畢業(yè)設(shè)計--不銹鋼與銅焊接工藝及金相分析

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本論文主要研究銅與不銹鋼的焊接工藝，即異種材料的焊接工藝研究，為異種材料銅和不銹鋼的焊接提供理論基礎(chǔ)和試驗基礎(chǔ)。主要采用的焊接方法為鎢極氬弧焊(TIG)焊。</p><p>　　不銹鋼及銅中含有合金元素(Ni，Si，V)和雜質(zhì)(O，S，P)，在焊接過程中易形成各種低熔點共晶體和脆性化合物，嚴(yán)重削弱了金屬

2、在高溫時的晶間結(jié)合力。由于銅導(dǎo)熱系數(shù)比不銹鋼大得多，需采用大功率熱源，因此熱影響區(qū)寬，使接頭承受較大應(yīng)力，焊縫易產(chǎn)生熱裂紋。近縫區(qū)不銹鋼一側(cè)易產(chǎn)生滲透裂紋，其原因是由液態(tài)銅對鋼有滲透作用和拉應(yīng)力造成的。</p><p>　　通過焊接檢驗可知，焊縫具有良好的性能；經(jīng)金相檢驗，焊縫內(nèi)部組織均勻；紫銅和紫銅熔合區(qū)過渡均勻，結(jié)合良好；紫銅與碳鋼熔合線平直，無孔洞，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。&l

3、t;/p><p>　　關(guān)鍵詞： 紫銅； 不銹鋼； 焊接工藝； 金相分析</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper studies in copper and stainless steel welding technology, Namely dissimilar material of wel

4、ding technology research for the dissimilar materials copper and stainless steel welding to provide the theoretical foundation and experimental basis. The mainly welding processec is tungsten inert gas arc welding (TIG)w

5、elding.</p><p>　　Stainless steel and copper alloy containing elements (Ni, Si, V) and impurities (O, S, P), in the welding process in the formation of low-melting-eutectic and brittle compounds, severely wea

6、kening the metal in the temperature of crystallization binding force. thermal conductivity of copper due to greater than stainless steel, to use high-power heat, the heat-affected zone width, the larger joints under stre

7、ss, thermal weld cracks easily. seam zone near the side of easy to produce stainless steel</p><p>　　Through welding inspection, we can see that Weld has a good performance, the metallographic examination, th

8、e internal organization of uniform weld; copper and copper fusion zone transition uniform with good copper and steel fusion line is straight, no holes, and the Cu and Fe to a certain extent between the spread of fusion z

9、one for the metallurgical combine.</p><p>　　Key words copper, stainless steel; welding technology; metallographic analysis</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I<

10、;/b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　1.1課題研究的目的及意義1</p><p>　　1.2不銹鋼、銅的焊接性分析1</p><p>　　1.3 銅和不銹鋼在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀5</p><p>　　1.3

11、.1 銅及其合金材料在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用領(lǐng)域5</p><p>　　1.3.2 不銹鋼材料在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用領(lǐng)域5</p><p>　　1.4 異種金屬材料焊接存在的技術(shù)問題及缺陷6</p><p>　　1.5 本章的主要研究內(nèi)容7</p><p>　　第2章 實驗方法設(shè)備與材料8</p><p>

12、;<b>　　2.1 引言8</b></p><p>　　2.2 試材料選擇8</p><p>　　2.3 焊接方法及設(shè)備的選擇9</p><p>　　2.3.1 焊接方法的選擇及工藝9</p><p>　　2.3.2 實驗設(shè)備的選擇14</p><p>　　2.4 本章總結(jié)15&

13、lt;/p><p>　　第3章 實驗結(jié)果及分析16</p><p>　　3.1 焊接接頭金相組織分析內(nèi)容16</p><p>　　3.2 試驗結(jié)果及分析17</p><p>　　3.2.1 TIG焊實驗結(jié)果及分析17</p><p>　　3.2.2 TIG焊焊接接頭組織微觀顯示圖19</p>

14、<p>　　3.3 本章總結(jié)21</p><p><b>　　結(jié) 論22</b></p><p><b>　　致 謝23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　附 錄126</b>&l

15、t;/p><p><b>　　附 錄230</b></p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 課題研究的目的及意義</p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)度，新材料、新工藝、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，對零部件的性能提出了更高的要求。異種金屬材料的焊接技

16、術(shù)已逐步被熟練掌握并廣泛應(yīng)用到化學(xué)工程、航空航天、造船、核工程、異種材料等各個領(lǐng)域，如航天發(fā)射架裝置、齒輪輪齒與輪輻材料的鏈接等應(yīng)用。因此，異種材料焊接技術(shù)越來越受人們的重視。采用不銹鋼和銅的復(fù)合零部件，因在性能與經(jīng)濟(jì)上優(yōu)勢互補(bǔ)，具有廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　本課題的研究，就是為了充分利用不銹鋼和銅這兩種金屬在比重、強(qiáng)度、比強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性、耐蝕性和熱強(qiáng)性等方面的各自優(yōu)點，實現(xiàn)它們之間的彼此連接

