零部件的性能提出了更高的要求。采用钢和铜复合零部件,因此在性能与经济上优势互补,具有广阔
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随着经济的迅速发展和科学技术的不断进步,新材料、新工艺、新设备不断涌现,对零部件的性能提出了更高的要求。采用钢和铜复合零部件,因此在性能与经济上优势互补,具有广阔的应用前景,如在转炉炼钢工程的氧气管道采用T2铜管和不锈钢管焊接,新一代航空发动机采用青铜与双相不锈钢电子束焊接,铜环上钢与纯铜的熔覆扩散焊等。68196

1 铜-钢焊接特点

在铜-钢焊接中,铜与钢的熔点、导热系数、线膨胀系数和力学性能等都有很大的不同【6】,容易在焊接接头中产生应力集中,导致各种焊接裂纹,另一方面,铜与钢的原子半径、晶格类型、晶格常数及原子外层电子数目等都比较接近,且铜与铁属于在液态时无限互溶,在固态下,虽为有限固溶,但并不形成脆性金属间化合物,而是以(α+ε)的双相组织形式存在,这是二者实现焊接的基本依据。因此,只要克服前述的铜与铁在物理性能上存在的差异的困难,是可以获得正常焊接接头的。铜-铁二元相图如图1,铜-钢部分物理参数对比如表1

    铜与钢及铜合金的焊接主要存在下面五个问题:

(1) 由于铜与钢会形成低熔点共晶,以及线膨胀系数相差较大,堆焊层容易产生热裂纹和晶界偏析(即低熔点共晶合金或是铜的偏析),因而焊接时,在较大焊接应力作用下,堆焊层内容易呈现出宏观裂纹【7】。

(2) 铜及铜合金与不锈钢焊接时在热影响区容易出现铜的渗透裂纹【8】。为防止渗透裂纹产生,需要合理选择焊接工艺,选用小的焊接热输入量:同时还要选择合适的填充材料,控制易产生低熔点共晶的元素(S,P,Cu2O,FeS,FeP),向堆焊层中加入Al,Si,Mn,Ti,V,Mo,Ni等元素。

(3) 在焊接热循环作用下,接头中晶粒严重长大,杂质和合金元素掺杂在堆焊层,容易形成各种脆性的低熔点共晶体或脆性相,使接头的塑性、韧性、导电性、耐驶性等显著下降。

(4) 由于铜和大多数铜合金的热导率比普通钢大7-11倍,熔焊时大量的热从基材上散失,焊接区难以达到熔化温度,造成难融合;又因铜的线膨胀系数及收缩率比铁大一倍以上,因此,焊接时在无拘束条件下易变性【9】。论文网

(5) 钢与铜焊接时易出现气孔,其主要原因过量的氢溶入到液态铜中,而在高温时来不及溢出而导致氢气孔的存在。

 此外,金属的表面状态也会产生影响,如金属表面的氧化膜、表面吸附的空气分子、水等,都会给焊接造成很大的影响,焊接过程中也应给予充分重视。

2 铜-钢焊接的方法

目前常用的有熔焊、压焊、钎焊和熔焊-钎焊四种焊接方法。

2.1熔焊

    所谓熔焊,是指焊接过程中,将焊接接头加热至熔化状态,不加压力完成焊接的方法。熔焊可以分为:电弧焊、电渣焊、气焊、电子束焊、激光焊等。最常见的电弧焊又可以进一步分为:手工电弧焊(焊条电弧焊)、气体保护焊、埋弧焊、等离子焊等。                 

     钢与铜及铜合金采用熔化焊时,经常发生铜渗到钢晶粒之间,产生热应力,使焊缝发生断裂。同时合金元素易烧损、易蒸发,且在焊缝中能够产生锡、铅等元素的偏析,因此,焊接时需要采取特殊的工艺措施[10]。

铜一钢熔敷焊工艺方法的研究表明,采用等离子弧、TIG电弧、高频感应、气保护连续炉、真空炉和模中熔铸工艺都可以很好地实现铜一焊接。接。同时还分析了熔敷焊接的几种具体的工艺方法。表明熔敷焊接方法具有效率高,基体金属不发生熔化、界面结合质量好、熔敷层厚度范围宽等特点[11]。 铜-钢异种金属焊接的研究现状和进展:http://www.youerw.com/yanjiu/lunwen_76653.html

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