紫銅與不銹鋼焊接

1、紫銅與不銹鋼(碳鋼)管板焊接工藝試驗(yàn)四川空分    許豐淳  蔣吉華摘要    采用鎢極氬弧焊焊接紫銅與不銹鋼（或碳鋼)的管板接頭，進(jìn)行了系列的焊接工藝試驗(yàn)，探索出與之相適應(yīng)的焊接材，其工藝性能良好、操作方便、焊接質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)。該工藝打破了婁似接頭采用傳統(tǒng)的鋪錫釬焊方法，大大降低了工藝程難度、制造成本，縮短了生產(chǎn)周期、提高焊接接頭的強(qiáng)度。關(guān)鍵詞：管板鎢極氬弧焊熱裂紋強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)的提出該試驗(yàn)主要是針對(duì)透平膨脹機(jī)供油裝置上的冷卻器紫銅-不銹鋼(碳鋼)管板接頭在焊接中出現(xiàn)的問題而提出的。該類接頭目前采用的是紫銅管與黃銅板材料，這樣是

2、為了便于采用錫釬焊：同時(shí)為了提高耐壓值使用了脹接工藝，另外為了方便進(jìn)行整體鋪錫，還特意把黃銅板的管孔附近設(shè)計(jì)工藝槽。由于釬焊與脹接是互相矛盾的丁藝，脹接需冷收縮而鋪錫要熱膨脹，往往先脹接好的管口一經(jīng)加熱就出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，造成漏錫及接頭強(qiáng)度降低，有些接頭根本達(dá)不到使用要求，最后只得采取管口封死等措施，才能保證使用。據(jù)了解，目前低溫機(jī)械公司生產(chǎn)的冷卻器，基本上每臺(tái)都有出現(xiàn)此類情況，造成冷卻效率下降。即使采用這樣復(fù)雜的工藝，接頭的強(qiáng)度也還是比較低，大約只能承受2.5MPA左右，而油泵的最大供油壓力為4.0MPA，這給裝置的正常運(yùn)行帶來了隱患。最后一點(diǎn)就是采用整體鋪錫釬焊方式，產(chǎn)品外觀質(zhì)量較差。因此，就

3、迫切的要求找到一種既能提高接頭的焊縫強(qiáng)度，又簡便易于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)又能降低成本的焊接工藝方法。根據(jù)多收集資料、了解專業(yè)信息，從分析鋼與紫銅的焊接性能  入手筆，我們提出采用手工鎢極氬弧焊工藝解決該接頭強(qiáng)度及氣密性  的問題。    二鋼與紫銅的焊接性能分析1、鋼與紫銅的焊接特點(diǎn)Fe與Cu的原子半徑、點(diǎn)陣類型、晶格常數(shù)及外層電子數(shù)都比較接近，這對(duì)鋼與紫銅之間的焊接比較有利。但是，鋼與紫銅的熔化焊接還有一定的難度，主要如下：(1).鋼與銅的物理性能不同，熔點(diǎn)及線膨脹系數(shù)差異大。紫銅的線膨脹系數(shù)大，在焊接過程中會(huì)產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力。(2).銅的導(dǎo)熱系數(shù)是

4、鋼的8倍多，熔池的冷卻速度比鋼要大得多，氫的擴(kuò)散逸出和水的上浮條件更為惡劣，形成氣空的敏感性增大。(3).在焊縫或近縫區(qū)易產(chǎn)生熱裂紋，影響接頭的強(qiáng)度及氣密性，這是焊接工藝中重點(diǎn)要解決的問題。由于鋼與紫銅中含有定量的雜質(zhì)，如氧、硫、磷等。在焊接過程叫，這些雜質(zhì)元素易形成各種低熔點(diǎn)的共晶體和脆性化合物而存于焊縫晶界處，嚴(yán)重削弱了金屬在高溫時(shí)的晶間結(jié)合力，是焊縫產(chǎn)生熱裂紋的主要原因。此外，焊縫中的鐵元素對(duì)熱裂紋傾向的影響比較大。據(jù)有關(guān)資料介紹，當(dāng)鐵含量在1043時(shí)，焊縫具有最好的抗裂性能。因此，控制焊縫的熔合比是相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)。2.焊接要點(diǎn)(1)合理控制焊接熱循環(huán)，改善焊接應(yīng)力狀態(tài)和消除氧化物、硫化