17、，從而形成重要的復(fù)合構(gòu)件，而且大大節(jié)省材料，降低成本，在航天、石油化工、電站鍋爐、核動力、造船及其他一些領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　異種金屬焊接復(fù)合構(gòu)件的特點是：能夠最大限度地利用材料的各自優(yōu)點，受到“物盡其用”的效果?？墒蛊洳煌课惶幱诓煌臏囟取毫?、載荷、介質(zhì)等工作條件。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。顯然，把異種金屬零件連接成一個整體部件，焊接常常是最好的方法

18、，所以異種合金焊接技術(shù)就成了關(guān)鍵。</p><p>　　本文在對異種材料焊接（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)果對異種材料焊接接頭質(zhì)量及成型有著重要的意義。</p><p>　　1.2 不銹鋼、銅的焊接性分析</p><p>　　不銹鋼的焊接性分析：不銹鋼和耐熱鋼的種類

19、繁多，主要以合金成分為Cr和Ni。一般來講，只有ω(Cr)>12%時才能在大氣環(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。不銹鋼和耐熱鋼按材料供應(yīng)狀態(tài)的組織可分為以下五種類型，即鐵素體剛、馬氏體剛、鐵素體-奧氏體雙相鋼和沉淀硬化鋼。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、點蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕等。而奧氏體不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）熔焊時的焊接缺陷主要有：(1)晶間腐蝕，防止措施：

20、①選擇超低碳[w(C)<0.03%]或添加鈦和鈮等固碳元素的焊接材料；②形成奧氏體-鐵素體雙相組織的焊縫；③合理選擇焊接工藝，減少敏化溫度范圍的停留時間；④焊后將工件加熱到1050~1150℃固溶處理后淬火，使晶界上的碳化物溶入晶粒內(nèi)部，形成均勻奧氏體組織。(2)應(yīng)力腐蝕，對于不銹鋼來說，應(yīng)力腐蝕斷裂的部位通常不存在均勻腐蝕，斷裂往往以點蝕，縫隙腐蝕為起始點。防止措施：雙相不銹鋼焊接接頭具有優(yōu)良的耐應(yīng)力腐蝕性能，主要是因為以下幾點

21、：1) 雙相不銹鋼的屈服強(qiáng)度比奧氏體不銹鋼高，產(chǎn)生表面滑移所需要的應(yīng)力水平高，在相同的腐蝕介</p><p>　　銅的焊接性分析：銅及銅合金具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性以及在某些介質(zhì)中良好的抗腐蝕性能，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。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)純銅中常見的雜質(zhì)元

22、素有氧、硫、鉛、砷及磷等。</p><p>　　銅及銅合金的物理性能如表1-1所示：</p><p>　　表1-1銅及銅合金的物理性能</p><p>　　少量的雜質(zhì)元素能完全固溶與銅中，對銅的塑性變形性能影響不大。但當(dāng)雜質(zhì)元素含量超過其在銅中的溶解度而出現(xiàn)多想結(jié)構(gòu)時，將顯著降低銅的各種性能，如鉛、氧、硫與銅形成的低熔點共晶組織分布在晶界上，增加了材料的脆性和焊接熱

23、裂紋的敏感性。用于制造焊接結(jié)構(gòu)的銅材要求其含鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.03%，含鉍量小于0.03%，含氧和含硫硬分別小于0.03%和0.01%。磷雖然也可能與銅形成脆性化合物，但當(dāng)其含量不超過它在室溫銅中最大溶解度時，可以為一種良好的脫氧劑。純銅在退火狀態(tài)下具有很好的塑性，但強(qiáng)度低。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。加工硬化的純銅經(jīng)550~600℃退火后，可使塑性完全恢復(fù)。銅及銅合金熔焊時已出現(xiàn)的缺陷主要有1) 難于熔化及形

24、成。焊接銅及銅合金時，當(dāng)采用與同厚度低碳鋼一樣的焊接參數(shù)，母材就很難熔化，填充金屬也與母材不易熔合，這與銅及銅合金的熱物理性能有關(guān)。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。采用熱能量密度低的焊接熱員進(jìn)行焊接時，如氧乙炔焊和焊條電弧焊，需要進(jìn)行高溫預(yù)熱。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</p><p>　　在雜質(zhì)中，氧的危害最大，它不但在冶煉時以雜質(zhì)的

25、形式存在于銅內(nèi)，在以后的軋制加工和焊接過程中，都會以Cu2O的形式存在于焊縫金屬中。而且Cu2O能與Cu形成熔點略低于銅的低熔共晶物，會導(dǎo)致焊接熱裂紋的產(chǎn)生。3) 氣孔嚴(yán)重 熔化焊接銅及銅合金，出現(xiàn)氣孔的傾向比低碳鋼要大得多，所形成的氣孔幾乎分布在焊縫的各個部位。氣孔的形成主要與氫、氧和氮在銅中的溶解有關(guān)，而且熔池凝固時間短也加劇了氣孔的形成傾向。4) 接頭性能下降。 銅及銅合金在熔焊過程中，由于晶粒嚴(yán)重長大，雜質(zhì)及有害元素的參入，有益

