紫銅管和不銹鋼管的異種金屬焊接技術(shù)
紫銅與奧氏體不銹鋼的焊接分析
紫銅與奧氏體不銹鋼的焊接屬于異種金屬焊接,兩者的物理性質(zhì)差異很大,熔點(diǎn)相差達(dá)400℃以上,使焊接難度增大,能否獲得滿意的焊接接頭,取決于被焊金屬的物理性能、化學(xué)成分和所采用的焊接方法及工藝。
物理性能差異分析
銅和不銹鋼物理性能比較,由表1可見,鋼與銅物理性能差別很大,銅的熱導(dǎo)率是鋼的2316倍。焊接時(shí)熱量會迅速從加熱區(qū)向外傳導(dǎo),熔合區(qū)難以達(dá)到熔化溫度,致使填充金屬與母材不能很好熔合,產(chǎn)生焊不透現(xiàn)象。
銅的線脹系數(shù)比鋼略大,而收縮率是鋼的2135倍,且銅的導(dǎo)熱能力強(qiáng),冷卻凝固時(shí)變形量大,而焊接接頭的剛度大,則焊接變形受阻后就會產(chǎn)生很大的焊接應(yīng)力,成為導(dǎo)致焊接裂紋產(chǎn)生的力學(xué)原因。
化學(xué)成分差異分析
根據(jù)金屬學(xué)原理,元素間的相容性對異種金屬的焊接性起決定性的作用,化學(xué)元素間的相互溶解度取決于溶質(zhì)元素之間的晶體點(diǎn)陣類型、原子尺寸、晶格常數(shù)的差別。高溫(912～1390℃)時(shí)Fe與Cu晶體結(jié)構(gòu)均為面心立方(fcc)、原子半徑尺寸相近、晶格常數(shù)接近,故鋼與銅的焊接性較好[1]。但銅與鋼焊接時(shí),焊縫金屬晶粒間容易形成(Cu+Cu2O),(Fe+Fe3S2),(Ni+Ni3S2)等多種低熔點(diǎn)共晶,在焊縫金屬凝固結(jié)晶的后期,這些低熔點(diǎn)共晶以“液態(tài)薄膜”的形式連續(xù)分布在固態(tài)a銅的晶粒邊界,割斷固體晶體間的聯(lián)系,削弱了晶間結(jié)合能力,致使焊縫金屬塑性顯著下降。此時(shí),由于鋼和銅之間顯著的物理性能差異而或多或少產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力就有可能導(dǎo)致焊接接頭脆弱部位產(chǎn)生熱裂紋。銅和不銹鋼的化學(xué)成分比較如表2。
根據(jù)對銅和鋼焊接性的分析,選擇正確的焊接方法及合適的填充材料,制定合理的焊接工藝是獲得優(yōu)良焊接接頭的關(guān)鍵。