5、物以及低熔點(diǎn)共晶體的有害作用。具體地的方法就是采用熱量集中的焊接方法，即:手工鎢極氬弧焊接。另外可采焊前預(yù)熱的辦法。(2).正確選擇焊接材料，控制焊縫的化學(xué)成分，限制有害雜質(zhì)的含量。(3)擰制焊縫熔介比，以保證鐵在焊縫中的含量在1043之間，使焊縫具有良好的抗裂性能。(4)采用合理的接頭型式，改善接頭的工藝性能和抗裂性能。(5)嚴(yán)格進(jìn)行焊接前期處理。三、實(shí)驗(yàn)方法、內(nèi)容及接頭性能1試驗(yàn)依據(jù)：參照CBl51附錄C的要求進(jìn)行。    2試驗(yàn)：采用不同的焊接材料及坡口型式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)    3檢驗(yàn)內(nèi)容：焊縫外觀進(jìn)行滲透檢測(cè)(PT)、剖面進(jìn)行金相宏

6、觀檢測(cè)、強(qiáng)度及氣密性試驗(yàn)。  強(qiáng)度及氣密性試驗(yàn)：4各種試驗(yàn)方法及檢測(cè)結(jié)果：(1)紫銅與不銹鋼管板接頭的焊接見下表： 序號(hào)  焊接材料 焊接規(guī)范參數(shù) 表面滲透檢測(cè)宏觀金相強(qiáng)度及氣密性試驗(yàn)備  注  1H0Cr21Nil0焊接電流：I=80100A保護(hù)氣體流量：Ar=10151min氣體純度99.99大量裂紋裂紋未融合未進(jìn)行試板管口未倒角 2 HS224焊接電流：I=80100A保護(hù)氣體流量：Ar=10151min氣體純度99.99裂紋氣孔未進(jìn)行未進(jìn)行試板管口倒角2×45°3&#

7、160;純鎳焊絲(采用Z308焊條的焊芯代 焊接電流：I=80100A保護(hù)氣體流量：Ar=10151min氣體純度99.99 表面氣孔氣孔夾沙未進(jìn)行試板管口倒角2×45°4純鎳焊絲N6 焊接電流：I=80100A保護(hù)氣體流量：Ar=10151min氣體純度99.99表面氣孔單個(gè)氣孔未進(jìn)行試板管口倒角2×45°5 HS201焊接電流：I=80100A保護(hù)氣體流量：Ar=10151min氣體純度99.99 無裂紋氣孔等缺陷 無宏觀缺陷 壓力=6.0MPa。滿足要求1.試板管口倒角2

8、5;45°2.管規(guī)格10×16 HS201 焊接電流：I=80100A保護(hù)氣體流量：Ar=10151min氣體純度99.99 無裂紋氣孔等缺陷 無宏觀缺陷 壓力=6.0MPa。滿足要求1.試板管口倒角2×45°2.管規(guī)格16×3(2).紫銅管與碳鋼管板的焊接見下表序號(hào)  焊接材料  焊接規(guī)范參數(shù) 表面滲透檢測(cè) 宏觀金相 強(qiáng)度及氣密性試驗(yàn) 備  注  1H10Mn2 焊接電流：I

9、=80100A保護(hù)氣體流量：Ar=10151min氣體純度99.99  裂紋氣孔未進(jìn)行 未進(jìn)行試板管口未倒角 2 純鎳焊絲N6 焊接電流：I=80100A保護(hù)氣體流量：Ar=10151min氣體純度99.99  氣孔裂紋未進(jìn)行 未進(jìn)行 試板管口倒角2×45°  3HS201 焊接電流：I=80100A保護(hù)氣體流量：Ar=10151min氣體純度99.99  無缺陷 無缺陷 壓力=6.0MPa。滿足要求試板管

10、口倒角2×45° 4 HS201焊接電流：I=80100A保護(hù)氣體流量：Ar=10151min氣體純度99.99   無缺陷無缺陷 壓力=6.0MPa。滿足要求試板管口倒角2×45° 5.結(jié)論綜合以上兩組實(shí)驗(yàn)說明：只要選擇正確的接頭坡口型式、合適的焊接材料、合理的焊接規(guī)范，采用手工鎢極氬弧焊是可以達(dá)到紫銅管與不銹鋼(碳鋼)管板接頭的強(qiáng)度及氣密性的要求，能夠滿足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求的。四焊接工藝及焊接要點(diǎn)(一).焊接工藝1.焊接方法：手工鎢極氬弧焊2.焊接材料：紫銅焊絲HS201  23.焊接規(guī)范參數(shù)：焊接電流I=80110A    保護(hù)氣體流量AR=l015    鎢極直徑=32    噴嘴直徑=8114.接頭坡口型式(略)(二)  焊接要點(diǎn)1.焊前準(zhǔn)備：紫銅管口(50CM范圍內(nèi))焊接部位需嚴(yán)格去油、氧化物及其它污物，管板焊接坡口部位需去油、除涂銹等雜質(zhì)。2.施焊時(shí)，電弧應(yīng)偏向紫銅側(cè)，以減少熔合比，使FE元素的含量：控制在1040之間。3.氬氣的純度要求9999五、試驗(yàn)?zāi)康募耙饬x通過在紫銅與不銹鋼(碳鋼)管板接頭的焊接試驗(yàn)，說