铜与钢的焊接

铜与钢的焊接

摘要：本文通过比较铜和铁的参数，简单介绍了钢与铜或铜合金的焊接方法、每一种焊接方法的优点及缺点，以及如何使用。探讨了扩散焊如何选择扩散中间材料，加入镍层的目的。

关键词：熔化焊固相压力焊渗透裂纹钨极氩弧焊金属埋弧焊奥氏体不锈钢韧窝型

在核电站、航空航天、化工、冶金、机电等领域中都能见到钢与铜或铜合金之间形成的复合焊接接头。复合焊接有如下优点：一方面钢与铜或铜合金连接能形成满足各种特殊需求的金属结构，特别是既要求具有高强度，又要求具有高导电性和导热性能的工件；另一方面，在钢上堆焊铜合金能改善工件表面的性能，如能提高耐磨耐蚀性能、增强润滑和密封能力等。

由二元相图可以看出，铜和铁的原子半径、晶体类型、晶格常数、原子外层电子数等较为接近。二者在液相中能无限固溶；二者在固态时，虽只能有限固溶，但并不会形成脆性金属间化合物，而是形成“x+ε”的双相组织，其中α相是Cu（<0.3%）在铁中形成的固溶体，ε相为Fe（<0.2%）在铜中形成的固溶体。这些都是钢与铜或铜合金焊接的有利因素。但是铜与铁的熔点、导热系数、热膨胀系数等参数又存在较大的不同，易在焊接接头产生应力集中，导致形成焊接裂纹，这对获得优质焊接接头是不利的，使焊接具有较大困难。

一、钢与铜或铜合金焊接的方法

钢与铜或铜合金焊接的方法主要有熔化焊和固相压力焊。当用铜焊丝在钢表面进行熔化堆焊时，由于母材中Fe、Cr、Ni等元素的融入，以及氧与铜的强烈亲和作用和多种低溶共晶体的存在，常常使焊缝金属区脆化，导致铜未焊透、气孔、夹杂、裂纹和烧穿等施焊处结晶组织晶粒粗大。另外，在焊接过程中，液态铜或铜合金向所接触的近缝区钢表层渗透，即沿微裂纹浸润深入以及沿晶界扩散发展等形成“渗透裂纹”，是熔化焊接中另一个会产生的主要问题。“渗透裂纹”的产生原理是：在应力的作用下，液态铜原子在毛细管效应作用下，渗透到裂纹尖端和沿晶界扩散，使得晶界表面能降低。铁铜的表面能比铁铁的界面能低两倍，使得晶界强度弱化。液态铜在微裂纹壁上还会产生一个附加压力，从而导致微裂纹进行扩展。

二、钨极氩弧焊（TIG）的优缺点

用钨极氩弧焊（TIG）焊接铜与钢，其优点是：

首先，氩气是惰性气体，既不与熔池金属发生化学反应，也不溶于液态金属。因此，焊接时不易产生气孔，合金元素也不会被烧损。氩气的密度比空气大1.25倍，覆盖在熔池周围时会形成坚实的氩气隔离层，从而能获得优良的焊缝。