紫铜钎料钎焊08钢工艺参数的选择

紫铜钎料钎焊08钢工艺参数的选择
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
常德功， 吕明利， 于宁宁 青岛科技大学机电工程学院,266061
焊接 WELDING & JOINING 2009(1)
参考文献(6条) 1.美国焊接学会 焊接手册 1988 2.邹僖 钎焊 1989 3.李隆盛 铸造合金及熔炼 1989 4.邓健 钎焊 1979 5.李亚江 焊接材料的选用 2004 6.赵越 钎焊技术及应用 2004
水磨砂纸进行研磨，这样可避免因试样表面粗糙度不 同而影响液态钎料润湿效果，试样研磨后用四氯化碳 擦净。 １．３．４试样的固定及钎料安放
将试样采用毛刺定位法定位，保证间隙要求（用塞 尺保证），依靠夹子保持两块试样的相对位置。
将配制好的糊状钎料和钎剂混合物均匀地涂在试 样间隙上面，以充分利用钎缝间隙的毛细作用来促进 钎料填缝。 １．４选择不同的工艺参数进行钎焊
［６］美国焊接学会．焊接手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，
１９８８ ５１３
作者简介： 常德功，１９５０年出生，工学博士，博士生导师，教 授。研究方向为现代设计方法及新型传动机构。
管道修复的一种非常规焊接方法
四川机电职业技术学院（攀枝花市６１７０００） 王若愚
摘要管道安装及修复中采用的非常规焊接方法有镜子成像焊接法，双人配合施焊法，开窗口焊接法。文中 以炼钢转炉余热锅炉水冷壁管道修复为例，介绍了开窗口这种非常规焊接法的应用。水冷壁管损坏漏水后需修 复，由于它管径小，修复中位置狭窄，故焊后质量很难保证。采用开窗口这种非常规焊接法，操作时从窗口伸入焊 条焊接背面半圈，用手工ＴＩＧ焊焊接窗口盖和正面半圈，能使管道修复质量得到保证。经应用表明，采用这种非常 规焊接方法修复背面无法施焊的管道，能节省大量的人力、物力，这种方法值得在管道修复中推广。
（ｂ）宽间隙钎焊接头组织 图２不同间隙钎焊接头组织（腐蚀剂：４％硝酸酒精溶液）
图３高温钎焊接头组织（腐蚀剂：４％硝酸酒精溶液）
芒
鼍
麒 鼎 躲 蝠
钎缝间隙ｂ／ｒａｍ
图５钎焊接头抗剪强度与钎缝间隙的关系
２．２．２不同钎焊保温时间下的强度变化 由图６可见，保温时间短时，钎料与母材相互作用
不充分，接头强度较低；随着时间增长，钎缝合金化充 分，接头强度有所提高。钎焊保温时间与母材同钎料 相互作用特性有关，当易生成脆性相时，可适当延长保 温时间，因此钎焊保温时间选５—８ ｍｉｎ。 ２．２．３不同钎焊温度时的强度变化
Ｏ １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ １００
Ｆｅ
Ｃｕ（原子分数，％）
Ｃｕ
图Ｉ Ｆｅ—Ｃｕ平衡相图
Ｃｕ是扩大奥氏体相区元素，使Ａ。点升高，Ａ．点下 降，溶入奥氏体还可以降低其临界冷却速度，因此，在 钎焊冷却过程中，能促进珠光体和铁素体组织细化。
从图２可以看出，紧邻界面的母材部分，其组织与 原始组织明显不同，这表明在钎焊过程中，母材与钎料 发生相互作用，无论是窄间隙还是宽间隙，在靠近界面 的母材上都有明显的扩散区，扩散区是由钎焊组分向 母材扩散形成的。用紫铜钎焊０８钢时，液态铜向铁中 扩散，扩散层中铜含量增高。
为了探索不同钎焊工艺参数对钎焊接头性能的影 响，分别进行３组试验，其试验参数见表２。
表２各组试验的试验参数
２
１ ０９３
ｌ １００
ｌ １２０
３
５
ｌ １５０
ｌ １８０
Ｉ ２００
Ｏ．０５
１．５焊后处理 焊后用砂纸去除接头表面上多余的钎料、钎剂残
渣，为检测做好准备工作。 １．６金相检验及性能测试
将焊件磨成金相试样，在光学显微镜下进行组织 观察。其余的做剪切试验，观察其抗剪强度分别与钎 缝间隙、钎焊保温时间、钎焊温度之间的关系。
参考文献 ［１］赵越．钎焊技术及应用［Ｍ］．北京：化学工业出版社，
２００４．１—２．
［２］李亚江．焊接材料的选用［Ｍ］．北京：化学工业出版社，