26、合金元素的氧化、蒸發(fā)等，使接頭性能發(fā)生很大的變化。(1)塑性嚴(yán)重變壞 焊縫與熱影響區(qū)晶粒變粗、各種脆性的易熔共晶出現(xiàn)于晶界，使接頭的塑性和韌性顯著下降。(2)導(dǎo)電性下降 銅中任何元素的摻入都會使其導(dǎo)電性下降。因此，焊接過程中雜質(zhì)和合金元素的溶入都會不同程度低降低接頭的導(dǎo)電性能。(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，熔焊過程中這些元素的蒸發(fā)和氧化燒損都會不同程度地使接頭耐蝕性能下降。&l

27、t;/p><p>　　1.3 銅和不銹鋼在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　不銹鋼與銅的焊接不僅充分發(fā)揮了材料各自的性能和作用，達(dá)到了充 分利用的目的，而且大大節(jié)省材料，降低成本。在航天、石油化工、電站鍋爐、核動力、造船及其他一些領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。利用不銹鋼與非鐵金屬各自特點的性能，并通過焊接的方法，可制造許多合理的焊接構(gòu)件，不僅大量節(jié)省非鐵金屬，同時還降低成本。它在石油化工、電

28、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。</p><p>　　1.3.1 銅及其合金材料在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　純銅呈紫紅色，又稱紫銅。純銅密度為8.96，熔點為1083℃，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和耐蝕性。主要用于制作發(fā)電機(jī)、母線、電纜、開關(guān)裝置、變壓器等電工器材和熱交換器、管道、太陽能加熱裝置的平板集熱器等導(dǎo)熱器材。常用的銅合金分為黃銅、青銅

29、、白銅3大類。銅及銅合金具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性以及在某些介質(zhì)中良好的抗腐蝕性能。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。</p><p>　　1.3.2 不銹鋼材料在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　不銹鋼一般是指含鉻量>W(Cr)11%~12%、W(C)0.15%的鋼材，這個成分是最簡單的不銹鋼。當(dāng)對耐腐

30、蝕性要求高時，含鉻量必須達(dá)到W(Cr)16%以上。由于鐵素體不銹鋼脆性大，焊接性不好，奧氏體不銹鋼除具有良好的耐腐蝕性外，特別是韌性高、焊接性好，而且工作溫度范圍廣，即可以在高溫，也可以在低溫下使用，因此，應(yīng)用非常廣泛。通常用Ni來獲取奧氏體組織，但近來越來越的利用強(qiáng)奧氏體形成元素氮來獲取奧氏體組織。奧氏體不銹鋼突出的優(yōu)點是優(yōu)良的耐腐蝕性。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(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。以最典型的18-8型Cr-Ni

31、不銹鋼為例，加入不同合金元素后其耐腐蝕性發(fā)生變化，W(Cr)>18%，對于許多類型的環(huán)境腐蝕來說，其腐蝕性會大大提高。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。</p><p>　　1.4 異種金屬材料焊接存在的技術(shù)問題及缺陷</p><p>　　兩種不同材料能否直接形成焊接連接，決定于構(gòu)成該兩種材料的原子或分子之間的相互作用的強(qiáng)弱。兩元素之間的相互作用

32、決定于他們的電子層結(jié)構(gòu)、價電子數(shù)、原子大小、負(fù)電性以及晶體點陣、點陣常數(shù)諸因素。一般來說，在液態(tài)和固態(tài)都形成無限互溶的兩種金屬之間，能夠便利的形成性能良好的焊接連接。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)。形成金屬間化合物和間隙化合物中間相的兩種合金，也是可以形成焊接連接的，其接頭性能大半受到此種化合物性能的影響。</p><

33、;p>　　異種金屬熔焊的主要技術(shù)問題：</p><p>　　(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，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。因此，焊前對線脹系數(shù)小的金屬進(jìn)行預(yù)熱，或者在線脹系數(shù)差異很大的兩金屬中間加入一種塑性好的金屬焊接成過渡接頭作為緩沖帶，都是行之有效的方法。</p><p>　　(2)熱導(dǎo)

34、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)溫度場和焊縫結(jié)晶過程。熔焊時，通常應(yīng)將熱源位置偏向熱導(dǎo)性能好的材料一側(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。</p><p>　　(3)電磁性的差異 在異種金屬熔焊時有時會出現(xiàn)焊接電弧片吹，或者電弧燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象而造成焊縫成形變壞，這是由于兩種金屬的電磁性相差很大而發(fā)生的。一般來說

35、，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)。</p><p>　　(4)形成脆性化合物 異種金屬焊接時，由于焊縫金屬化學(xué)成分的多元性和復(fù)雜性，除了將形成多種碳化物和氮化物等外，還能析出多種非金屬或金屬間化合物。</p><p>　　(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

