紫銅管和不銹鋼管的異種金屬焊接技術
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,兩者的物理性質差異很大,熔點相差達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,銅的熱導率是鋼的2316倍。焊接時熱量會迅速從加熱區向外傳導,熔合區難以達到熔化溫度,致使填充金屬與母材不能很好熔合,產生焊不透現象。
銅的線脹系數比鋼略大,而收縮率是鋼的2135倍,且銅的導熱能力強,冷卻凝固時變形量大,而焊接接頭的剛度大,則焊接變形受阻后就會產生很大的焊接應力,成為導致焊接裂紋產生的力學原因。
化學成分差異分析
根據金屬學原理,元素間的相容性對異種金屬的焊接性起決定性的作用,化學元素間的相互溶解度取決于溶質元素之間的晶體點陣類型、原子尺寸、晶格常數的差別。高溫(912～1390℃)時Fe與Cu晶體結構均為面心立方(fcc)、原子半徑尺寸相近、晶格常數接近,故鋼與銅的焊接性較好[1]。但銅與鋼焊接時,焊縫金屬晶粒間容易形成(Cu+Cu2O),(Fe+Fe3S2),(Ni+Ni3S2)等多種低熔點共晶,在焊縫金屬凝固結晶的后期,這些低熔點共晶以“液態薄膜”的形式連續分布在固態a銅的晶粒邊界,割斷固體晶體間的聯系,削弱了晶間結合能力,致使焊縫金屬塑性顯著下降。此時,由于鋼和銅之間顯著的物理性能差異而或多或少產生的拉伸應力就有可能導致焊接接頭脆弱部位產生熱裂紋。銅和不銹鋼的化學成分比較如表2。
根據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良焊接接頭的關鍵。