２００４．３２—５０．
【３］邓健．钎焊［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９７９．１５０． ［４］李隆盛．铸造合金及熔炼［Ｍ］．北京：机械工业出版社，
１９８９．１５９． ［５］邹僖．钎焊［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９８９．４６－９７．
近于钎缝中心部位，这表明钎缝中心区的强度低于扩 散区和钎缝界面区。由图５可见，在０．０３～０．０５ ｍｍ 间隙范围内，接头强度最大。大于或者小于这个范围， 接头强度就均会出现不同程度的下降。因为间隙偏小 时，钎料填缝困难，钎缝间隙中的气体不容易排出，易 形成未焊透、气孔等缺陷，大大降低了接头强度；间隙 偏大时，毛细作用减弱，也使钎料不能填满间隙Ｈ Ｊ，同 时，母材对钎缝中心钎料的合金化作用减弱，这样也使 接头强度降低。因此，选用紫铜钎焊０８钢时，最佳间 隙为０．０３～０．０５ ｍｌＴｌ。
２试验结果及分析
２．１ 钎焊接头金相组织 从图ｌ Ｆｅ—Ｃｕ平衡相图上可以看出，铁与铜在液
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万方数据
态无限互溶，固态时有限互溶，不形成金属间化合物， 当铁向铜扩散时，形成有限溶解度的８固溶体。铜和 铁是单纯的包晶反应系，Ｃｕ在Ｏｔ—Ｆｅ中的溶解度随着 温度的降低而减小。铁有限固溶于铜，固溶度随着温 度变化而激烈的变化，当温度从合金结晶完成之后开 始下降时，在铜中的固溶度也开始降低，以铁单质形态 从固相中析出，当铁固溶于铜中，能够明显地提高其强 度，具有固溶强化效应，当从固相中析出时，又产生了 弥散强化效果，使铜的导电和导热性能得到了恢复。
Ｃｕ（质量分数，％）
Ｏ ｌＯ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ １００
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填缝钎料的显微组织与钎料原始组织明显不同， 钎缝界面区的显微组织也不同于铜的原始组织，它是 母材中的Ｆｅ向钎料中扩散，固溶于Ｏｔ—Ｆｅ相中，起固 溶强化作用，有利于提高接头的性能。同时还可看出。 钎缝中心区也略不同于钎料的原始组织，该区组织与 间隙大小、钎焊温度和保温时间有关。
从图３、图４可以看出，钎缝金属与母材交错不齐， 表面钎料组分向母材晶界渗入。液态钎料向母材扩 散，由于加热温度较高，保温时间较长，在晶界处形成 了Ｆｅ—Ｃｕ—Ｃ三元低熔点共晶，这种共晶相易受腐蚀， 因此在图中呈黑色。这些共晶产物比较脆，对接头性
钐锄锄锄‰ 生产应用ｒ鳝掳
紫铜钎料钎焊０８钢工艺参数的选择
青岛科技大学机电工程学院（２６６０６１） 常德功 吕明利于宁宁
摘要 目前钢制室内散热器大多采用冷加工变形之后的低碳钢进行焊接连接。由于熔焊温度高，导致低碳钢 接头组织和性能变化较大，降低了接头强度和耐蚀性。文中采用钎焊代替熔焊，并用紫铜钎料．实现了０８钢炉中 钎焊连接。试验结果表明，０８钢炉中钎焊最佳１＝艺参数是：钎焊温度为ｌ １００—ｌ １５０℃；钎焊保温时间为５～８ ｍｉｎ；钎缝间隙为０．０３—０．０５ ｍｍ。从而为紫铜作钎料进行低碳钢钎焊工艺提供依据。
由图７可见，钎焊温度在ｌ １００—１ １５０℃范围内， 接头强度最高，这是因为钎焊温度低时，钎料和母材相
图４长时间保温时钎焊接头组织（腐蚀剂：４％硝酸酒精溶液）
能有不利影响，应尽量避免。 ２．２钎焊接头的强度及影响因素 ２．２．１ 不同钎缝间隙的强度变化
由第一组试样强度试验结果发现，试样断口多接
万方数据
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钎焊保温时间ｔｌｍｉｎ
图６钎焊接头抗剪强度与钎焊保温时间的关系