36、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(qiáng)度。因此，為了保證異種金屬焊接接頭具有良好的綜合使用性能，往往不得不放棄或降低一些對次要性能指標(biāo)的要求，這是異種金屬焊接是時不可避免的問題。</p><p>　　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

37、頭。</p><p>　　1.5 本章的主要研究內(nèi)容</p><p>　　研究了不銹鋼與銅異種金屬的焊接性，采用TIG焊實現(xiàn)了不銹鋼、銅異種金屬的連接，對焊接接頭的微觀組織進(jìn)行了金相組織觀察分析，深入分析了不銹鋼、銅異種金屬焊接接頭的結(jié)合機(jī)理。</p><p>　　第2章 實驗方法設(shè)備與材料</p><p><b>　　2.1

38、 引言</b></p><p>　　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(jī)理及影響因素等進(jìn)行過詳細(xì)研究。本文指在結(jié)合生產(chǎn)實際，對紫銅與不銹鋼異種材料的焊接，獲得優(yōu)質(zhì)接頭的焊接方法及工藝進(jìn)行探討。</p><p>　　

39、2.2 試材料選擇</p><p>　　試驗材料為紫銅，紫銅即為純銅，熔點1083℃，密度（20℃）為8.96g/cm3。熱導(dǎo)率393.6W/(m·K),線膨脹系數(shù)17×10-6/℃，電阻率（20℃）0.0168Ω·m㎡/m.軋制后退火的紫銅強(qiáng)度為235MPa，延伸率為30﹪，沖擊韌性為175.4J/cm2，在400~700℃的高溫下強(qiáng)度和塑性顯著降低，在熱加工時應(yīng)引起重視。純銅在

40、退火狀態(tài)（軟態(tài)）下具有高的塑性，但強(qiáng)度低。經(jīng)冷加工變形后（硬態(tài)），強(qiáng)度可提高一倍，但塑性降低幾倍。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)。焊接結(jié)構(gòu)一般采用軟態(tài)紫銅。紫銅化學(xué)成分如表2-1所示：</p><p>　　表2-1 紫銅化學(xué)成分 (Wt.%)</p><p>　　試驗材料為奧氏體不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)，奧氏體不銹

41、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。密度（20℃）8.03 g/cm3，比熱容c 0.50(J/g ℃) (0~100℃)，熱導(dǎo)率λ(100℃) 0.16w/(cm℃)，線膨脹系數(shù)α16.7(10-6/℃)，一般來講，只有ω(Cr)≥12%時才能在大氣環(huán)境下不發(fā)生腐蝕，增加Ni或提高Cr含量，耐腐蝕性或耐熱性均可以提高，不銹鋼化學(xué)成分如表2-2所示。</p><p>　　表2-2 不銹鋼化學(xué)

42、成分 (Wt.%)</p><p>　　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2-3所示。</p><p>　　表2-3 焊絲成分 (Wt.%)</p><p>　　2.3 焊接方法及設(shè)備的選擇</p><p>　　

43、2.3.1 焊接方法的選擇及工藝</p><p>　　試驗中主要選用的焊接方法為鎢極氬弧焊（TIG）焊。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)省大量的非鐵金屬，同時還降低制造成本。只有采用與銅和鐵都能無限固溶的鎳或鎳合金作填充金屬才能保證良好的焊縫質(zhì)量，達(dá)到較高的接頭強(qiáng)度和塑性。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。銅及銅合金與不銹鋼的熔焊工藝主

44、要是由于被連接件的兩種材料的化學(xué)成分和物理性能差異很大，在焊接過程中易產(chǎn)生裂紋和氣孔等缺陷。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。</p><p>　　1. 鎢極氬弧焊（TIG） TIG焊是在惰性氣體的保護(hù)下，利用鎢極與焊件間產(chǎn)生的電弧熱熔化母材和填充焊絲（也可以不加填充焊絲），形成焊縫的焊接方法。氬弧焊原理如圖2-1所示。

45、</p><p>　　圖2-1 TIG焊原理圖</p><p>　　焊接時保護(hù)氣體從焊槍的噴嘴中連續(xù)噴出，在電弧周圍形成保護(hù)層隔絕空氣，保護(hù)電極和焊槍熔池以及臨近熱影響區(qū)，以形成優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。填充焊絲在電弧前方添加，當(dāng)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。焊接厚大焊件時，也可以將焊絲預(yù)熱后，再添加到熔池中去，以提高熔敷速度。在焊接厚板、高熱導(dǎo)率或高熔點

46、金屬等情況下，也可采用氦氣或氦氬混合氣作保護(hù)氣體。在焊接不銹鋼、鎳基合金和鎳銅合金時可以采用氬-氫混合氣作為保護(hù)氣體。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。電弧和熔化區(qū)由氬氣氣流保護(hù)，容易實現(xiàn)全位置焊接。明弧可見，便于操作。電弧在氣流壓縮下燃燒，熱量集中，熔池較小，焊接速度快，熱影響區(qū)較窄，焊后變形小。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。常用于不銹鋼、高溫合金、鋁、鎂、鈦及其合金以及難容的活潑金