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互扩散不充分，合金化程度较弱，接头强度低；随着温 度升高，液态铜钎料表面张力减小，能改善母材的润湿 性和对钎缝的填充性，提高钎透率，从而提高了接头强 度；如钎焊温度过高，母材奥氏体晶粒粗化，显著降低 钢的冲击韧性、减少裂纹扩展功和提高脆性转变温 度＂］。当晶粒大小不均时，还显著降低钢的结构强度， 引起应力集中，易于产生脆性断裂。因此用紫铜做钎 料来钎焊０８钢的最佳温度是ｌ １００—１ １５０℃。
试验研究的目的是把钎焊工艺应用到低碳钢的焊 接上，开发一种新型的钢制室内散热器，并依托大型钎 焊炉实现钢制室内散热器的大批量生产。由于０８钢 具有很高的塑性和韧性，强度、硬度低，故其有良好的
冲压、拉伸和弯曲性能，能够满足钢制散热器的冲压生 产的要求，因此选作该试验的母材。鉴于高的钎焊温 度可以增强母材与钎料之间的相互作用，提高再熔化 的温度和钎焊接头的物理特性，并允许在钎焊之后进 行较低温度的热处理，以提高母材的力学性能等优点。 文中试验最终选用紫铜作为钎料，其目的在于确定紫 铜钎焊０８钢的最佳工艺参数，从而为紫铜作钎料进行 低碳钢焊接的钎焊工艺提供依据一Ｊ。
１试验过程
１．１试验材料及试样制备 试验材料采用０８低碳钢，其化学成分见表１。 ０８钢的原始组织是铁素体和极少量珠光体，试样
尺寸为６０咖×１２ ｍｍｘｌ ｍｍ。
表１∞钢的化学成分（质量分数。％）
试验所用钎料是紫铜粉（含量９９．５％，粒度７４ ｐ，ｍ），试验用钎剂是５０％无水硼砂＋５０％硼酸。钎剂 是在钎焊过程中去除母材和钎料表面的氧化膜，减少 液态钎料的界面张力，提高液态钎料对母材的润湿性。
钎料中用８０％的铜粉，１０％的钎剂，１０％的无水乙 醇配制成糊状使用。 １．２试验装置
试验采用Ｓ脚ｘ一４一１３型箱式高温电炉。炉中钎 焊加热均匀，焊件变形小，所用设备简单。
收稿日期：２００８—０８一Ｏｌ
万方数据
１．３试验步骤
１．３．１ 脱
脂
将试样放入２０％ＮａＯＨ水溶液中进行碱洗，常温
下碱洗２０ ｍｉｎ，脱脂后试样用清水冲净，然后干燥。
１．３．２清除氧化膜
将碱洗后的试样放入２０％ＨＣＩ（浓度为３５％）的
水溶液中进行酸洗，酸洗时间为３０ ｒａｉｎ，这样可以清除
０８钢表面的氧化膜（ＦｅＯ，Ｆｅ３０４，Ｆｅ２０３）∞］，酸洗之后
用清水冲净，然后干燥，以备试验用。
１．３．３试样研磨
为了保证各试样具有相同的表面状态，采用４００＃
２００９年第１期 ５７
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关键词：钎焊钎料钎焊温度钎缝间隙 中图分类号：ＴＧ ４２５．２
０前 言
钎焊是人类最早使用的连接方法之一，最早出现 于青铜器时代。在钎焊过程中仅钎料熔化而母材不熔 化，依靠液态钎料在母材缝隙中润湿、毛细流动、填充、 铺展、与母材相互作用、冷却凝固形成牢固接头。钎焊 工艺具有以下优点：焊件的组织和力学性能变化较小， 变形不大，接头比较平整光滑，外表美观，同时可以连 接异种材料。基于这些特点，钎焊被广泛应用于航天、 航空、原子能、仪表、电子等工业部门¨Ｊ。
￡ 苫 ＇ 魁 酸 京 档
ｌ １００ ｌ １２０ ｌ １４０ ｌ １６０ ｌ １８０ １ ２００ 钎焊温度ＴＰＣ
．
图７钎焊接头抗剪强度与钎焊温度的关系
３结 论
（１）用紫铜钎焊０８钢，界面区出现固溶体组 织Ｍ】，具有良好的强度和塑性，能充分发挥０８钢的力 学性能，即低碳钢可采用紫铜作钎料进行钎焊。
（２）用紫铜钎焊０８钢时，参数选择如下：钎缝间 隙为０．０３—０。０５ ｍｍ；钎焊温度为１ １００一ｌ １５０℃；钎 焊保温时间为５～８ ｍｉｎ。
关键词：管道焊接修复 中国分类号：ＴＣⅪ５７．６
０前 言 在安装及维修现场，经常遇到各种位置的管道焊
收稿日期：２００８—０７－２３
６０ ２００９年第１期
万方数据
接，其中部分焊缝处于不理想的位置，又因设备、厂房 的影响，再加上管道纵横交错，致使这些焊缝很难施 焊，如网１所示。
对容易施焊的管道，常规方法由单人从管外施焊。 对图１ａ中很难施焊的管道，常规的做法有两种，一是