47、屬和異種金屬的焊接。</p><p>　　2. TIG焊焊接工藝</p><p><b>　　（1）．焊前清理</b></p><p>　　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。如果采用工藝墊板，同樣也要進(jìn)行清理，否則它們就會從內(nèi)被破壞氬氣的保護(hù)作用，這往往是造成焊接缺陷（如氣孔）的重要原因。TIG焊常用的清理方法有

48、：</p><p>　　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。也可按焊接生產(chǎn)說明書規(guī)定的其他方法進(jìn)行。</p><p>　　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。</p><p>　　機(jī)械清理主要用于焊件，有機(jī)械加工、吹沙、磨削及拋光等方法。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)30-50mm

49、寬度內(nèi)的氧化膜清除掉。</p><p>　　化學(xué)法對于鋁、鎂等有色金屬的焊件與焊絲表面氧化膜的清理效果好，且生產(chǎn)率高。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(jìn)行。清理后的焊件與焊絲必須妥善放置與保管，一般應(yīng)在24h內(nèi)焊接完。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。</p><p>　　3.

50、焊接工藝參數(shù)的影響及選擇</p><p>　　TIG焊的焊接主要工藝參數(shù)有：焊接電流、電弧電壓（電弧長度）、焊接速度、填絲速度等。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。</p><p>　　4. 焊接工藝參數(shù)對焊縫成形和焊接過程的影響</p><p>　　TIG焊時，可采用填充焊絲或不填充的方法形成焊縫。不填充焊絲法，主要用于薄板焊接。如厚度在3mm以下的

51、不銹鋼板，可采用不留間隙的卷邊對接，焊接時不加填充焊絲，而且可實現(xiàn)單面焊雙面成形。</p><p>　?。?） 焊接電流 焊接電流是TIG焊的主要參數(shù)。在其他條件不變的情況下，電弧能量與焊接電流成正比；焊接電流越大，可焊接的材料厚度越大。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。當(dāng)焊接電流太大時，易引起焊縫咬邊、焊漏等缺陷。反之，焊接電流太小時，易形成未焊透焊縫。</p><p>

52、;　　（2） 電弧電壓（或電弧長度） 當(dāng)弧長增加時，電弧電壓即增加，焊縫熔寬和加熱面積都有增大。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。同時電弧長度還影響到氣體保護(hù)效果的好壞。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。</p><p>　?。?） 焊接速度 焊接時，焊縫獲得的熱輸入反比于焊接速度。在其它條件不變的情況下，焊接速度越小，熱

53、輸入越大，則焊接凹陷深度、熔透深度、熔寬都相應(yīng)增大。反之上述參數(shù)減小。當(dāng)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。反之焊接速度慢時，焊縫有易產(chǎn)生焊穿和咬邊現(xiàn)象。故在TIG焊時，采用較低的焊接速度比較有利。</p><p>　?。?） 填絲速度與焊絲直徑 焊絲的填送速度與焊絲的直徑、焊接電流、焊接速度、接頭間隙等因素有關(guān)。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。送絲

54、速度選擇不當(dāng)時，可能造成焊縫出現(xiàn)未焊透、燒穿、焊縫凹陷、焊縫堆高太高、成形不光滑等缺陷。</p><p><b>　　5．焊接參數(shù)的選擇</b></p><p>　　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。為了獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫，除注意各焊接參數(shù)對焊縫成形和焊接過程的影響外，還必須考慮各參數(shù)的綜合影響，即應(yīng)使各項參數(shù)合理匹配。<

55、;/p><p>　　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(dāng)?shù)暮附与娏骱秃附铀俣冗M(jìn)行試焊。再根據(jù)試焊結(jié)果調(diào)整有關(guān)參數(shù)，直至符合要求。</p><p>　　6. TIG焊操作技術(shù)</p><p>　　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。由于焊件厚度，施焊姿式，接頭形式等條件不同，操作技術(shù)也不盡相

56、同。下面介紹手工TIG焊基本操作技術(shù)。</p><p>　　(1)引弧 引弧前應(yīng)提前5-10s送氣。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。采用非接觸引弧時，應(yīng)先使鎢極端頭與焊件之間保持較短距離，然后接通引弧器電路，在高頻電流或高壓脈沖電流的作用下引弧。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。</p>

57、<p>　　在用無引弧器的設(shè)備施焊時，需采用接觸引弧法。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。接觸引弧時，設(shè)備簡單，但引弧可靠性較差。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。為了防止焊縫夾鎢，在用接觸引弧法時，可先在一塊引弧板上引燃電弧，然后再將電弧移到焊縫起點處。</p><p>　　焊接 焊接時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

58、量縮短噴追到焊件的距離，采用短弧焊接，一般弧長4-7mm。焊槍與焊件角度的選擇也應(yīng)以獲得好的保護(hù)效果，便于填充焊絲為準(zhǔn)。平焊，橫焊或仰焊時，多采用左焊法。厚度小于4mm的薄板立焊時，采用向下焊或向上焊均可，板厚大于4mm的焊件，多采用向上焊。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(dāng)?shù)臋M向擺動。在需要填充焊絲時，焊絲直徑一般不

59、得大于4mm，因為焊絲太粗易產(chǎn)生夾渣和未焊透現(xiàn)象。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。焊絲的端部應(yīng)始終置于氬氣保護(hù)區(qū)內(nèi)，以免氧化。焊接時為了加強(qiáng)氣保護(hù)效果，提高焊縫質(zhì)量，還可以采?。杭訐醢濉U(kuò)大正面保護(hù)區(qū)、反面保護(hù)。</p><p>　　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，這對于焊接熱裂紋傾向較大的材料時，尤為重要。此外，還可采用

60、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。在焊接拼板接縫時，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。</p><p>　　熄弧后，不要立即抬起焊槍，要使焊槍在焊縫上停留3-5s，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。</p><p>　　2.

61、3.2 實驗設(shè)備的選擇</p><p>　　試驗中將使用的設(shè)備如圖2-2、2-3、2-4 所示：</p><p>　　圖2-2數(shù)碼金相顯微儀(XJP-6A) 圖2-3 P-1型金相試樣拋光機(jī)</p><p>　　圖2-4 鎢極氬弧焊焊機(jī)</p><p><b>　　2.4 本章總結(jié)</b>

62、;</p><p>　　焊接方法的選擇，本試驗焊接方法選用鎢極氬弧焊（TIG）焊。</p><p>　　對應(yīng)焊接方法的工藝介紹及焊接材料的選擇，試驗中主要的焊接材料有純銅（T2）、奧氏體不銹鋼、焊絲HS201。</p><p>　　第3章 實驗結(jié)果及分析</p><p>　　3.1 焊接接頭金相組織分析內(nèi)容</p><

63、p>　　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。將計算機(jī)應(yīng)用于圖像處理，具有精度高、速度快等優(yōu)點，可以大大提高工作效率。</p><p>　　焊接接頭金相組織分析，一般先進(jìn)行宏觀分析，再進(jìn)行有針對性的顯微金相分析。</p><p>　　接頭宏

64、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時，對熱影區(qū)寬度的影響，對鋼的結(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。

65、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。</p><p>　　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、配制時應(yīng)當(dāng)小心

66、謹(jǐn)慎，按操作規(guī)程在腐蝕實驗室進(jìn)行。對有毒藥品要嚴(yán)加管理?；瘜W(xué)侵蝕顯示金屬組織方法，使用簡便，試劑配制容易。</p><p>　　金相腐蝕液的選用與配制 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3-1所示，應(yīng)用范圍：不銹鋼、R45、HK40等耐熱鋼、銅及銅合金焊件。侵蝕劑配制時需要嚴(yán)格按組分及組分次序加入。腐蝕時間為：不銹鋼7~10s，紫銅4~5s。<

67、;/p><p>　　圖3-1 氯化高鐵鹽酸水溶液</p><p>　　3.2 試驗結(jié)果及分析</p><p>　　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行中熔合線兩側(cè)化學(xué)成分會發(fā)生變化----碳遷移和合金元素擴(kuò)散再分配，使得熔合線兩側(cè)組織發(fā)生了復(fù)雜變化。</p><p&

68、gt;　　3.2.1 TIG焊實驗結(jié)果及分析</p><p>　　1.TIG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：3.0mm，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：1.76mm∕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3-2所示。</p&g

69、t;<p>　　圖3-2 不開坡口背面成形</p><p>　　圖3-2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。可見，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)

70、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，對焊接生產(chǎn)質(zhì)量將有重大的現(xiàn)實意義。</p><p>　　TIG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：3.0mm，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：1.76mm∕s，送絲速度：2mm∕s，破口

71、形式：不銹鋼45°、銅45°。所得焊件銅不預(yù)熱背面成形如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 銅不預(yù)熱焊件背面成形</p><p>　　圖3-3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，這個和銅的物理性能有關(guān)。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。因此，焊接操作時，銅件要高溫預(yù)熱后才可以焊接。&

72、lt;/p><p>　　TIG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：3.0mm，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：1.76mm∕s，送絲速度：2mm∕s，破口形式：不銹鋼45°、銅45°。所得焊件正面成形如圖3-4所示；背面成形如圖3-5所示。</p&g

73、t;<p>　　圖3-4 焊件正面成形</p><p>　　圖3-5 焊件背面成形</p><p>　　圖3-4和圖3-5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。</p><p>　　3.2.2 TIG焊焊接接頭組織微觀顯示圖</p><p&g

74、t;　　a） b）</p><p><b>　　d）</b></p><p>　　圖3-6 TIG焊的焊縫組織金相顯微圖</p><p>　　圖3-6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

75、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，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

76、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固溶體（α固溶體），但晶粒會變得粗大，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&l

77、t;/p><p>　　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%。</p><p><b>　　3.3 本章總結(jié)</b></p><p>　　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。</p><p>　　由鎢極氬弧焊（TIG）焊焊接方法及工藝可

78、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，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(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，本實驗選擇焊絲HS201作為TIG焊時的填充金屬，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

79、，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。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本論文通過TIG焊焊接方法對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)和實驗基礎(chǔ)。</p><p>　?。?）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

80、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。</p><p>　?。?）通過焊接檢驗可知，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。</p><p>　?。?）經(jīng)金相試驗分析，焊縫內(nèi)部組織均勻；紫銅側(cè)熔合區(qū)過渡均勻，

81、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。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本文是在導(dǎo)師xx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、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

82、謝。</p><p>　　課題的實驗工作得到了xx老師及實驗室其他老師的大力支持與熱情幫助，在此表示真誠的感謝。</p><p>　　在實驗過程中，得到了xx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。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李亞江,王娟,劉鵬

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91、t of dissimilar metals welding of aluminum and steel [J].WELDING&JOINING 2006 (4) 16-20</p><p><b>　　附 錄1</b></p><p>　　現(xiàn)在工程中許多零件需要工作在高溫或低溫、腐蝕介質(zhì)、電磁場或放射性環(huán)境中，其中有色金屬材料的用量也比較大。所選用的材料應(yīng)該

92、是能滿足工作要求的特殊材料，單獨使用一種材料常常不能滿足實際應(yīng)用中的各種要求。因此在現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)中，我們不僅需要對大量的同種材料進(jìn)行焊接，同時也需要對相當(dāng)數(shù)量的異種材料進(jìn)行焊接，在工程中及制造中采用異種材料焊接結(jié)構(gòu)，不僅能滿足不同工作條件對材質(zhì)的不同要求，而且還能節(jié)約貴重金屬，降低結(jié)構(gòu)整體成本，充分發(fā)揮不同材料的性能優(yōu)勢。在某種情況下，異種材料結(jié)構(gòu)的綜合性能甚至超過單一金屬結(jié)構(gòu)。異種材料的焊接日益受到人們的重視，具有廣闊的應(yīng)用前景，近年

93、來在航天、石油化工、電站鍋爐、核動力、造船及其他一些領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。由于低碳鋼與銅及其合金材料都具有優(yōu)良的性能，使得它們在工業(yè)工程中得到廣泛的應(yīng)用，這就必然要面臨到這兩不同金屬的連接問題，焊接是工程材料連接的一種主要方法，因此將低碳鋼合金材料和銅合金進(jìn)行焊接在工程應(yīng)用方面有著重大的意義，可以充分發(fā)揮低碳鋼合金和銅合金材料的性能優(yōu)越，受到“物盡其用”的效果，但是到現(xiàn)在還沒有一種方法能達(dá)到要求。本課題嘗試采用鎢機(jī)氬弧焊（TIG）對

94、</p><p>　　1、紫銅和低碳鋼的焊接性特點</p><p>　　碳鋼與紫銅的焊接性尚好。鐵與紫銅的熔點、導(dǎo)熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)等、差別較大、這是兩種材料焊接時的不利因素；但鐵與銅的原子量、原子半徑、點陣常數(shù)等化學(xué)性能、又比較近，對焊接是有利的。從物理試驗可見，鋼與銅或銅合金異種金屬焊縫的金相組織，主要由α+ε相組成，原子間不存在不熔合間隙。這可以說明，鋼與銅或銅合金之間，可以采用各種

95、方法進(jìn)行焊接。</p><p>　　紫銅與鋼的物理性能和化學(xué)成分差異很大，在結(jié)晶后期，這些共晶體以液態(tài)形式分布在固態(tài)α銅的晶粒邊界，割斷了固體晶粒間的聯(lián)系，使晶粒間結(jié)合力受到削弱，使焊縫金屬的塑性顯著下降，再加上銅和鋼的線脹系數(shù)和收縮率差異較大，在焊縫冷卻凝固過程中將產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力。因此，當(dāng)銅鋼焊縫強(qiáng)度、塑性顯著下降，并且焊件中存在內(nèi)應(yīng)力時，就在接頭的脆弱部位形成熱裂，但只要執(zhí)行合理的焊接工藝，熟練掌握焊接操

96、作技術(shù)，仍能獲得滿意的銅鋼焊接接頭。</p><p>　　2、紫銅和低碳鋼的焊接工藝</p><p>　　TIG焊焊接純銅可以獲得高質(zhì)量的焊接接頭，具有電弧能量集中、保護(hù)效果好、熱影響區(qū)窄、操作靈活的優(yōu)點，這種方法已經(jīng)成為銅及銅合金熔焊方法中應(yīng)用最廣泛的一種，特別適合中、薄板和小件的焊接和補(bǔ)焊。</p><p>　　TIG焊幾乎可用于所有鋼材、有色金屬及其合金的焊接

97、，特別適合于化學(xué)性質(zhì)活潑的金屬及其合金。</p><p><b>　　3、試驗結(jié)果與分析</b></p><p>　　圖1 焊接接頭金相組織圖</p><p>　　金相組織及分析圖1（a）為紫銅側(cè)母材，其組織為α固溶體（即單項固溶體），從整個圖片上看未見任何缺陷，金屬性能良好。圖1（b）TIG 焊（HS201焊絲）在顯微鏡下的靠近紫銅母材側(cè)的

98、熔合線組織金相圖。從圖1（b）中能夠看出熔合線上紫銅與焊絲熔合的比較好。特征表現(xiàn)為紫銅側(cè)α相晶粒異常長大。從整個圖片看無明顯缺陷。由圖1（c）可見，金相組織圖為焊縫區(qū)組織圖，從圖片上看整個焊縫基本上以柱狀形態(tài)結(jié)晶。圖1（d）為碳鋼和紫銅的焊縫中心區(qū)金相組織圖，圖片上組織仍為柱狀晶組織。有良好的韌塑性。圖1（e）為碳鋼母材側(cè)的熔合線金相組織圖，從圖中可以看出碳鋼側(cè)的晶粒也是異常長大，基本為板條狀馬氏體。強(qiáng)度、硬度高，而塑性、韌性明顯降低。

99、圖1（f）中金相組織圖為碳鋼側(cè)的熱影響區(qū)組織，從圖中大致可以看出熱影響區(qū)組織大致包括細(xì)晶區(qū)和粗晶區(qū)兩部分，金屬性能良好。</p><p>　　從以上圖片中可以發(fā)現(xiàn)紫銅側(cè)和鋼側(cè)熔合的良好。</p><p>　　本焊接工藝選用了一種填充材料直接把鋼與銅或與銅合金焊接起來。由于鋼和銅合金的種類很多，母材中有些合金元素過渡到焊縫中時，會使鋼與銅或與銅臺金的焊接性變差，所以應(yīng)選用與鋼和銅及鋼臺金均具

100、有良好焊接性的金屬(如鎳基焊條或鎳銅合金焊條)作填充材料。</p><p>　　在焊接參數(shù)較小、焊接區(qū)的冷卻速度較大、或者焊接速度較快的情況下，液態(tài)銅對鋼表面浸潤和滲透較小，僅在晶界邊緣上產(chǎn)生毛細(xì)浸潤，還未構(gòu)成沿晶界的滲入；反之，則滲透嚴(yán)重，導(dǎo)致沿晶界開裂的宏觀裂紋。</p><p><b>　　4、本章結(jié)論　</b></p><p>　　本論

101、文通過TIG焊工藝對紫銅和鋼異種材料進(jìn)行焊接，為銅和低碳鋼異種材料焊接的發(fā)展提供理論依據(jù)和實驗基礎(chǔ)。   （1）紫銅與低碳鋼的物理性能和化學(xué)成分差異很大，銅鋼焊縫易產(chǎn)生很多缺陷，如裂紋、未熔合、氣孔等，但只要執(zhí)行合理的焊接工藝，熟練掌握焊接操作技術(shù)，仍能獲得滿意的銅鋼焊接接頭。</p><p>　?。?）通過焊接檢驗可知，焊縫具有良好的性能，證明焊接工藝及其參數(shù)是合理的。</

102、p><p>　　（3）經(jīng)金相檢驗，焊縫內(nèi)部組織均勻；可以得到良好的焊縫組織，紫銅和紫銅熔合區(qū)過渡均勻，結(jié)合良好；碳鋼與紫銅側(cè)熔合均勻，紫銅與碳鋼熔合線平直，無孔洞，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。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]劉中青. 異種材料的焊接[Ｍ]. 北京:科學(xué)出版社,199

103、0.</p><p>　　[2]周振豐. 焊接冶金與金屬焊接[Ｍ]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1988.</p><p>　　[3]中國機(jī)械工程學(xué)會. 焊接手冊(2)[Ｍ]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992.</p><p>　　[4]顧曾迪. 有色金屬焊接[Ｍ]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1987.</p><p>　　[5]宗永福, 張德生.

104、 金屬材料焊接[Ｍ]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995.</p><p>　　[6]黃文哲. 焊工手冊[Ｍ]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1991.</p><p>　　[7]李炯輝. 焊接金相分析基礎(chǔ)與金相圖譜[Ｍ]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.</p><p>　　[8]劉會杰. 焊接冶金與焊接性[Ｍ]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2007</p>

105、<p><b>　　附 錄2</b></p><p>　　Now in the project many components need to work in the high temperature either the low temperature, the corrosive medium, the electromagnetic field or the radioac

106、tive environment, the non-ferrous metal material's amount used is also quite big. Selects the material should be can satisfy the work requirement the exotic material, the independent employment one material cannot sa